“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO” UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
ESFUERZO CORTANTE DE SUELOS INTEGRANTES: AZULA VÁSQUEZ JHON
CORONEL HERAS CHRISTOFER CUMPA CAPUÑAY ALEX CUYÁN BARBOZAEDWIN PERALT PER ALTA A PANTA JOR JORGE GE VASQUEZ DELGADO DIKSON DOCENTE: MG.ING. REINOSO SAMAMÉ JORGE ANTONIO CURSO: MECÁNICA DE SUELOS Y ROCAS
LUNES 20 DE FEBRERO DEL 2017
DETERMINACION DEL ESFUERZO DE CORTE La cohesión de un suelo y su ángulo de fricción interna, componentes del esfuerzo de corte del mismo, pueden obtenerse de diferentes maneras, y entre ellas guran: el aparato de corte directo, y por la prueba de compresión triaxial. En el caso de las arcillas, la determinación del esfuerzo de corte de las mismas puede determinarse, además, con la prueba de compresión axial no connada o con la prueba de la veleta.!"#$#"%& '"L() *p ++ *l +(-( /
PRUEBA DIRECTA DE RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE En esta como en todas la pruebas de resistencia de suelos, caben dos posibilidades de realización: el m0todo de esfuerzo controlado y el de deformación controlada, la primera se lleva a efecto aplicando valores 1os de la fuerza tangencial al aparato de modo 2ue el esfuerzo aplicado 3ene en todo momento un valor pre1ado4 en el segundo 3po, la má2uina act5a con una velocidad de deformación constante y la fuerza actuante del esp0cimen se lee en la báscula de la má2uina 2ue la aplica. !"#$#"%& 6or+) *l +(-( / 7urante muchos a8os, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue prác3camente la 5nica usada para la determinación de la resistencia de los suelos4 hoy, aun cuando conserva inter0s prác3co debido a su simplicidad, ha sido sus3tuida en buena parte por las pruebas de compresión triaxial.!"#$#"%& 9$( *p ;<,;<< *l +(-( /
ESQUEMA DEL APARATO NECESARIO PARA EFECTUAR LA PRUEBA El e2uipo consiste en una ca1a de corte metálica en la 2ue se coloca el esp0cimen. Las muestras pueden ser cuadradas o circulares. El tama8o de los espec=menes generalmente usados es aproximado de -( a - cm2 transversalmente y de - a ;( mm de altura. La ca1a está cortada horizontalmente en dos partes. La fuerza normal sobre el esp0cimen se aplica desde la parte superior de la ca1a de corte. El esfuerzo normal sobre los espec=menes debe ser tan grande como +((( >&?m-. La fuerza cortante es aplicada moviendo una mitad de la ca1a respecto de la otra para generar la falla en el esp0cimen de suelo.!"#$#"%& 67$(+ *p -+- *l +(-( /
7ependiendo del e2uipo, la prueba de corte puede ser controlada por el esfuerzo o por la deformación unitaria. En las pruebas controladas por el esfuerzo, la fuerza cortante es aplicada en incrementos iguales hasta 2ue el esp0cimen falla, lo cual 3ene lugar a lo largo del plano de separación de la ca1a de corte, el desplazamiento cortante de la mitad superior de la ca1a se mide por medio de un micrómetro horizontal. El cambio en la altura del esp0cimen @y por tanto el cambio de su volumenA durante la prueba se ob3ene a par3r de las lecturas de l micrómetro 2ue mide el movimiento ver3cal de la placa superior de carga. En pruebas controladas por la deformación unitaria se aplica una razón constante de desplazamiento cortante a una mitad de la ca1a por medio de un motor 2ue act5a a trav0s de engranes. La tasa constante de desplazamiento cortante se mide con un micróme tro horizontal. La fuerza cortante resistente del suelo correspondiente a cual2uier desplazamiento cortante se mide por medio de un anillo de ensaye horizontal o con una celda de carga. El cambio de volumen durante la prueba se ob3ene de manera similar a las pruebas controladas por el esfuerzo, la venta1a de las pruebas por deformación unitaria controlada es 2ue, en el caso de arena densa se observa y graca la resistencia cortante pico @es decir, en la fallaA as= como resistencias cortantes menores @es decir, en un punto despu0s de la falla llamado resistencia 5l3maA.!"#$#"%& 67$(+ *p -+-,-+; *l +(-( /
B$C$ &$ BCED$ 7$7$, EL EFECG% &%C6$L E !$L!L$ !%6% ,
σ σ =
=
fuerza normal área de la sección tranversaldel espécimen
EL EFECG% !%C#$&#E CE"#E&#E B$C$ !$LH"EC 7EBL$G$6"E&#% !%C#$&#E E !$L!L$ !%6%: τ
=
fuerza cortanteresistente áreade la sección tranversal del espécimen
