INTRODUCCIN

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

INTRODUCCIN

Este ensayo impone sobre un suelo condiciones idealizadas, o sea indica la ocurrencia de una falla a travs de un plano de localizacin predeterminado. Sobre este plano actan dos fuerzas, una normal por una carga vertical aplicada y un esfuerzo cortante debido a la accin de una carga horizontal. Como el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal tienen el mismo significado en la construccin del Crculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones para c y tan(, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados estos valores para los diferentes ensayos y proponer promedio del valor de la cohesin en el corte en Y y ( por la pendiente de esta recta. En este ensayo tambin se puede obtener los parmetros de resistencia residual CR y (R.

Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, sometida cada una de ellas a una presin normal diferente, obtenindose la relacin entre la tensin tangencial de rotura y la tensin normal aplicada.

LABORATORIO N 2: ENSAYO DE CORTE DIRECTOENSAYO DE CORTE DIRECTO:El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a travs de un plano de localizacin predeterminado. Sobre este plano actan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical (Pv) aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicacin de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como:

n = Pv /A t f = Ph /ADonde A es el rea nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de rea causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph). La relacin entre los esfuerzos de corte de falla (t f) y los esfuerzos normales ( n) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuacin siguiente: t f = c + n x tg

Relacin entre los esfuerzos de corte mximo y los esfuerzos normales.

La lnea recta obtenida se conoce como Envolvente de fallaECUACIN DE FALLA DE CORTE DE MOHR-COULOMB:En 1776 Coulomb observ que si el empuje que produce un suelo contra un muro de contencin produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que est retenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. El postul que la mxima resistencia al corte, ( en el plano de falla est dada por:( = c + ( x tan (Donde: ( es el esfuerzo normal total en el plano de falla

( es el ngulo de friccin del suelo

c es la cohesin del suelo

La utilizacin de la ecuacin de Coulomb no condujo siempre a diseos satisfactorios de estructuras de suelo. La razn para ello no se hizo evidente hasta que Terzaghi public el principio de esfuerzos efectivos.

( = (+ u

Donde: u = presin intersticial

(= esfuerzo efectivo

Pudo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzos cortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultado nicamente de la resistencia a la friccin que se produce en los puntos de contacto entre partculas; la magnitud de sta depende solo de la magnitud de los esfuerzos efectivos que soporta el esqueleto de suelo. Por tanto, cuanto ms grande sea el esfuerzo efectivo normal a un plano de falla potencial, mayor ser la resistencia al corte en dicho plano. Entonces, si se expresa la ecuacin de Coulomb en trminos de esfuerzos efectivos, se tiene:( = c + (x tan (

En la cual los parmetros c y ( son propiedad del esqueleto de suelo, denominadas cohesin efectiva y ngulo de friccin efectiva, respectivamente.

Puesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo, los anlisis de estabilidad se harn entonces, en trminos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, en ciertas circunstancias el anlisis puede hacerse en trminos de esfuerzos totales y por tanto, en general, se necesitar determinar los parmetros de resistencia al corte del suelo en esfuerzos efectivos y en esfuerzos totales. Es decir, los valores de c, (; c, (. Estos se obtienen, a menudo en ensayos de laboratorio realizados sobre muestras de suelo representativas mediante el ensayo de corte directo (ASTM D-3080-72)

Esquema del ensayo de corte directo.1. EL EQUIPO EL PROCEDIMIENTO Y EL TIPO DE ENSAYO1.1 Equipo utilizado - procedimiento de prueba

Dispositivo de Corte; su funcionamiento se basa en sujetar el espcimen firmemente entre dos piedras porosas, de modo tal que no se pueda aplicar un torque al espcimen. El dispositivo de corte deber suministrar medios para aplicar un esfuerzo normal a las caras del espcimen, para medir cambio en el espesor del espcimen, para permitir el drenaje de agua a travs de piedras porosas, y para sumergir al espcimen en agua. El dispositivo deber ser capaz de aplicar una fuerza tangencial para cortar el espcimen a lo largo de un plano de corte predeterminado (corte simple) o planos de corte (corte doble) paralelos a las caras del espcimen. Los prticos que sujetan al espcimen debern ser lo suficientemente rgidos para prevenir su distorsin durante el corte. Las diferentes partes del dispositivo de corte debern ser hechas de un material no sujeto a corrosin por sustancias dentro del suelo o la humedad del suelo.

Mquina manual para realizar el ensayo de corte directo

Acercamiento del dial de lectura de la mquina

Mquina automtica para realizar el ensayo de corte directoPiedras Porosas; Las piedras porosas debern consistir de carburo de silicio, xido de aluminio o un metal que no sea susceptible a la corrosin por las sustancias del suelo o la humedad del suelo.Indicador de deformacin; para medir el cambio en el espesor del espcimen de ensayo, con una sensibilidad de 0.0001 pulgadas y para medir desplazamiento con una sensibilidad de 0.001 pulgadas.El procedimiento utilizado es para suelo no cohesivo:Se ensambla la caja de corte con los prticos de carga alineados y fijos en posicin. Una ligera capa de grasa entre los prticos asegurar la estanquidad durante la consolidacin y reducir la friccin durante el corte se determina el espesor inicial del espcimen.Se consolida cada espcimen de ensayo bajo la apropiada fuerza normal, tan pronto como sea posible despus de aplicar la fuerza normal inicial se llena el reservorio de agua hasta un punto por encima de la parte superior del espcimen. Mantenemos este nivel de agua durante la consolidacin y las fases subsecuentes de corte, de modo tal que en todo momento el espcimen est efectivamente sumergido, hacemos que el espcimen drene y consolide bajo una fuerza normal deseada o incrementos de esta antes del corte. Durante el proceso de consolidacin se registra las lecturas del desplazamiento normal antes de cada incremento de fuerza normal sea aplicado a tiempos apropiados. El incremento final deber ser igual a la fuerza normal previamente desarrollada y deber producir el esfuerzo normal especificado.

