ENSAYO ENSAYO DE CORTANTE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
RESUMEN En el presente trabajo se !ar" al#an#e !el pro#e!$%$ento !el ensa&o !e #ortante !$re#to !e la #'al se obt'($eron 'na ser$e !e !atos !e las %'estras ) 12 & 1) #on es*'er+os nor nor%al ales es 0,0,0-/ /#% #%2 1.00-/#%2 & 1.,0-/#%2 respe#t$(a%ente #a!a 1,se'n!os. Los !atos *'eron to%a!os en el laborator$o !e %e#"n$#a !e s'elos !e la 'n$(ers$!a! na#$onal e!ro R'$+ Gallo para l'eo obtener 'na ser$e !e res'lta!os & #'%pl$r #on los objet$ objet$(os (os tra+a tra+a!os !os #o%o #o%o es !eter% !eter%$na $narr la #oes$n #oes$n el an'lo !e *r$##$n $nterna #o%o otros objet$(os ep'estos a!elante.
4NRG
"$na 1
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
INTRODUCCION El presente ensa&o #ons$ste en #olo#ar el esp5#$%en en 'n an$llo para l'eo lle(arlo a la %"6'$na !e ensa&o & apl$#arle es*'er+os nor%ales !eter%$na!os #onsol$!an!o el esp5#$%en bajo el es*'er+o nor%al soltan!o los %ar#os 6'e #ont$ene la %'estra & !espla+an!o 'n %ar#o or$+ontal%ente respe#to al otro a 'na (elo#$!a! #onstante !e !e*or%a#$n & %e!$r la *'er+a !e #orte & los !espla+a%$entos or$+ontales a %e!$!a 6'e la %'estra es lle(a!a a la *alla. El ensa&o p'e!e ser e#o en to!o t$po !e s'elos $naltera!os re%ol!ea!os o #o%pa#ta!os. Este %5to!o !e pr'eba es real$+a!a %e!$ante la !e*or%a#$n !e 'n esp5#$%en !e rano !e !e*or%a#$n #ontrola!a en el #'al se real$+aron 3 pr'ebas #a!a 'na bajo 'na !$*erente #ara nor%al para !eter%$nar el e*e#to sobre la res$sten#$a & !espla+a%$ento & las prop$e!a!es res$stentes. El props$to !e este ensa&o es !eter%$nar la res$sten#$a al #orte !el s'elo res'lta!os 6'e a tra(5s !el an"l$s$s %e!$ante las nor%as respe#t$(as se apl$#a en la #las$7#a#$n !e la %'estra !e s'elo para s' 'so *'n!a%ental%ente en la #onstr'##$n !e #a%$nos & #arreteras en 6'e es %'& $%portante 'na res$sten#$a & #al$!a! a!e#'a!as para el $ntenso 'so 6'e se les !a.
4NRG
"$na 2
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
OBJETIVOS 1. Obtener la en(ol(ente !e 8or 2. Deter%$nar la #oes$n & el an'lo !e *r$##$n $nterna 3. Ver$7#ar la le& !e 9oo-e :. Deter%$nar la res$sten#$a al #orte. ,. Obtener la r"7#a !e !$str$b'#$n !e es*'er+os #ortantes (s !e*or%a#$n para 'nas !eter%$na!as #aras apl$#a!as a !$#a %'estra.
4NRG
"$na 3
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
MARCO TEORICO Resistencia al corte de un suelo Esta res$sten#$a !el s'elo !eter%$na *a#tores #o%o la estab$l$!a! !e 'n tal'! la #apa#$!a! !e #ara a!%$s$ble para 'na #$%enta#$n & el e%p'je !e 'n s'elo #ontra 'n %'ro !e #onten#$n.
