UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO
: CIENCIAS DE LA INGENIERÍA.
CURSO
: MECÁNICA DE SUELOS II.
TEMA
: RESISTENCIA CORTANTE – INFORME Nº 03
PRÁCTICAS
: EXPERIMENTO DE COMPRESIÓN INCONFINADA Y ENSAYO DE CORTE DIRECTO.
ALUMNOS
: EDQUÉN CHÁVEZ, EDIN OSWALDO. JARA HONORES, CHRISTIAN. MARÍN VIGO, JOHANES. MONTENEGRO FERNÁNDEZ, JUAN CARLOS. VÁSQUEZ FERNÁNDEZ, ELMER HRISTO.
DOCENTE
: INGENIERO RAÚL VALERA GUERRA.
CICLO
: 2015-II
FECHA: NOVIEMBRE DEL 2015 CAJAMARCA – PERÚ
EXPERIMENTO DE COMPRESIÒN ICONFINADA Y ENSAYO DE CORTE DIRECTO. I.- INTRODUCCIÓN: Cuando sometemos una masa de suelo a un incremento de presiones producida por algún tipo de estructura u obra de ingeniería, se generan en el suelo en cuestión, esfuerzos que tratarán de mantener el equilibrio existente antes de aplicada la solicitación externa. Cuando la carga exterior aplicada tiene una magnitud tal que supera a la resultante de los esfuerzos interiores de la masa de suelos, se romperá el equilibrio existente y se producirá lo que denominaremos, de aquí en adelante, Planos de Falla o de deslizamiento que no son otra cosa que planos en los cuales una masa de suelo tuvo un movimiento relativo respecto de otra. Es decir, que en estos planos de falla, las tensiones internas originadas por una solicitación externa sobrepasaron los límites máximos de las tensiones que podría generar el suelo en las condiciones en que se encuentra. En todos los casos las solicitaciones internas que se pueden generar son tres: Tensiones normales (σ), tensiones tangenciales (τ) y tensiones neutras (u). Las primeras pueden ser de compresión o de tracción y actúan siempre en forma normal al plano que estamos considerando. Las segundas son las tensiones de corte y se ubican siempre en forma paralela y coinciden con el plano considerado. La tercera en cambio se debe al incremento o decremento de presión que se produce en el agua de los poros del suelo, cuando el plano que consideramos se encuentra sumergido y como es una presión hidrostática actúa en todas direcciones. En el presente informe se detallará el proceso para hallar experimentalmente la tensión de corte o resistencia cortante de una muestra de suelo cohesivo, aplicando dos ensayos de laboratorio: El ensayo de Compresión Inconfinada o Compresión Simple y el ensayo de Corte Directo. II.- OBJETIVOS: A. OBJETIVO GENERAL: -
Evaluar la resistencia al corte de suelos cohesivos.
B. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: B.1. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA: -
Hallar aproximadamente la resistencia al corte de una muestra de suelo cohesivo, aplicando el método de Compresión Inconfinada.
-
Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada.
-
Obtener datos a partir del ensayo y anotarlos en un registro ordenado de acuerdo a un método establecido.
-
Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.
-
Construir el gráfico esfuerzo-deformación a partir de los datos obtenidos de la experiencia y de las fórmulas teóricas necesarias.
B.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO: -
Determinar los parámetros de resistencia (φ y c) de una muestra de suelo cohesivo, mediante el método de Corte Directo.
-
Obtener la gráfica de distribución de esfuerzos cortantes vs deformación para diferentes cargas aplicadas a dicha muestra.
-
Encontrar los valores máximos de los esfuerzos cortantes para las diferentes cargas aplicadas.
III.- MARCO TEÓRICO: A. EXPERIMENTO DE COMPRESIÓN INCONFINADA:
Figura nº 01: máquina de Compresión Inconfinada.
