Ensayo de corte directo_UNI-FIC

MECANICA DE SUELOS II EC513-G 2016-1 “Año de la Consolidación del mar de Grau”

CURSO:

DOCENTE:

Ing. Daniel J. Basurto Ravichagua I

NTEGRANTES: 

TUNCAR QUISPE, Roy Joseph

20132050J

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URBINA LIRA, Gerson Smith

20132047I

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VIDAL TARAZONA, Jovino Jesús

20132016F

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VILCHEZ OLIVARES, Carlos Olivares

20130064C

YACOLCA RICAPA, Jorge Luis

20121036K

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO

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MECANICA DE SUELOS II EC513-G 2016-1

Laboratorio N°2 TABLA DE CONTENIDO DEL 2DO LABORATORIO EC-513 G 1. Introducción 2. Objetivos 3. Norma ASTM y NTP 4. Fundamento teórico 5. Descripción del equipo 6. Descripción del ensayo 7. Calcule la curva de esfuerzo-deformación a partir de los datos adjuntos al presente cuestionario ¿Cuál será el valor de la cohesión y el ángulo de fricción? 8. ¿Cuál es la aplicación de estos resultados? 9. Conclusiones y/o recomendaciones 10. Referencias


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil Departamento Académico de Mecánica de Suelos “Año

de la Consolidación del Mar de Grau”

1. INTRODUCCIÓN El estudio de la resistencia cortante del suelo es fundamental para entender cómo se comporta éste al recibir esfuerzos, y de esta manera, poder analizar los diversos problemas existentes relacionados con su estabilidad; tales como capacidad de carga, estabilidad de taludes y la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras. En consecuencia, el determinar correctamente los parámetros de resistencia del suelo, es decir, la cohesión (c) y el ángulo de fricción (φ), es crucial para afrontar los retos ingenieriles por el camino que

garantice los resultados más óptimos. Para la obtención de c y φ es necesaria la ejecución de ensayos de laboratorio,

de los cuales se obtienen un conjunto de datos que, al ser procesados y ploteados en un gráfico, muestran una tendencia geométrica; y es entonces, en el que el criterio del ingeniero entra a tallar. El trazo de la recta que mejor relacione el esfuerzo cortante máximo, el esfuerzo normal, la cohesión y el ángulo de fricción, debe hacerse teniendo en cuenta tanto múltiples aspectos teóricos como la experiencia profesional, que es vital en estos casos. El presente informe de laboratorio rotulado Ensayo de Corte Directo con Drenaje y Consolidado trata acerca de todos los aspectos mencionados en los párrafos anteriores, puesto que no solamente contiene información extraída de libros o que es propia de la experimentación en el laboratorio, si no que alberga memorias de cálculo, interpretación de resultados y conclusiones relacionadas a los valores resultantes de c y φ. En síntesis, es importante porque nos ayuda a


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desarrollar los criterios que necesitaremos en el futuro cuando ejerzamos nuestra noble profesión, la Ingeniería Civil.

2. OBJETIVOS 

Estudiar, analizar y comprender los fundamentos y el procedimiento del ensayo de corte directo por medio de la realización de este tipo de prueba en el laboratorio.

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Reconocer cada uno de los equipos utilizados en este ensayo, haciendo hincapié en su modo de uso y por qué son necesarios.



Hallar el valor numérico de la cohesión y del coeficiente de fricción para diversas muestras de suelo.



Comparar los resultados obtenidos de los mencionados parámetros con los establecidos en la teoría de acuerdo con el tipo de suelo, y así desarrollar criterios para su determinación gráfica.

3. NORMA ASTM y NTP ASTM Designación: D3080-72 Método Estándar para el ENSAYO DE CORTE DIRECTO DE SUELOS BAJO CONDICIONES CONSOLIDADAS DRENADAS

Este método describe procedimientos para determinar la resistencia al corte consolidado drenado de un suelo en corte directo La prueba de corte directo es adecuada para un ensayo consolidado drenado porque las trayectorias de drenaje a través del espécimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los excesos de las presiones de poro sean disipados bastante rápidamente. Los resultados del ensayo son aplicables a situaciones de campo donde la consolidación completa ha ocurrido bajo la sobrecarga existente, y la falla es alcanzada lentamente de modo tal que los excesos de presiones de poro son disipados. El ensayo también es útil para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos débiles reconocibles dentro del material de suelo.