Ensayo de corte directo El ensa&o !e #orte !$re#to se real$+a #on el objet$(o pr$n#$pal !e !eter%$nar el (alor !e la #oes$n as; #o%o el "n'lo !e *r$##$n $nterna !e 'n s'elo so%et$!o a es*'er+o #ortante. Este ensa&o $%pone sobre 'n s'elo #on!$#$ones $!eal$+a!as o sea $n!$#a la o#'rren#$a !e 'na *alla. Este %5to!o !es#r$be & re'la el %5to!o !e ensa&o para la !eter%$na#$n !e la res$sten#$a al #orte !e 'na %'estra !e s'elo so%et$!a pre($a%ente a 'n pro#eso !e #onsol$!a#$n. El ensa&o se lle(a a #abo !e*or%an!o 'na %'estra a (elo#$!a! #ontrola!a #er#a !e 'n plano !e #$+alla!'ra !eter%$na!o por la #on7'ra#$n !el aparato !e #$+alla!'ra. General%ente se ensa&an tres o %"s espe#;%enes #a!a 'no bajo 'na #ara nor%al !$*erente para !eter%$nar s' e*e#to sobre la res$sten#$a al #orte & al !espla+a%$ento & las prop$e!a!es !e res$sten#$a a part$r !e las en(ol(entes !e res$sten#$a !e 8or. ara #ono#er esto en laborator$o se 'sa el aparato !e #orte !$re#to s$en!o el %"s t;p$#o 'na #aja !e se##$n #'a!ra!a o #$r#'lar !$($!$!a or$+ontal%ente en !os %$ta!es. Dentro !e ella se #olo#a la %'estra !e s'elo #on p$e!ras porosas en a%bos etre%os lo 6'e per%$te el !renaje & por lo tanto <' = 0. 4NRG
"$na :
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
Se
apl$#a 'na #ara (ert$#al !e #on7na%$ento >(? & l'eo 'na #ara or$+ontal >? #re#$ente 6'e or$$na el !espla+a%$ento !e la %$ta! %($l !e la #aja or$$nan!o el #orte !e la %'estra >7'ra 1.?.
@$'ra 1. Es6'e%a !el aparato !e #orte !$re#to
El ensa&o $n!'#e la *alla a tra(5s !e 'n plano !eter%$na!o. Sobre este plano !e *alla a#tan !os es*'er+osB
4n es*'er+o nor%al >n? apl$#a!o eterna%ente !eb$!o a la #ara (ert$#al > (?.
4n es*'er+o !e #orte >? !eb$!o a la apl$#a#$n !e la #ara or$+ontal >?.
El es*'er+o nor%al >n? es #onstante para #a!a ensa&o >0,0 -*/#%2 100 -*/#%2 & 1,0 -*/#% 2?. El es*'er+o !e #orte en #a!a $nstante se #al#'la !$($!$en!o la *'er+a >o #ara? !e #orte 6'e %$!$eron en #a!a $nstante por el "rea >A? !e la #aja !e #orte. [ MPa]
τ
4NRG
=
P h [ kgf ] 2
A[cm ]
⋅
0,1
"$na ,
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
Re#'er!en 6'e %$!$eron n%ero !e ra&as por lo 6'e la *'er+a !e #orte en -* ser"B F-*= le#t'ra Fra&as #al$bra#$n
F-*/ra&a
Al apl$#ar la *'er+a or$+ontal !e %anera #re#$ente se (an %$!$en!o las !e*or%a#$ones or$+ontales & #on estos (alores es pos$ble ra*$#ar la tens$n !e #orte >? en *'n#$n !e la !e*or%a#$n or$+ontal 'n$tar$a >H? en el plano !e esta tens$n !e #orte. ε h
[ %]
d h =
L0
x 100
Dn!eB ! = le#t'ra Fra&as Cal$bra#$n F%%/ra&a L0 = Laro $n$#$al !e la probeta = 300 %%
Envolvente de falla Los (alores !e
τ
res$!'al obten$!os en #a!a ensa&o se
lle(an a 'n r"7#o en *'n#$n !el es*'er+o nor%al >
σn
?
obten$en!o !os p'ntos 6'e per%$ten tra+ar la re#ta 6'e representa la en(ol(ente !e *alla !el s'elo !on!e (a #o%o or!ena!a &
σn
#o%o abs#$sa.