Cuando se introdujo por primera vez el método de ensayar muestras de suelo cohesivo recuperadas con tubos del campo en compresión simple, fue aceptado ampliamente como un medio para determinar rápidamente la resistencia al corte de un suelo. Utilizando la construcción del círculo de Mohr, es evidente que la resistencia al corte o cohesión (símbolo c) de una muestra de suelo puede ser calculada aproximadamente como: c=
Donde
qu 2
qu se utiliza siempre como el símbolo para representar
la resistencia a la Compresión Inconfinada del suelo. Este cálculo se basa en el hecho que el esfuerzo principal menor σ 3 es cero (atmosférico) y que el ángulo de fricción interna ϕ del suelo se supone cero. Esta condición ϕ = 0 es la misma obtenida en el ensayo no consolidado no drenado del ensayo triaxial sin medición de poro sobre un suelo saturado; así, para darle al ensayo de compresión inconfinada más dignidad, se le llama a menudo "no drenado" o ensayo UU. Cuando se tuvo más conocimiento sobre el comportamiento del suelo, se hizo evidente que el ensayo de compresión inconfinada generalmente no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte del suelo por al menos las siguientes tres razones: 1. El efecto de la restricción lateral provista por la masa de suelo sobre la muestra se pierde cuando la muestra es removida del terreno. Existe sin embargo la opinión de que la humedad del suelo le provee un efecto de tensión superficial (o confinamiento) de forma que la muestra está algo "confinada". Este efecto debería ser más pronunciado si la muestra está saturada o cercana a ella. Este efecto dependerá también de la humedad relativa del área del ensayo, lo cual hace su evaluación cuantitativa más difícil. 2. La condición interna del suelo (grado de saturación, presión del agua de los poros bajo esfuerzos de deformación, y efectos de alteración del grado de saturación) no pueden controlarse. 3. La fricción en los extremos de la muestra producida por las placas de carga origina una restricción lateral sobre los extremos que altera los esfuerzos internos en una cantidad desconocida. Los errores producidos por los dos primeros factores citados arriba pueden eliminarse o por lo menos reducirse utilizando los ensayos de compresión confinados (o triaxial). El tercer aspecto ha sido objeto de considerable investigación, y actualmente se piensa que este factor no es tan importante como podría a primera vista suponerse. Es posible fabricar platinas especiales de apoyo para
reducir los efectos de fricción si se desean resultados experimentales muy refinados. El ensayo de compresión inconfinada se utiliza ampliamente porque constituye un método rápido y económico de obtener aproximadamente la resistencia al corte de un suelo cohesivo. De paso, debería destacarse que mientras los resultados del ensayo de compresión inconfinada pueden tener poca confiabilidad, existen muy pocos métodos de ensayo que permitan resultados mucho mejores, a menos que se refinen considerablemente los procedimientos y esfuerzos del ensayo (de los técnicos de laboratorio). Los resultados de resistencia al corte a partir de ensayos de compresión inconfinada son razonablemente confiables si se interpretan adecuadamente y se reconoce que el ensayo tiene ciertas deficiencias. Por ejemplo, el uso de una curva de esfuerzo-deformación unitaria basada en el ensayo de compresión inconfinada para obtener un módulo de elasticidad (más correctamente un módulo de deformación unitaria, ya que el suelo no es un material elástico para las deformaciones unitarias asociadas usualmente con este tipo de ensayos) dará, en general, un valor muy poco confiable. El ensayo de compresión inconfinada puede hacerse con control de deformación unitaria o con control de esfuerzo. El ensayo de deformación unitaria controlada es casi universalmente utilizado, pues es una simple cuestión de acoplar una relación de engranaje adecuada a un motor y controlar la velocidad de avance de la plataforma de carga. Se ha encontrado que el ensayo es bastante sensible a la tasa de deformación unitaria, pero una tasa de deformación unitaria entre 0.5 y 2%/min (es decir, un espécimen de 50 mm a una tasa de deformación unitaria de 1% debería comprimirse a una velocidad de 0.50 mm/ min), parece brindar- resultados satisfactorios. Como las muestras del ensayo de compresión inconfinada se exponen usualmente al aire seco del laboratorio (baja humedad), deberían llevarse a falla antes de 10 min; de otra forma, el cambio en el contenido de humedad podría afectar la resistencia a la compresión inconfinada (aumentarla usualmente). Un ensayo de esfuerzo controlado requiere cambios en los incrementos de carga y puede causar una respuesta errática en deformaciones unitarias y/o la resistencia última cayendo entre dos incrementos de esfuerzo. Las cargas se aplican a través de un aparato/yunque de carga muerta y la carga real se puede obtener por adición de agua a un recipiente o por almacenamiento de pesas en un soporte colgante, ambos métodos producen "una carga de impacto" a la muestra, son difíciles de aplicar, y por estas varias razones, los ensayos de esfuerzo controlado se utilizan muy raramente en cualquier tipo de ensayo de suelos. Las muestras de suelos (y obviamente solo suelos ϕ-c, o cohesivos de ϕ = 0 aparente pueden ensayarse de esta forma) se
prueban hasta que la carga en la muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una deformación unitaria del 20% [para una muestra de 76 mm de longitud, un 20%. de deformación unitaria implica un acortamiento axial total de 0.20 (76) = 15.2 mm]. Se efectúan los cálculos de esfuerzo y deformación unitaria axial de forma que se pueda dibujar una curva esfuerzo-deformación unitaria para obtener el máximo esfuerzo (a menos que ocurra primero el 20% de la deformación unitaria) que se toma como la resistencia a la compresión inconfinada qu del suelo. La curva esfuerzo-deformación unitaria se dibuja para obtener un valor "promedio" de qu mayor para tomar simplemente el valor máximo de esfuerzo de la hoja del formato de cálculo. La deformación unitaria ɛ se calcula de la mecánica de materiales como: ɛ=
Dónde:
ΔL L0
ΔL = deformación total de la muestra (axial), en mm L0 = longitud original de la muestra, en mm.
El esfuerzo instantáneo σ del ensayo sobre la muestra se calcula como: σ=
Dónde:
P (KPa ) A
P = carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor de ΔL, en kN. A'= área de la sección transversal de la muestra para la carga correspondiente P, en m2.