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Imagen Nº1 máquina de corte directo

Tabla Nº1


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NORMA TÉCNICA PERUANA NTP Manejo de muestras y ensayo de campo •

NTP 339.136 Suelos. Símbolos, unidades, terminología y definiciones

•

NTP 339.150 Suelos. Descripción e identificación de suelos. Procedimiento visual – manual

•

NTP 339.252 Suelos. Guía estándar para muestreo de suelos de la zona vados ( zona no saturada por encima del nivel freático )

•

NTP 400.010 Agregados. Extracción y preparación de las muestras

•

NTP 339.151 Suelos. Practicas normalizadas para la preservación y transporte de suelos

•

NTP 339.161 Suelos. Practica para la investigación y muestreo de suelos por perforaciones con barrena

•

NTP 339.126 Suelos. Métodos para la reducción de las muestras de campo a tamaños de muestras de ensayo

•

NTP 339.169 Suelos. Muestreo geotécnico de suelos con tubo de pared delgada

•

NTP 339.162 Suelos. Guía normalizada para caracterización de campo confines de diseño de ingeniería y construcción

•

NTP 339.133 Suelos. Método de ensayo de penetración estándar SPT

•

NTP 339.159 Suelos. Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica DPL

•

NTP 339.153 Suelos. Método de ensayo normalizado para la capacidad portante del suelo por carga estática y para cimientos aislados

4. FUNDAMENTO TEÓRICO ENSAYO DE CORTE DIRECTO Este ensayo consiste en colocar el espécimen del ensayo en una caja de corte directa, aplicar un esfuerzo normal determinado, humedecer o drenar el espécimen de ensayo, o ambas cosas, consolidar el espécimen bajo el esfuerzo normal, soltar los marcos que contienen la muestra y desplazar un marco horizontalmente respecto al otro a una velocidad constante de deformación y medir la fuerza de corte y los desplazamientos horizontales a medida que la muestra es cizallada.


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Fig. Nº1: Equipo para la prueba de corte directo El ensayo de corte directa es adecuado para la determinación relativamente rápida de las propiedades de resistencia de materiales drenados y consolidados. Debido a que las trayectorias de drenaje a través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en los poros sea disipado más rápidamente que con otros ensayos drenados. El ensayo puede ser hecho en todo tipo de suelos inalterados, remoldeados o compactados. Hay sin embargo una limitación en el tamaño máximo de las partículas presentes en las muestras. La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra. El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos esfuerzos: •Un esfuerzo normal (sn), aplicado externamente debido a la carga vertical (Pv).


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•Un esfuerzo cortante (t), debido a la aplicación de la carga horizontal.

Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el área (A) de la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la ecuación de Coulomb:

t = c + sn * Tg (f) Según esta ecuación la resistencia al corte depende de la cohesión (c) y la fricción interna del suelo (f). Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos valores es posible graficar la tensión de corte (t), en función de la deformación (e) en el plano de esta tensión de corte. De la gráfica es posible tomar el punto máximo de tensión de corte como la resistencia al corte del suelo. Los valores de t se llevan a un gráfico en función del esfuerzo normal (sn), obteniendo la recta intrínseca (ver fig.Nº 2), donde t va como ordenada y sn como abscisa. El ángulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ángulo f y el intercepto con el eje t, la cohesión c.

Fig.Nº2: Recta Intrínseca Dependiendo el equipo, la prueba de corte puede ser controlada por el esfuerzo o por la deformación unitaria:


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Pruebas controladas por el esfuerzo Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones hasta llegar hasta la estabilización, luego se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llega el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que hemos sobrepasado la carga de rotura.

Pruebas controladas por la deformación unitaria La mitad móvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la fuerza horizontal.

Fig Nº3: Equipo de corte controlada por la deformación unitaria


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5. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Fig. Nº4 equipo de corte controlada del laboratorio de suelos.FIC-UNI 1) Aparato de cizalladura:

Fig. Nº5 aparato de cizalladura ENSAYO DE CORTE DIRECTO

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2) Caja de cizalladura:

Fig. Nº6 Caja de cizalladura 3) Bloques permeables:

Fig. Nº7 Bloque permeable


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4) ANILLO DE CARGA

Fig.Nº8 Anillo de carga

6. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO 

Preparación de la muestra

Muestra inalterada: se busca que el tallador se introduzca en su totalidad, se debe cortar los extremos .