eg5n 6.7$ @-((+A En arena suelta, el esfuerzo cortante resistente crece con el desplazamiento cortante hasta 2ue se alcanza un esfuerzo cortante de falla τf , 7espu0s de eso, la resistencia cortante permanece aproximadamente constante con cual2uier incremento adicional del desplazamiento cortante, en arena densa , el esfuerzo cortante resistente crece con el desplazamiento cortante hasta 2ue se alcanza un esfuerzo de falla τf llamado resistencia cortante pico. 7espu0s de 2ue se alcanza el esfuerzo de falla, el esfuerzo cortante resistente decrece gradualmente conforme crece el desplazamiento cortante hasta 2ue alcanza nalmente un valor constante llamado la resistencia cortante 5l3ma.@Bág.-+),-+A
Los esfuerzos normales y los correspondientes valores de τf obtenidos de varias pruebas, se trazan en una gráca, de la cual se determinan los parámetros de resistencia al corte. La ecuación para la l=nea promedio obtenida de los resultados experimentales es '
τf σ tan ∅ =
Bara C I( en arenas y −
∅ = tan
1
( ) τf
'
σ
'
σ
=
σ , para condiciones secas4 el ángulo de fricción es:
na de las desventa1as de esta prueba consiste en la imposibilidad de conocer los esfuerzos 2ue act5an en planos dis3ntos al de falla durante su realización. En el instante de falla incipiente, los esfuerzos actuantes en estas otras direcciones pueden determinarse teniendo en cuenta 2ue, en ese instante, el c=rculo de falla debe ser tangente a la l=nea de falla, uno de los inconvenientes más importantes de la prueba de resistencia al esfuerzo cortante directa es 2ue su uso debe restringirse a los suelos de falla plás3ca, debiendo no efectuarse en suelos frágiles pues la curva esfuerzoJdeformación obtenidas para estos resulta desplazada hacia valores menores del esfuerzo respecto a las 2ue se obtendr=a con pruebas más adecuadas, proporcionando, por lo tanto valores menores de resistencia.!"#$#"%& 9$( *p ;K(,;K+ *l +(-( /
La !"#$a %# &a '#&#(a La prueba de la veleta es una contribución al estudio de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos cohesivosM. La prueba presenta una venta1a considerable al realizarse directamente sobre los suelos in situM, es decir no sobre muestras extra=das con mayor o menor grado de alterabilidad, sino sobre los materiales en el lugar en 2ue se depositaron en la naturaleza. !"#$#"%& 9$( *p ;K( *l +(-( /.
irve para medir la resistencia al corte de los suelos eminentemente cohesivos y suaves sin tener 2ue extraer muestras inalteradas de estos. !"#$#"%& '"L() *p +<+ *l +(-( / Nsta consiste usualmente en cuatro placas de acero delgadas de igual tama8o soldadas a una barra de torsión hecha del mismo metal. Brimero, la veleta se hinca en el suelo, luego se aplica un tor2ue en la parte superior de la barra para hacer girar la veleta con rapidez uniforme. n cilindro de suelo de altura h y diámetro d resis3rá el tor2ue hasta 2ue falle el suelo. La resistencia a cortante sin drenar del suelo se calcula como sigue. i # es el tor2ue máximo aplicado en la cabeza de la barra para generar la falla, !"#$#"%& 67$(+ *p -;K *l +(-( /
0ste debe ser la resistencia al corte del material cohesivo y suave se ob3ene por medio de la formula.
7onde # I Cesistencia máxima al corte de la arcilla en >g ?cmBI Bar o momento aplicado en el maneral en >gJcm. Es un momento o par de ruptura aplicado. OI$ltura de las placas rectangulares la veleta dI $nchura de las placas La fórmula anterior se ob3ene considerando 2ue el momento se desarrolla en área lateral de la ruptura dada por el giro de las placas:
P 2ue el momento generado en cada una de las bases de giro de las paletas @base superior e inferiorA vale:
En el momento de la falla el momento resistente será igual al momento aplicado, por lo tanto, estando la veleta totalmente enterrada:
!"#$#"%& '"L() *p +<-,+<; *l +(-( /
PRUEBA DE COMPRESION TRIAXIAL e atribuye a $rthur !asagrande la idea de u3lizar un aparato triaxial para medir la resistencia al corte de los suelos. !onstruyó en +Q;( el primer aparato de este 3po en el "ns3tuto #ecnológico de 6assachuseRs, sobre el modelo de un aparato de consolidación triaxial 2ue hab=a visto en $lemania en +Q-Q. El aparato triaxial es hoy un elemento fundamental en todo laboratorio de 6ecánica de uelos. El Prof. Lucio Gerardo Cruz de la Universidad del Cauca (Colombia) señala que:
Objetivo: - Determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo mediante un método más exacto (representa el estado del suelo en el campo). Equipo: - Aparato riaxial - !ámara triaxial - "embranas impermeables - Equipo de preparaci#n de la muestra "uestra: - $nalterada
- !ompactada APARATO TRIAXIAL
Segn la !ublicaci"n #Carac$erizaci"n de la resis$encia de un ma$erial de banco !ara su uso como relleno com!ac$adoM: El aparato de compresión triaxial o triaxial simple, 3ene forma de un cilindro
esbelto.