En mecánica de suelos es práctica convencional corregir el área sobre la cual actúa la carga P. Esto no se hace cuando se ensayan metales en tensión. Una de las razones para esta corrección de área es la de permitir cierta tolerancia sobre la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno. Aplicar esta corrección al área original de la muestra es algo conservativo también pues la resistencia última calculada de esta forma será menor que la que se podría calcular utilizando el área original. El área original A0 se corrige considerando que el volumen total del suelo permanece constante. El volumen total inicial de la muestra es: V T =A 0 L 0 Pero después de algún cambio ΔL en la longitud de la muestra:
L ¿ A ¿ ΔL) V T =¿ Igualando las ecuaciones anteriores, cancelando términos y despejando el área corregida A`, se obtiene: A=
A0 1−ɛ
La relación longitud-diámetro de las muestras para el ensayo debería ser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° de la Figura Nº 02 y suficientemente corta para no obtener falla de "columna". La relación L/d que satisface estos criterios es: 2< L/d < 3
Figura nº 02: relaciones de L/d para cualquier ensayo. La Figura Nº 03 da detalles esquemáticos de un ensayo de compresión inconfinada. En el ensayo se coloca una muestra de longitud adecuada entre dos placas (aparatos para transferir la carga al suelo), con piedras porosas insertadas como se muestra, a discreción del laboratorista. Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma crecientemente, se obtienen cargas correspondientes. Para una cantidad considerable de ensayos de terreno se llevan al terreno, aparatos portátiles de compresión, se ensayan las muestras a la falla, y se registran las cargas de "falla" y deformación. Estos datos se utilizan para calcular las fallas corregidas A' y la resistencia a la compresión inconfinada qu sin dibujar la curva esfuerzo-deformación unitaria.
Figura nº 03: esquema de un ensayo de Compresión Inconfinada. La resistencia a la compresión inconfinada se emplea también para calificar la consistencia del suelo como muy blanda, blanda, mediana, firme, muy firme y dura de acuerdo con el valor obtenido en la siguiente forma:
Figura nº 04: máquina de Corte directo.
B. ENSAYO DE CORTE DIRECTO:
Figura nº 05: máquina de Corte directo.
El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas que se muestran en la Fig. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos) — uno normal debido a una carga vertical PV , aplicada externamente y uno cortante debido a la aplicación de una carga horizontal calculan simplemente como: σ=
PV A
Y
Pht . Estos esfuerzos se τ=
Ph A
Dónde: A: área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra PH . Estos esfuerzos deberían satisfacer la ecuación de Coulomb del experimento: τ =c+ σ n tanφ Dónde:
σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla. φ = Es el ángulo de fricción del suelo c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).
Como en esta ecuación existen dos cantidades desconocidas (c y φ), se requiere obtener dos valores, como mínimo, de esfuerzo normal y esfuerzo cortante para obtener una solución. Como el esfuerzo cortante τ y el esfuerzo normal σv tienen el mismo significado dado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultáneas para c y tg φ, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados los valores de τ contra
σn para los diferentes ensayos (generalmente con τ como ordenada), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos resultantes, o del promedio del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y el intercepto con el eje τ como la cohesión c. Así se consigue una solución gráfica de esta ecuación. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto: τ =σ n tanφ …suelo granular Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego: τ =c …suelo cohesivo puro Pueden clasificarse como sigue: 1. Ensayos no consolidados-no drenados o ensayos U: El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal Pv. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial no consolidado- drenado. 2. Ensayo consolidado-no drenado: Se aplica la fuerza normal, y se observa el movimiento vertical del deformírnetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado-no drenado y consolidado-drenado. 3. Ensayo consolidado-drenado: La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar las presiones de poros en la muestra. Ensayo análogo al triaxial consolidado-drenado. Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida.
Figura nº 06: esquema de un ensayo de Corte directo.
En la figura nº 05 se aprecian los siguientes componentes: (a) Deformímetro para medir desplazamientos verticales, (b) barra de carga, (c) pasadores de alineación, (d) tornillos para separar las partes de la caja de corte, (e) bordes estríados para retener la muestra, (f) espacio mayor que el tamaño de la máxima partícula en la muestra, (g) Deformímetro, (h) juego de tornillos para fijar en posición la cabeza de carga.
IV.- MATERIALES Y EQUIPOS:
Para la realización de dicho ensayo se emplearon los siguientes materiales: A. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA: MÁQUINA DE COMPRESIÓN ENCOFINADA: Es una máquina de compresión que tiene un sistema de lectura de carga de rango suficientemente bajo para obtener lecturas de carga aproximada. Contiene un Deformímetro de carátula cuya lectura tiene la precisión de 0.01 mm/división.
Foto nº 01: Máquina de Compresión Inconfinada.
Figura nº 07: Deformímetro de carátula.
B. ENSAYO DE CORTE DIRECTO:
APARATO O DISPOSITIVO DE CORTE DIRECTO: El dispositivo de corte directo deberá sostener la probeta con seguridad entre dos piedras porosas colocadas una en cada cara, de tal manera que no se presenten movimientos de torsión sobre ella. El equipo debe ser capaz de aplicar y medir una fuerza de corte para hacer fallar la muestra a lo largo de un determinado plano (corte simple) o de determinados planos (corte doble), los cuales serán paralelos a las caras de la muestra y determinar los desplazamientos laterales de ésta.