El "n'lo 6'e *or%a esta re#ta #on el eje or$+ontal es el "n'lo & el $nter#epto #on el eje la #oes$n #. #o%o se %'estra en la 7'ra 2. 4NRG
"$na J
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
@$'ra 2. Es6'e%a !e la obten#$n !el "n'lo
∅
& !e la #oes$n
Sen esta e#'a#$n >%o!elo !e Co'lo%b? la res$sten#$a al #orte !epen!e !e la #oes$n >#? & la *r$##$n $nterna !el s'elo >?.
MATERIAES ! E"UI#OS $ E%ui&o de Corte Directo' ropor#$onara %e!$os para apl$#ar 'n es*'er+o nor%al a las #aras !e la %'estra. la %a6'$na !ebe ser #apa+ !e apl$#ar 'na *'er+a #ortante a la %'estra a lo laro !e 'n plano #e #orte pre!eter%$na!o !ebe resaltar 6'e para este ensa&o !e 't$l$+ar 'n aparato tra!$#$onal.
4NRG
"$na )
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
( Indicador de defor)aci*n' 'e!e ser 'n $n!$#a!or t$po !$al 'n trans*or%a!or !$*eren#$a !e (ar$able ' otro !$spos$t$(o a!e#'a!o.
+ Dis&ositivo &ara a&licar la fuer,a nor)al' Se apl$#a %e!$ante 'na palan#a !e #ara a#opla!a a#t$(a!a %e!$ante #aras %'ertas.
- Dis&ositivo &ara )edir la fuer,a de corte' Se p'e!e e%plear 'n an$llo !e #ara.
4NRG
"$na K
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
. Dis&ositivo &ara cortar la )uestra' Debe tener la #apa#$!a! s'7#$ente para #ortar la %'estra a 'na (elo#$!a! !e !espla+a%$ento 'n$*or%e.
/ Ca0a de corte' Debe ser !e a#ero $no$!able bron#e o al'%$n$o #on s'%$n$stros para !renar el a'a !e arr$ba a#$a abajo.
4NRG
"$na
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
1 Anillo cortante' A!e#'a!o para tallar las %'estras !e a#'er!o #on la !$%ens$n $nter$or !e la #aja !e #orte #on 'n %;n$%o !e altera#$n.
2 Balan,a 3 Crono)etro $4 Cali5rador $$ Muestras6 4NRG
"$na 10
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
#ROCEDIMIENTO 1 Se 't$l$+ %'estra obten$!a !e blo6'es $naltera!os. 2 8ol!ear las tres %'estras !e s'elo to%a!as !e 'n blo6'e ran!e o !e 'na %'estra !e t'bo #on s'7#$ente !$"%etro. 3 Se pesa 'na %'estra !e s'elo >se#a o !e '%e!a! #ono#$!a?. Se ensa%bla la #aja !e #orte se %$!e las !$%ens$ones !e la #aja !e #orte & se #olo#a al s'elo en la #aja j'nto al p$stn !e #ara & la p$e!ra porosa. : Enra+ar la s'per7#$e plana !e la %'estra #on 'n ,
#'#$llo & llenar los (a#;os #on el %ater$al re#orta!o. Se apl$#a la #ara (ert$#al >(? & se #olo#a el !$al para !eter%$nar el !espla+a%$ento (ert$#al. En ensa&os
4NRG
"$na 11
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
#onsol$!a!os se #o%$en+a #'an!o el asenta%$ento se a !eten$!o. J Se aj'sta
el
!e*or%;%etro
para
%e!$r
el
!espla+a%$ento #ortante. ) L'eo se #o%$en+a a apl$#ar la #ara or$+ontal %$!$en!o !es!e los !e*or%;%etros !e #ara !e #a%b$o !e (ol'%en & !e !espla+a%$ento #ortante asta 6'e el s'elo *alle. K Etraer la %'estra !el an$llo #ortante & !eter%$nar la alt'ra $n$#$al & el !$"%etro. Se rep$t$ el pro#e!$%$ento en tres %'estras 't$l$+an!o 'n (alor !$st$nto !e #ara (ert$#al >se s'$ere !oblar la #ara? en este ensa&o se $#$eron tres %'estras. 10 esar la %asa $n$#$al !e la %'estra & !eter%$nar el #onten$!o !e '%e!a!