Hue se somete a lo 2ue se denomina una compresión triaxial 2ue deber=a llamarse con mayor precisión campo cil=ndrico de tensiones. La muestra se coloca en una c0lula 2ue con3ene un Suido a presión, generalmente agua, y se aplica sobre una supercie lateral una tensión radial T, igual a la presión 2ue existe dentro de la c0lula. Bor otra parte, un pistón 2ue atraviesa la parte superior de la c0lula, permite cargar ver3calmente la muestra 2ue de este modo 2ueda some3da tambi0n a una tensión longitudinal T+.
Estas dos tensiones 3enen oblicuidad nula4 son pues, las tensiones principales. $ctuando separadamente sobre la presión de la c0lula y la fuerza transmi3da por el pisón pueden conseguirse una amplia gama de combinaciones tensiónales. Los diferentes 3pos de ensayos los podemos dis3nguir en: Ensayos de compresión en los 2ue la tensión longitudinal T+ es superior a la tensión radial Tr Ensayos de estricción en los 2ue T+UTr Ensayos de tracción o de extensión en los 2ue la tensión longitudinal es una tracción @este 3po de ensayo re2uiere de unos disposi3vos especialesA. El ensayo de compresión es con mucho el más u3lizado y el 2ue dispone de más resultados experimentales. En general, se ob3ene la rotura de la muestra manteniendo constante la tensión radial Tr y aumentando la tensión longitudinal T+. En ocasiones se traba1a con tensión longitudinal constante y tensión radial decreciente. 7e esta forma simple se aplica a la muestra un desviador T+JTr creciente. En cada ensayo se miden las dos tensiones principales T+ y Tr en el momento de la rotura, lo 2ue permite trazar el c=rculo de 6ohr correspondiente. Bara obtener la curva de resistencia intr=nseca del material, se e1ecutan una serie de ensayos y se determina entonces la envolvente de los diferentes c=rculos de 6ohr. Es una medida indirecta de la resistencia al corte.
PROCEDIMIENTO
+. !olocar la probeta debidamente preparada, medida y pesada en la cámara, cerrando la cámara herm03camente. -. i la prueba se va a realizar con control de deformación, instalar la cámara en una má2uina de compresión con el vástago centrado ba1o el marco de carga, el cual se ba1a hasta punto de hacer contacto. i se emplea control de carga, colocar la cámara ba1o el marco de carga de un banco de consolidación. ;. 7isponer de un micrómetro en el soporte de la cámara, apoyado sobre el marco de carga, procurando 2ue 2uede en posición ver3cal. ). Llenar la cámara. 7espu0s del llenado, el agua en el tan2ue de control debe encontrarse aproximadamente al mismo nivel 2ue la probeta. . !on el vástago asentado sobre a cabeza de la probeta y el marco de carga sobre el vástago, tomar la lectura inicial del micrómetro. . $1ustar el regulador al valor de la presión connante en a cual se va a ensayar el esp0cimen. i la presión re2uerida es menor a ;. >g?cm- , y no se dispone de un manómetro mecánico de precisión suciente, conectar el sistema a un manómetro de mercurio. <. $plicar la presión connante con la cual se va a ensayar el especimen. !olocar una pesa en el marco de carga para compensar el empu1e ver3cal 2ue act5a sobre el vástago. $notar la presión inicial connante Tc . K. Boner en marcha el disposi3vo reductor de fricción del vástago.
Q. $l poner nuevamente en contacto el marco, el vástago y la cabeza de la probeta y volver a tomar la lectura del micrómetro. Esta operación, es necesaria si la probeta está parcialmente saturada y se deforma apreciablemente al aplicar la presión connante. +(. Broceder a la etapa de ruptura de la probeta. !irculo de "o%r
La construcción gráca, para denir el lugar geom0trico de un punto B, por medio de c=rculo.
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Blano "nclinado horizontal
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Segn la !ublicaci"n Esfuerzo de cor$e en suelos% ( &' de nov. de &')
B)$&)*+!a,-a JUAREZ BADILLO. E/. 0 RODRIGUEZ. R/ 123345/ MECANICA DE SUELOS TOMO I. MEXICO6 LIMUSA/ M/DAS. B/ 123375/ FUNDAMENTOS DE INGENIERIA GEOTECNICA. MEXICO6 THOMSON LEARNING/
MORENO LEZAMA. T/ 174 %# 7 %# 23785/ PRUEBA DIRECTA DE RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE / O$(#9)%* %# PREZI6 :((;6<<!#=)/>*?<@>$&"9%2@)aa#;,"#!=*>*!(a9(#< VILLALAZ. C/ 123385/ MECANICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES. MEXICO6 LIMUSA/
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