Foto nº 02: Máquina de Corte Directo. Este dispositivo consta de las siguientes partes: -
Dispositivo para la aplicación de la fuerza normal – Debe estar capacitado para aplicar rápidamente la fuerza especificada sin excederla y para mantenerla con una variación máxima de ± 1 % durante el proceso de ensayo.
-
Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte – La capacidad depende más que todo del tipo de control: con control de deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere, generalmente, el primero por la facilidad para determinar tanto el esfuerzo último como la carga máxima. La velocidad de aplicación de la carga, depende de las características de consolidación del suelo.
-
Dispositivos para medir fuerza de corte – Deberá poseer un medidor de fuerza de corte, el cual podrá ser un anillo calibrado o una celda de carga que tendrá precisión de 2.5 N (0.5 lbf) o al menos el 1% de la carga lateral de falla, cualquiera que sea más grande.
-
Anillos para el tallado de la muestra – Deberán ser los adecuados para tallar la muestra de acuerdo con las dimensiones interiores de la caja de corte con un mínimo de alteración. Se puede necesitar un soporte exterior, para mantener en alineamiento axial, una serie de 2 o 3 anillos.
Foto nº 03: Anillos para el tallado de la muestra. CAJA DE CORTE: La caja de corte podrá ser redonda o cuadrada, deberá ser de acero inoxidable, bronce, o aluminio, con los aditamentos necesarios para el drenaje por la parte de arriba y por el fondo. La caja de corte deberá estar dividida por un plano horizontal que separa dos mitades de igual espesor, ésta deberá estar provista con tornillos de alineación o bloqueo. Adicionalmente la caja de corte también deberá poseer tornillos que controlen el espaciamiento entre el marco superior y el inferior.
Foto nº 04: Caja de corte y papel filtro. PIEDRAS POROSAS Y PAPEL FILTRO: Las piedras porosas deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la humedad del mismo. El diámetro de la piedra porosa en la parte superior de la muestra será de 0.2 mm a 0.5 mm menor del diámetro dentro del anillo. La piedra porosa también deberá ayudar a transferir el esfuerzo de corte a la muestra, por lo cual deberá ser lo suficientemente tosca para desarrollar un enclavamiento.
Foto nº 05: Piedras porosas. BALANZA: Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % de la masa de la probeta.
Foto nº 06: Balanza de 0,1 gr de precisión.
V.- PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS: A. PROCEDIMIENTO INCONFINADA:
PARA
EL
ENSAYO
DE
COMPRESIÓN
1. Preparar dos muestras de tubo con relación L/d entre dos y tres (o utilizar la muestra de laboratorio provista por el instructor). 2. Colocar las muestras en recipientes húmedos para prevenir su desecamiento mientras se espera turno para la máquina de compresión. Calcular la deformación correspondiente al 20% de deformación unitaria para las muestras mientras se espera turno para la máquina, de forma que se pueda saber cuándo terminar el ensayo si la muestra recibe carga sin mostrar un pico antes que dicha deformación unitaria suceda. Calcular la densidad de las muestras y pesar dos latas de contenido de humedad de forma que se pueda determinar el contenido de humedad de la muestra después de terminar el ensayo. 3. Alinear cuidadosamente la muestra en la máquina de compresión. Si los extremos no son perfectamente perpendiculares al eje del espécimen, la parte inicial de la curva de esfuerzo-deformación unitaria será plana (hasta que el área total de la muestra contribuya a la resistencia al esfuerzo, las deformaciones unitarias serán demasiado grandes para el esfuerzo calculado). 4. Establecer el cero en el equipo de carga (deformímetro de carátula para registrar la deformación de un anillo de carga) y establecer el cero en el deformímetro. En este momento es necesario aplicar una carga muy pequeña sobre la muestra (del orden de una unidad del deformímetro de carga, o quizá 0.5 kg para una celda de carga). Prender la máquina y tomar lecturas en los deformímetros de carga y deformación hasta que suceda uno de los siguientes: -
La carga sobre la muestra decrece significativamente. La carga se mantiene constante por cuatro lecturas. La deformación sobrepasa significativamente el 20% de la def. unitaria.
5. Calcular la deformación unitaria, el área corregida, y el esfuerzo unitario, para suficientes lecturas (unos 8 a 10 puntos bien espaciados) para definir la curva esfuerzo-deformación unitaria adecuadamente, mostrar qu como el esfuerzo pico en cada ensayo y mostrar el valor promedio de qu para ambos ensayos. 6. Dibujar el círculo de Mohr utilizando el qu promedio y mostrar la cohesión del suelo.