$n$#$al 't$l$+an!o el %ater$al
re#orta!o !e la %'estra !e a#'er!o a la nor%a AST8 D221J.
RESUTADOS ! DISCUSIONES N7 ANIO ATURA ANIO DIAMETRO DE ANIO AREA ANIO
17 3,43 cm 7,15 cm 40,152 cm2
VOUMEN DE ANIO #ESO DE ANIO #ESO ANIO 8 MUESTRA 9UMEDA NATURA #ESO DE MUESTRA SECA : 9UMEDAD DENSIDAD SECA ES;UER
Constante?
137,72 cm3 81,79 g 363,60 g .. .. .. 0,5 Kg/cm2 1,6129
TIEMPO
DIAL
DESPL.
DIAL
FUERZA
ESF.
00'00'' 15''
10,00 9,25
0,000 0,750
0,00 9,00
0,00 14,516
0,000 0,363
4NRG
"$na 12
0,000 0,725
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I 30'' 45'' 01'00'' 15'' 30'' 45'' 02'00'' 15'' 30'' 45''
8,35 7,45 6,50 5,55 4,66 3,85 2,95 2,95 2,95 2,95
1,650 2,550 3,500 4,450 5,340 6,150 7,050 7,050 7,050 7,050
12,00 14,00 15,70 17,00 18,30 19,70 20,30 21,30 22,00 22,20 22,60 23,00
19,355 22,581 25,323 27,419 29,516 31,774 32,742 34,355 35,484 35,806 36,452 37,097
0,484 0,564 0,633 0,685 0,738 0,794 0,818 0,859 0,887 0,895 0,911 0,927
0,967 1,129 1,266 1,370 1,475 1,588 1,636 1,717 1,773 1,790 1,822 1,854
CURVA ES;UER
1
2
3
:
,
J
)
K
DES#A
N7 ANIO ATURA ANIO DIAMETRO DE ANIO AREA ANIO
12 3,43 cm 7,15 cm 40,152 cm2
VOUMEN DE ANIO #ESO DE ANIO #ESO ANIO 8 MUESTRA 9UMEDA NATURA #ESO DE MUESTRA SECA : 9UMEDAD DENSIDAD SECA ES;UERConstante?
TIEMPO
00'00'' 15'' 30''
4NRG
137,72 cm3 81,79 g 363,60 g .. .. .. 1,0 Kg/cm2 1,6129
DIAL
DESPLAZ.
DIAL A
FUERZA
ESFUERZ
HORIZ.
HORIZ.
CARGA
CORTE
O CORTE
10,00 9,43 8,58
0,000 0,570 1,420
0,00 8,00 13,00
0,000 12,903 20,968
0,000 0,322 0,523
"$na 13
0,000 0,322 0,523
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I 45'' 01'00'' 15'' 30'' 45'' 02'00'' 15'' 30'' 45''
7,65 6,70 5,75 4,70 3,82 2,85
2,350 3,300 4,250 5,300 6,180 7,150 10,000 10,000 10,000
16,00 18,40 21,00 22,90 24,90 26,80 27,20 28,20 29,00 30,00
25,806 29,677 33,871 36,935 40,161 43,226 43,871 45,484 46,774 48,387
0,644 0,740 0,845 0,921 1,002 1,078 1,094 1,134 1,167 1,207
0,644 0,740 0,845 0,921 1,002 1,078 1,094 1,134 1,167 1,207
CURVA ES;UER
1
2
3
:
,
J
)
DES#A
N7 ANIO ATURA ANIO DIAMETRO DE ANIO AREA ANIO VOUMEN DE ANIO #ESO DE ANIO #ESO ANIO 8 MUESTRA 9UMEDA NATURA #ESO DE MUESTRA SECA : 9UMEDAD DENSIDAD SECA ES;UERConstante?
