UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Facultad de Ingeniería Civil

LABORATORIO GEOTÉCNICO - CISMID

Ing. Daniel Basurto

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EQUIPO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS EN EL LABORATORIO

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES CISMID

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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID

INTRODUCCIÓN

El ensayo de corte directo es comúnmente usado ennuestro medio por los diferentes laboratorios geotécnicos,para determinar la resistencia cortante de los suelos.Estos ensayos son ejecutados siguiendo losprocedimientos descritos en la Norma ASTM D 3080.

¿Pero, que sucede si al analizar la zona deemplazamiento de una cimentación o al realizar el estudiode estabilidad de un talud, encontramos terrenosaluvionales y fluviales constituidos por materiales gruesoscomo bolones y gravas inmersos en una matriz mas finaque puede estar constituida por arenas, limos y arcillas,como parte de su granulometría representativa?.Generalmente en estos casos particulares se utilizanvalores asumidos o inferidos de los parámetros c y Φ quese referencian en los diversos textos o artículos técnicos.

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OBJETIVO DE LA INVETIGACIÓN

Diseño, construcción e implementación del equipo de corte

de a gran escala de 0.60x0.60x0.60m, para la cuantificación

de los parámetros de resistencia cortante de los suelos

gravosos.

Formular especificaciones generales que se deben tener en

cuenta para realizar el ensayo de Corte Directo a Gran

Escala.

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N

R

T

T

t2

t3

t4

t = c + .tan

t1

Esfuerzo

Cortante.

a b

Esfuerzo

Normal1 23

4

a) Esquema del equipo de ensayo b) Gráfico para obtener el ángulo de fricción .

ESQUEMA TÍPICO DEL ENSAYO DE CORTE

DIRECTO EN ARENAS

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LABORATORIO GEOTÉCNICO

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ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”

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ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”

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ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE

DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS

Gata Hidraúlica

Equipo de Extensión

Gata Hidraúlica para

Deformímetros

Celda de Carga

Celda de Carga

para Carga Axial

Fuerza Tangencial

Extensión de Apoyo

(Reacción)

Soporte

(Mesa Metálica)

Caja Metálica del Equipo

de Corte

Viga de Reacción

Adquisidor

Automático de Datos

ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALAFIGURA 1:

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ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE

DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS

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ESQUEMA DE CAJA DE CORTEESQUEMA DE LA CAJA DE CORTE

Muestra.

Reacción.

Dial para medir

desplazamiento de corte.

Dial para medir

desplazamiento vertical.

Carga vertical.

Aplicación

de la carga de corte.

Tornillo para fijar caja

metálica.

Rodillo intermedio de

presión.

Plancha de presión.

Plancha de Transmisión

axial.

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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA ESTACIÓN

EXPERIMENTAL

(Patio del Laboratorio Geotécnico CISMID)

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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA

ESTACIÓN EXPERIMENTAL

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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN

EXPERIMENTAL

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CONSTRUCCIÓN DE CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

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TRASLADO DE LA CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

MESA METÁLICA

(SOPORTE)

CAJA DE CORTE

TECLE (CAP. = 1 TON)

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

CAJA INFERIOR

(70X60X30 cm)

CAJA SUPERIOR

(60X60X30 cm)

DISPOSITIVOS DE

RODAMIENTO (diam.= 5mm )

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

SOPORTE DE

REACCIÓN

DESFASE (10 cm)

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

PLANCHA

METÁLICA SUP.

RODILLOS

(Diam. 11/2”)

PLANCHA

METALICA INF.

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y

SOPORTE

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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS

02 CELDAS DE CARGA Type CLU-50A

• Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd”

• Capacidad 50 tn

• Sensitivity ± 2,0 mV/V

01 ADQUISIDOR DE DATOS (Data Logger TDS – 301)

• Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd”

• Sensitivity ± 0.05% of readings

06 DEFORMÍMETROS

• Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd”

• Carrera Máxima 50 mm

• Sensibilidad ± 0.01 mm

02 GATAS HIDRAÚLICAS CON SUS RESPECTIVAS MANGUERAS E INYECTORES DE PRESIÓN.

• Marca “Riken Power”

• Capacidad 35 ton

01 BALANZA MECÁNICA

• Capacidad 160 kg

• Sensibilidad ± 200 gr

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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS

BALANZA MECÁNICA

CAJA DE CORTE

ADQUISIDOR

DE DATOS

VIGA DE REACCIÓN

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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS

DEFORMÍMETROS

GATA HIDRAÚLICA

CELDA DE CARGA

INYECTOR DE

PRESIÓN

ADQUISIDOR

DE DATOS

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MATERIAL GRAVOSO

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REMOLDEO DEL MATERIAL

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REMOLDEO DE MATERIAL

PISON (25 kg.)