B. RESULTADOS DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA: TABLA Nº 01: INFORMACIÓN GENERAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO: CC DE LA INGENIERÍA ASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS II
ENSAYO:
Compresión Inconfinada
CIUDAD UNIVERSITARIA UNC
OPERADOR:
GRUPO DE ESTUDIOS A2
A-2
FECHA:
1
SUELO:
PROYEC TO: UBICACI ÓN: CALICAT A:
ESTUDIO DE SUELOS:RESISTENCIA CORTANTE
POZO N°
Fuente: Excel. TABLA Nº 02: MUESTRA DE ENSAYO (INICIO): DIAM. (pulg): ALT. (pulg) AREA (cm²): Vm (cm³): Wmh (gr): m (gr/cm³): s (gr/cm³):
2,5 6 31,67 482,65 08 955 1,98 2,67
Fuente: Excel. TABLA Nº 03: CONTENIDO DE HUMEDAD (INICIO): Tara N° Wtara (gr) Wt+Mh (gr):
1
2
3
28
27
27
55
79
73
13/11/2015 ARCILLOSO OSCURO SIN OLOR
Wt+Ms (gr): 49 w(%): 29% w(%) PROMEDIO:
69 24%
64 24%
26%
Fuente: Excel. TABLA Nº 04: VELOCIDAD DE CARGA: Cte. Anillo Carga (kg) 0,1469 x división Lect. Inicial (Defor.) X 0,001 Velocidad de Carga 1.5% ( 0,06" x x min: min
Fuente: Excel. TABLA Nº 05: PRIMER ENSAYO DE CARGA:
TIEMPO
0min 00seg 0min 15seg 0min 30seg 0min 45seg 1min 00seg 1min 15seg 1min 30seg 1min 45seg 2
min
00
seg
2min 15seg 2min 30seg 2min 45seg
LECT. DEFORM DEFOR DEF. LECTURA AREA . M MUEST DEF. CORREG MUESTR UNITA RA CARGA IDA A RIA (0.001" (0.001") (cm) L(pulg) L/Lo ) 31 0 0 0,000 0,0000 ,67 0 0,0 31 15 26 ,015 025 ,75 0 0,0 31 30 39 ,030 050 ,83 0 0,0 31 45 51 ,045 075 ,91 0 0,0 31 60 65 ,060 100 ,99 0 0,0 32 75 76 ,075 125 ,07 0 0,0 32 90 88 ,090 150 ,15 0 0,0 32 105 97 ,105 175 ,23 0 0,0 32 120 106 ,120 200 ,32 0 0,0 32 135 110 ,135 225 ,40 0 0,0 32 150 113 ,150 250 ,48 165 124 0 0,0 32
CARGA TOTAL (Kg)
ESFUE RZO (Kg/cm ²)
0,0000
0,00
3,8194 5,7291 7,4919 9,5485 11,1644 12,9272 14,2493 15,5714 16,159 16,5997 18,2156
0,12 0,18 0,23 0,30 0,35 0,40 0,44 0,48 0,50 0,51
,165 3min 00seg
180
124
3min 15seg
195
128
3min 30seg
210
128
3min 45seg
225
127
4min 00seg
240
0 ,180 0 ,195 0 ,210 0 ,225
275 0,0 300 0,0 325 0,0 350 0,0 375
,57
0,56 32
,65 32 ,73 32 ,82 32 ,90
18,2156 18,8032 18,8032 18,6563
0 ,240
Fuente: Excel. GRÁFICO Nº 01: ESFUERZO UNITARIO VS DEFORMACIÓN UNITARIA:
0,56 0,57 0,57 0,57
Fuente: Excel. DE LA GRÀFICA OBTENEMOS: qu= 0,58 kg/cm2 si 0,0335 ε= 0,0067 20%ε=
TABLA Nº 06: SEGUNDO ENSAYO DE CARGA:
TIEMPO
LECT. DEFOR DEFOR DEF. LECTURA AREA M. M MUEST DEF. CORREG MUESTR UNITA RA CARGA IDA A RIA (0.001 (0.001") (cm) L(pulg) L/Lo ")
0min 00seg
0
0min 15seg
15
0min 30seg
30
0min 45seg
45
1min 00seg
60
1min 15seg
75
1min 30seg
90
1min 45seg
105
2min 00seg
120
2min 15seg
135
2min 30seg
150
2min 45seg
165
3min 00seg
180
3min 15seg
195
3min 30seg
210
3min 45seg
225
4min 00seg
240
4min 15seg
255
4min 30seg
270
4min 45seg
285
5min 00seg
300
5min 15seg
315
0
0,000
15
0,015
34
0,030
52
0,045
73
0,060
86
0,075
100
0,090
110
0,105
116
0,120
127
0,135
134
0,150
136
0,165
140
0,180
143
0,195
143
0,210
146
0,225
147
0,240
146
0,255
143
0,270
142
0,285
139
0,300
137
0,315
0,0000 0,0025 0,0050 0,0075 0,0100 0,0125 0,0150 0,0175 0,0200 0,0225 0,0250 0,0275 0,0300 0,0325 0,0350 0,0375 0,0400 0,0425 0,0450 0,0475 0,0500 0,0525
31,67 31,75 31,83 31,91 31,99 32,07 32,15 32,23 32,32 32,40 32,48 32,57 32,65 32,73 32,82 32,90 32,99 33,08 33,16 33,25 33,34 33,42
CARGA TOTAL (Kg)
ESFUE RZO (Kg/cm ²)
0,0000
0,00
2,2035
0,07
4,9946
0,16
7,6388
0,24
10,7237
0,34
12,6334
0,39
14,6900
0,46
16,1590
0,50
17,0404
0,53
18,6563
0,58
19,6846
0,61
19,9784
0,61
20,5660
0,63
21,0067
0,64
21,0067
0,64
21,4474
0,65
21,5943
0,65
21,4474
0,65
21,0067
0,63
20,8598
0,63
20,4191
0,61
20,1253
0,60
Fuente: Excel. GRÁFICO Nº 02: ESFUERZO UNITARIO VS DEFORMACIÓN UNITARIA:
Fuente: Excel.