TIEMPO
00'00''
4NRG
7 3,43 cm 7,15 cm 40,152 cm2 137,72 cm3 81,79 g 363,60 g .. .. .. 1,5 Kg/cm2 1,6129
DIAL
DESPLAZ.
DIAL A
FUERZA
ESFUERZ
HORIZ.
HORIZ.
CARGA
CORTE
O CORTE
10,00
0,000
0,00
0,00
0,000
"$na 1:
τ / σ
0,000
K
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I 15'' 30'' 45'' 01'00'' 15'' 30'' 45'' 02'00'' 15'' 30'' 45''
9,38 8,50 7,45 6,52 5,46 4,50 3,48 2,54
0,620 1,500 2,550 3,480 4,540 5,500 6,520 7,460 10,000 10,000 10,000
15,00 22,80 27,70 31,00 34,40 37,00 39,80 41,00 43,00 43,00 43,00 44,00 45,20
24,19 36,77 44,68 50,00 55,48 59,677 64,193 66,129 69,355 69,355 69,355 70,97 72,90
0,603 0,917 1,114 1,247 1,384 1,488 1,601 1,649 1,730 1,730 1,730 1,770 1,818
0,402 0,611 0,743 0,831 0,923 0,992 1,067 1,100 1,153 1,153 1,153 1,180 1,212
CURVA ES;UER
1
2
3
:
,
J
)
DES#A
4NRG
"$na 1,
K
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
CURVAS ES;UER
C4RVA 0., M/#%2 C4RVA 1.0 M/#%2 C4RVA 1., M/#%2
#RO#ORCIN DE ES;UER
DE;ORMACION TANENCIA
Cuadro de esfuer,os N7 DE ES#ECIMEN 1 2 3
4NRG
ES;UER=c)(?
ES;UER=c)(?
0,5
1,004
1,0
1,141
1,5
1,394
"$na 1J
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
ENVOVENTE DE MOR9 1.J 1.: *>? = 0.3 0.) R = 0.
1.2 1 ENVOVENTE ES;URE=c)(?
0.K
inear >ENVOVENTE?
0.J 0.: 0.2 0 0
0.2 0.: 0.J 0.K
1
1.2 1.: 1.J
ES;UER=c)(?
Ecuaci*n de la recta E#'a#$nB
Y = aX + b
a =0,39
b =0.789
De !on!e se obt$eneB Coes$nB
C = 0.)K -/#%2
Pn'lo !e *r$##$n $nternaB
4NRG
∅
"$na 1)
= 21.31Q
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
CONCUSIONES 1 se !eter%$n la #oes$n >0.)K -/#%2? & el "n'lo !e *r$##$n $nterna > ∅ 21.31 ° ? per%$t$en!o estable#er la res$sten#$a al #orte !el s'elo. =
2 Los res'lta!os nos $n!$#an 6'e el es*'er+o #ortante es l$era%ente %enor al es*'er+o nor%al & 6'e s' !e*or%a#$n al #orte >la #'r(a? es !e *alla ra!'al o prores$(a ten$en!o 'na res$sten#$a %e!$a al #orte. 3 Se obt'(o la en(ol(ente !e 8or #'&a ra7#a se apre#$a en la 7'ra anter$or.
4NRG
"$na 1K
ENSAYO DE CORTANTE DIRECTO ING.CIVIL 2013 I
RECOMENDACIONES BIBIORA;ICAS 1. $ll$a% La%be/%e#"n$#a !e s'elos/ e!$tor$al l$%'sa. 2. '"re+ a!$llo / %e#"n$#a !e s'elos/ e!$tor$al l$%'sa.
4NRG
"$na 1