Fig.Nº9


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Se procede a pesar la cantidad de muestra de acuerdo al peso específico y humedad proporcionado.

Fig Nº 10

Para muestra remoldada se debe compactar en tres capas. S e debe cuidar que el material pesado no disminuya el nivel correspondiente .

Fig. Nº11

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Instalación de la muestra

Fig. Nº 12

Se debe colocar sobre la parte inferior de la celda de corte; en orden: a) La base Ranurada b) Dos piedras Porosas c) Un papel filtro


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MECANICA DE SUELOS II EC513-G 2016-1 

Montaje de la muestra

Colocar la parte superior de la celda, cuidando que los agujeros del

mismo

diámetro

estén

alineados y atornillar



Inundación del espécimen.

Cubrir con el pistón alineándose al tallador, papel filtro y metal poroso. Luego aplicar unos golpes hasta que la muestra llegue al fondo, sin compactar. Retirar el tallador. Fig. Nº14


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Aplicación de la Carga

Fig. Nº 15

Este equipo aplica la presión normal por carga muerta a través de un brazo de palanca que amplifica la carga de las pesas

Fig. Nº 16 Colocación de la celda en el equipo


Fig. Nº 17 Celda de corte ya colocada en el equipo

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7. CÁLCULOS Y RESULTADOS POR SERIE, ESFUERZOS VS DEFORMACIÓN 

Indicado en cada serie del papel milimetrado.

8. ¿CUÁL ES LA APLICACIÓN DE ESTOS RESULTADOS? Es de vital importancia poder correlacionar parámetros que faciliten el desenvolvimiento más eficiente de la ingeniería, y que puedan ser utilizados en forma confiable en el diseño de obras civiles, y dentro de intervalos previamente establecidos. La estabilidad de los suelos depende en gran proporción a sus propiedades intrínsecas como lo son; el ángulo de fricción interna (Ø), su cohesión (c), el índice de densidad o densidad relativa, y la relación de vacíos que tiene la masa suelo. Es de gran aporte poder realizar un vínculo entre ellos que dé certeza en la evaluación lógica de estos parámetros, que generarían un aporte de gran importancia para el control de capacidad de soporte en los suelos, en el diseño apropiado de muros de contención, en la estabilidad de taludes, la resistencia de una cimentación o para el cálculo del empuje de tierras, represas y terraplenes.

Tabla Nº 2 ángulo de fricción interna y cohesión


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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Es recomendable no utilizar tasas de deformación unitarias demasiado altas ya que es posible que la carga pico este entre las dos lecturas.

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El suelo presenta una cohesión muy baja, se puede esperar que sea arena o arcilla.

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Los esfuerzos normales y cortantes son muy bajos. El suelo es muy blando.

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Las gráficas de deformación vs esfuerzos cortantes, podemos observar una tendencia de converger.

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El Área de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa sin que esto sea demasiado significativo ya que la mayoría de deformaciones fallan a deformaciones bajas.



Asegúrese de que las piedras porosas de que se encuentran en la caja de corte y permitiendo transcurrir tiempo suficiente para que tenga lugar la saturación.

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Ser extremadamente cuidadoso con arcilla blanda porque parte del material puede ser extraído fuera de la caja en la zona de separación.

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La cohesión en ensayos sin drenar en una gran medida depende del contenido de humedad, y el ángulo de fricción interna dependerá de la relación de vacíos y de la forma de las partículas

10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

Fundamentos en la ingeniería Geotecnia Braja M das.



http://es.slideshare.net/meleyzha/mecanica-de-suelos-i-10-exploracionde-suelos



Bowles, Joseph E. Propiedades geofísicas de los suelos, 1982, McGrawHill. Latinoamericana, S.A. Bogotá Colombia, 484 p.



Verdugo, R., Gesche, R. y De La Hoz, K. (2003). “Metodo logía de

evaluación de parámetros de resistencia al corte de suelos granulares gruesos,” 12th Pan American Conference on Soil Mechanics &

Geotechnical Engineering, Cambridge, Massachusetts 

Mecánica de suelos, Eulalio Juárez Badillo, Editorial Limusa 1996

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CD Mecánica de suelos II, Ing. Zenón Aguilar Bardales, UNI-FIC


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