DE LA GRÀFICA OBTENEMOS: qu= 0,659 kg/cm2 si 0,04 ε= 0,008 20%ε=
TABLA Nº 07: TERCER ENSAYO DE CARGA:
TIEMPO
LECT. DEFOR DEFOR DEF. LECTURA AREA M. M MUEST DEF. CORREG MUESTR UNITA RA CARGA IDA A RIA (0.001 (0.001") (cm) L(pulg) L/Lo ")
0min 00seg
0
0min 15seg
15
0min 30seg
30
0min 45seg
45
1min 00seg
60
1min 15seg
75
1min 30seg
90
1min 45seg
105
2min 00seg
120
2min 15seg
135
2min 30seg
150
2min 45seg
165
3min 00seg
180
3min 15seg
195
3min 30seg
210
3min 45seg
225
4min 00seg
240
seg
255
4min 30seg
270
4
min
4
min
5
min
15 45
seg
285
00
seg
300
5min 15seg
315
0 14 26 39 59 76 90 100 105 108 112 121 123 122 117 110
0,000
0,0000
0,015
0,0025
0,030
0,0050
0,045
0,0075
0,060
0,0100
0,075
0,0125
0,090
0,0150
0,105
0,0175
0,120
0,0200
0,135
0,0225
0,150
0,0250
0,165
0,0275
0,180
0,0300
0,195
0,0325
0,210
0,0350
0,225
0,0375
31,67 31,75 31,83 31,91 31,99 32,07 32,15 32,23 32,32 32,40 32,48 32,57 32,65 32,73 32,82 32,90
CARGA TOTAL (Kg)
ESFUE RZO (Kg/cm ²)
0,0000
0,00
2,0566
0,06
3,8194
0,12
5,7291
0,18
8,6671
0,27
11,1644
0,35
13,2210
0,41
14,6900
0,46
15,4245
0,48
15,8652
0,49
16,4528
0,51
17,7749
0,55
18,0687
0,55
17,9218
0,55
17,1873
0,52
16,1590
0,49
Fuente: Excel.
GRÁFICO Nº 03: ESFUERZO UNITARIO VS DEFORMACIÓN UNITARIA:
Fuente: Excel. DE LA GRÀFICA OBTENEMOS: qu= 0,558 kg/cm2 si 0,03 ε= 0,006 20%ε=
CÍRCULO DE MORH:
ECUACIÓ DEL CÍRCULO: Si Por lo tanto:
Y 2=R2− X 2
Si:
q u=
X 2 +Y 2=R 2
0,580 Kg/cm 2+0,659 Kg/ cm2+0,558 Kg/cm 2 =0,599 Kg /cm2 3
Entonces: D= R=
0,599 0,2995
PARA OBTENER UN SEMICÍRCULO HACEMOS X=X`-R Dando valores a x`, se tiene: TABLA Nº 08: COORDENADAS QUE FORMAN EL SEMICÍRCULO DE MOHR:
X` 0,000 0,013 0,026 0,039 0,052 0,065 0,078 0,091 0,104 0,117 0,130 0,143 0,156
Y 0 0,087281 155 0,122057 364 0,147783 626 0,168653 491 0,186306 2 0,201588 69 0,215006 977 0,226892 045 0,237474 209 0,246921 04 0,255358 571 0,262884 005
0,169 0,182 0,195 0,208 0,221
0,234 0,247 0,260 0,273 0,286 0,299 0,312 0,325 0,338 0,351 0,364 0,377 0,390 0,403 0,416 0,429 0,442 0,455 0,468 0,481
0,269573 738 0,275488 657 0,280677 751 0,285180 645 0,289029 41
0,292249 893 0,294862 68 0,296883 816 0,298325 326 0,299195 588 0,299499 583 0,299239 035 0,298412 466 0,297015 151 0,295038 98 0,292472 221 0,289299 153 0,285499 562 0,281048 039 0,275913 03 0,270055 55 0,263427 409 0,255968 748 0,247604 523 0,238239
0,494 0,507 0,520 0,533 0,546 0,559 0,572 0,585 0,598 0,599
375 0,227749 863 0,215972 22 0,202682 017 0,187557 991 0,170111 728 0,149532 605 0,124273 891 0,090498 619 0,024454 039 0
Fuente: Excel.
GRÁFICO Nº 04: CÍRCULO DE MOHR:
Fuente: Excel.