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REMOLDEO DE MATERIAL

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COLOCACIÓN DE CAPA DE ARENA

(Espersor = 1 cm)

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INSTALACIÓN DEL RODILLO Y

PLANCHAS DE ACERO

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INSTALACIÓN DE CARGAS VERTICAL

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INSTALACIÓN DE LA CARGA VERTICAL

VIGA DE REACCIÓN

CELDA DE CARGA

GATO HIDRAÚLICO

SOPORTE DE

EXTENSIÓN

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INSTALACIÓN DE LA CARGA HORIZONTAL

CELDA DE CARGA

GATA HIDRAÚLICO

DISCOS DE ACERO

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INSTALACIÓN DE DEFORMÍMETROS

DEFORMÍMETROS

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN

ESCALA

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN

ESCALA

ADQUISIDOR DE DATOS

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RESULTADOS

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GRAVAS DE LIMA

Material : GP

Diámetro Máximo: 4”

Densidad de

Remoldeo: 2.15 tn/m3

Humedad: 0.4 %

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GRAVAS DE LIMA

M - 1a

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0 2 4 6 8 10 12 14Deformación Horizontal (%)

Esfu

erz

os d

e C

ort

e -

t(

kg

/cm

2)

0.50 kg/cm2

1.00 kg/cm2

2.00 kg/cm2

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GRAVAS DE LIMA

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Esfu

erz

o d

e C

ort

e -t(kg

/cm

2)

Esfuerzo Normal - N (kg/cm2)

M - 1a

Esfuerzos Máximos

Esfuerzos Residuales

RESULTADOSEsf. Máximos

= 41.9 º

c = 0.34 kg/cm2

Esf. Residuales

= 39.5 ºc = 0.10 kg/cm2

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GRAVAS DE LIMA

CORTE DIRECTO "IN SITU"

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Deformación horizontal (%)

Esf

ue

rzo

de

co

rte

(k

g/cm

²)

1.50 kg/cm².

0.50 kg/cm².

1.00 kg/cm².

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CUADRO COMPARATIVO

MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) DENSIDAD n t máx. c Ф

SUCS SECA (gr/cm3) (kg/cm

2) (kg/cm

2) (kg/cm

2) (°)

0,50 0,8

Laboratorio GP 0,00 2,15 1,00 1,24 0,34 41,9

2,00 2,15

0,50 1,18

Laboratorio GP 0,00 2,20 1,00 1,58 0,63 43,5

2,00 2,5

0,50 0,75

In situ GP - - 1,00 1,32 0,27 43,5

1,50 1,52

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CANTERA - ENROCADO

Material: GW – GM

Diámetro Máximo: 4”

Densidad Seca de

Remoldeo: 1.97 tn/m3

Humedad: 2.5%

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ESFUERZO – DEFORMACIÓN

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ENVOLVENTE DE RESISTENCIA

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DESMONTE DE MINA

Material: GC

Diámetro Máximo: 4”

Densidad Seca de

Remoldeo: 2.3 tn/m3

Humedad: 5.4%

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ESFUERZO – DEFORMACIÓN

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ENVOLVENTE DE RESISTENCIA

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RESULTADOS OBTENIDOS

MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) DENSIDAD n t máx. c Ф

SUCS SECA (gr/cm3) (kg/cm

2) (kg/cm

2) (kg/cm

2) (°)

0.50 0.8

M-1a GP 0.00 2.15 1.00 1.24 0.34 41.9

2.00 2.15

0.50 1.18

M-1b GP 0.00 2.20 1.00 1.58 0.63 43.5

2.00 2.5

0.50 0.87

M-2 GW - GM 2.50 1.97 1.00 1.43 0.27 50.0

2.00 2.68

0.50 0.89

M-3 GC 5.40 2.30 1.00 1.15 0.30 42.0

2.00 2.08

0.50 0.56

M-4 GP-GM 1.60 1.98 1.00 1.1 0.13 43.0

2.00 1.98

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VALORES TÍPICOS

Suelto Medianamente denso Denso

Limo no plástico 26 a 30 28 a 32 30 a 34

Arena uniforme fina a media 26 a 30 30 a 34 32 a 36

Arena bien gradada 30 a 34 34 a 40 38 a 46

Mezclas de arena y grava 32 a 36 36 a 42 40 a 48

(*) Hough (1957) sugiere emplear los valores mas bajos de cada rango para los

suelos redondeados o para aquellos que poseen partículas débiles (micas,

esquistos), los más elevados para suelos con partículas angulosas y resistentes

Tipo de Suelo

Ängulo de rozamiento interno en función

de la densidad inicial (*)

CONCLUSIONES

El equipo de Corte Directo a Gran Escala construido en esta

investigación permite ensayar materiales de hasta 10 cm. de

diámetro. Se pueden realizar ensayos con materiales en

distintos estados de compactación, desde lo mas suelto hasta

las compactas.

El cálculo de los parámetros de resistencia cortante del

material gravoso mediante el ensayo de Corte Directo Gran

Escala, evitará estar analizando solamente la matriz del

material y extrapolando los parámetros obtenidos con los

equipos convencionales.

Japan- Perú Center for Earthquake Engineering Research and Disaster Mitigation -CISMID