DE LA GRÀFICA OBTENEMOS: c=qu/2= 0,599/2 0,2995 COHESIÓN: 0,2995 kg/cm2
�=
POR LO TANTO: 0,2995 kg/cm2
C. PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO:
1. Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tamaño (y, ojalá, a la misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamaño pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra. Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado y preconsolidado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la preparación de la máquina de corte y los demás detalles del ensayo. 2. Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas están saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra. 3. Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de 5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistón de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P. y ajustar el deformímetro de carátula vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado. 4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una,pequeña separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más grande presente en el suelo, retroceder los tomillos de separación y empalmar la cabeza de carga en su sitio utilizando los tornillos fijos para tal propósito. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser eximido fuera de la caja por la zona de separación —utilizar en esos casos cargas verticales pequeñas y/o hacer si puede requerir el hacer la consolidación antes de la separación de las cajas. 5. Acoplar el deformírnetro de deformación cortante, fijar en cero tanto el deíormímetro horizontal como el vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturación de la muestra.
6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformírnetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformación unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformírnetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/'min. No utilizar tasas de deformación unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte esté entre dos lecturas. La tasa de defonnación unitaria debería ser tal que la muestra "falle" en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea de tipo CD. La velocidad de deformación para el ensayo CD debería ser tal que el tiempo para que la falla ocurra sea: tf = 50 t50 donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50%de la consolidación. 7. Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos 2 a 6 para dos o más muestras adicionales.
D. RESULTADOS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO: TABLA Nº 09: INFORMACIÓN GENERAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO: CC DE LA INGENIERÍA ASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS II PROYEC TO: UBICACI ÓN: CALICAT A:
ESTUDIO DE SUELOS:RESISTENCIA CORTANTE
ENSAYO:
Corte Directo
CIUDAD UNIVERSITARIA UNC
OPERADOR:
GRUPO DE ESTUDIOS A2
A-2
FECHA:
POZO N°
1
SUELO: Fuente: Excel.
TABLA Nº 10: DATOS DENSIDAD. Muestra (M) Wo (Recip + suelo) (gr) Wf (Recip + suelo) (gr) Wsuelo (gr)
M1
M2
M3
298,3
276,7
279,1
154,5 143,8
140,3 136,4
154,4 142,7
Fuente: Excel. TABLA Nº 11: CONTENIDO DE HUMEDAD. Muestra (M) Wt+mh (gr) Wh(gr) Wtara (gr) Ww (gr) Ws (gr) w(%)
M1
M2
M3
38,4 11,0
47,7 20,0
50,6 21,2
27,4
27,7
29,4
20/11/2015 ARCILLOSO OSCURO SIN OLOR
Fuente: Excel.
TABLA Nº 12: DATOS MUESTRA DE CORTE. Muestra (M)
M1
M2
M3
Lado (cm) Altura (cm) Area (cm²) Vm (cm³) Vel. de carga (mm/min)
6 2 36 72
6 2 36 72
6 2 36 72
0,5
0,5
0,5
Fuente: Excel. TABLA Nº 13: DENSIDAD NATURAL. Muestra (M)
M1
M2
M3
1,997
1,894
1,982
m (gr/cm³)
Fuente: Excel. TABLA Nº 14: ESFUERZO NORMAL. Muestra (M)
n
(kg/cm²)
M1
M2
M3
0,295
0,572
1,128
Fuente: Excel. TABLA Nº 15: CARAG NORMAL. Muestra (M) Pa (Marco y Placa) (kg) Pb (Percha de carga) (kg) Pv (kg)
M1
M2
M3
0,604
0,604
0,604
10 10,604
20 20,604
40 40,604
Fuente: Excel.
TABLA Nº 16: DATOS MUESTRA DE CORTE. Muestra (M) (kg/N° div.)
M1
M2
M3
0,446379 0,446379 0,446379
Fuente: Excel. TABLA Nº 17: ENSAYO DE CARGA (10 KG) - MUESTRA 1.
Tiempo (min) 0
Desplaz. Hz (cm) 0
Area Def. Corr. Carga (cm²) (N° Div) 36,000 0,000
Fza. Corte (kg) 0,000
Esf. Cort. (kg/cm²) 0,000
0,500
0,025
35,850
7,100
3,169
0,088
1,000
0,050
35,700
15,200
6,785
0,190
1,500
0,075
35,550
28,300
12,633
0,355
2,000
0,100
35,400
43,200
19,284
0,545
2,500
0,125
35,250
56,000
24,997
0,709
3,000
0,150
35,100
65,000
29,015
0,827
3,500
0,175
34,950
71,800
32,050
0,917
4,000
0,200
34,800
75,000
33,478
0,962
4,500
0,225
34,650
77,800
34,728
1,002
5,000
0,250
34,500
79,800
35,621
1,032
5,500
0,275
34,350
80,900
36,112
1,051
6,000
0,300
34,200
81,600
36,425
1,065
6,500
0,325
34,050
81,900
36,558
1,074
7,000
0,350
33,900
79,600
35,532
1,048
7,500
0,375
8,000
0,400
8,500
0,425
9,000
0,450
9,500
0,475
10,000
0,500
Fuente: Excel.
GRÁFICO Nº 05: ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACIÓN–MUESTRA 1:
Fuente: Excel.
TABLA Nº 18: ENSAYO DE CARGA (20 KG) - MUESTRA 2.
Tiempo (min) 0
Desplaz. Hz (cm) 0
Area Def. Corr. Carga (cm²) (N° Div) 36,000 0,000
Fza. Corte (kg) 0,000
Esf. Cort. (kg/cm²) 0,000
0,500
0,025
35,850
1,600
0,714
0,020
1,000
0,050
35,700
10,600
4,732
0,133
1,500
0,075
35,550
20,300
9,061
0,255
2,000
0,100
35,400
32,000
14,284
0,404
2,500
0,125
35,250
46,000
20,533
0,583
3,000
0,150
35,100
58,500
26,113
0,744
3,500
0,175
34,950
67,300
30,041
0,860
4,000
0,200
34,800
73,700
32,898
0,945
4,500
0,225
34,650
78,000
34,818
1,005
5,000
0,250
34,500
82,300
36,737
1,065
5,500
0,275
34,350
84,800
37,853
1,102
6,000
0,300
34,200
86,900
38,790
1,134
6,500
0,325
34,050
89,000
39,728
1,167
7,000
0,350
33,900
90,500
40,397
1,192
7,500
0,375
33,750
91,300
40,754
1,208
8,000
0,400
33,600
90,800
40,531
1,206
8,500
0,425
9,000
0,450
9,500
0,475
10,000
0,500
Fuente: Excel.
GRÁFICO Nº 06: ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACIÓN–MUESTRA 2:
Fuente: Excel.
TABLA Nº 19: ENSAYO DE CARGA (40 KG) - MUESTRA 3.
Tiempo (min) 0
Desplaz. Hz (cm) 0
Area Def. Corr. Carga (cm²) (N° Div) 36,000 0,000
Fza. Corte (kg) 0,000
Esf. Cort. (kg/cm²) 0,000
0,500
0,025
35,850
17,900
7,990
0,223
1,000
0,050
35,700
35,300
15,757
0,441
1,500
0,075
35,550
51,000
22,765
0,640
2,000
0,100
35,400
64,200
28,658
0,810
2,500
0,125
35,250
74,300
33,166
0,941
3,000
0,150
35,100
82,100
36,648
1,044
3,500
0,175
34,950
88,200
39,371
1,126
4,000
0,200
34,800
92,200
41,156
1,183
4,500
0,225
34,650
95,100
42,451
1,225
5,000
0,250
34,500
97,800
43,656
1,265
5,500
0,275
34,350
99,000
44,192
1,287
6,000
0,300
34,200
99,600
44,459
1,300
6,500
0,325
34,050
99,900
44,593
1,310
7,000
0,350
33,900
99,500
44,415
1,310
7,500
0,375
33,750
98,600
44,013
1,304
8,000
0,400
8,500
0,425
9,000
0,450
9,500
0,475
10,000
0,500
Fuente: Excel. GRÁFICO Nº 07: ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACIÓN–MUESTRA 3:
Fuente: Excel.
TABLA Nº 20: ENVOLVETE DE FALLA – ESFUERZO CORTANTE VS ESFUERZO NORMAL ENSAYO 1 2 3
NORMAL 0,295 0,572 1,128
CORTANT E 1,076 1,215 1,31
Fuente: Excel.
GRÁFICO Nº 08: ESFUERZO DE CORTE � VS ESFUERZO NORMAL σn.
Fuente: Excel. Del gráfico nº 08 obtenemos:
Cohesión c = 0,975 kg/cm2 El Angulo de fricción interna φ:
φ=Arctg
(1,320−0,975) 1−0
φ=19,034 º
V.- CONCLUSIONES: Se logró evaluar la resistencia al corte de muestras de suelo cohesivo, en este caso arcilla oscura, aplicando los métodos de compresión simple y corte directo. Del ensayo de compresión inconfinada se determinó aproximadamente el esfuerzo al corte � de una muestra de arcilla, para ello se asumió que se trató de un suelo cohesivo puro con φ=0, por lo cual el resultado es � =c=0,2995 kg/cm2. Del ensayo de corte directo se determinó los parámetros de cohesión c=0,976 kg/cm2 y el ángulo de fricción interna φ=19,034 º. Según la figura nº 04 del marco teórico podemos deducir que el suelo ensayado tiene una consistencia blanda ya que 0,25 kg/cm2 <0,2995 kg/cm2<0,50 kg/cm2. V.- RECOMENDACIONES: Se debe tomar mucho cuidado al momento de tomar las lecturas respectivas en el deflectometro para así no tener problemas al momento de realizar los cálculos. Se debe colocar las muestras en recipientes húmedos mientras esperan su turno para la máquina de compresión, para prevenir su desecamiento. Las lecturas en el deflectometro se deben realizar hasta que empiece a disminuir. V.- BIBLIOGRAFÍA: Mecánica de suelos – JUAREZ BADILLO. Apuntes de clase.
VI.- ANEXOS:
Foto nº 07: preparando la muestra para ensayo de compresión simple.
Foto nº 08: Muestra de suelo cohesivo luego de haber ensayado con compresión simple.