Despus que la consolidacin esta completa, abra los prticos y seprelos ligeramente (aprox. 0.01 pulg.) de modo tal que el espcimen pueda ser cortado. Se aplica la fuerza de corte y se procede a cortar al espcimen lentamente, para asegurar la disipacin completa del exceso de presin de poros.Es un ensayo de desplazamiento controlado, la velocidad del desplazamiento puede ser determinada aproximadamente dividiendo la deformacin estimada de corte al mximo esfuerzo de corte por el tiempo calculado de falla. El ensayo se contina hasta que el esfuerzo de corte se haga esencialmente constante o hasta que la deformacin de corte del 10% del dimetro original haya sido alcanzada.Al final del ensayo, se retira integro del espcimen da la caja de corte, y se seca en el horno y posteriormente se pesa para determinar la masa de slidos.

Disposicin del sistema de carga

El Procedimiento del ensayo es: Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea. Se aplica una capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la consolidacin y reducir la friccin durante el corte. Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conecta el dispositivo de carga y se ajusta el dial para medir tanto la deformacin durante el corte, como el cambio del espesor de la muestra y luego se determina el espesor inicial. La costumbre de humedecer las piedras porosas antes de la colocacin y aplicacin de la fuerza normal sobre las muestras, depender del tipo de problema en estudio. Para muestras inalteradas obtenidas bajo el nivel fretico, deben humedecerse las piedras. Se debe permitir una consolidacin inicial de la muestra bajo una fuerza normal adecuada. Despus de aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena el depsito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el drenaje y una nueva consolidacin de la misma. El nivel del agua se debe mantener durante la consolidacin y en las fases siguientes de corte de tal manera que la muestra est saturada en todo momento. La fuerza normal que se aplique a cada una de las muestras depende de la informacin requerida. Un solo incremento de ella puede ser apropiado para suelos relativamente firmes. Para los dems suelos pueden ser necesarios varios incrementos con el objeto de prevenir el dao de la muestra. El primer incremento depender de la resistencia y de la sensibilidad del suelo. Durante el proceso de la consolidacin deben registrarse las lecturas de deformacin normal, en tiempos apropiados, antes de aplicar un nuevo incremento de la fuerza. Corte de la muestra. Luego de terminada la consolidacin se deben soltar los marcos separndolos aproximadamente 0.25 mm (0.01"), para permitir el corte de la muestra. Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipacin completa del exceso de presin de poros. Para determinar la velocidad de aplicacin de la carga hasta la falla, se puede emplear la siguiente expresin:Tiempo para falla = 50t50 En el ensayo con control de deformaciones, la velocidad de aplicacin de cargas puede determinarse, aproximadamente, dividiendo la deformacin estimada de corte, durante el esfuerzo mximo de corte, por el tiempo calculado para la falla.

En la proximidad de la falla, los incrementos de la fuerza pueden ser iguales a un cuarto del incremento inicial (2.5 % de la fuerza normal de corte estimada). Se debe llevar registro de la fuerza de corte aplicada y la deformacin normal y de corte para intervalos convenientes de tiempo. Con preferencia, el incremento de la fuerza de corte debe ser continuo. Terminado el ensayo, se remueve la muestra completa de la caja de corte, se seca en la estufa y se determina el peso de los slidos.

2._ Obtencin de los datos: Se Calculan los siguientes valores: Contenido inicial de humedad.

Peso unitario seco inicial y peso unitario hmedo inicial.

Esfuerzos de corte.

Relacin de vacos antes y despus de la consolidacin y despus del ensayo de corte, si se desea.

Los grados de saturacin inicial y final, si se desea.En el informe se debe colocar lo siguiente:

Descripcin del tipo de dispositivo utilizado en el ensayo.

Identificacin y descripcin de la muestra, incluyendo si el suelo es inalterado, remoldeado, compactado o preparado por otros medios, anotando cualquier caracterstica no usual, referente, por ejemplo, a la estratificacin.

Contenido inicial de agua.

Peso unitario seco inicial y peso unitario hmedo inicial.

Espesor inicial.

Se deben registrar todos los datos bsicos del ensayo, incluyendo el esfuerzo normal, desplazamiento de corte y los valores correspondientes de la resistencia al corte mximo y residual cuando se indique, as como los cambios de espesor del espcimen.

Para cada probeta de ensayo se debe elaborar la curva esfuerzo de corte y deformacin unitaria en un grfico con escalas aritmticas.

Debe prepararse, igualmente, un grfico que incluya los valores para las tres probetas de las fuerzas normales contra la resistencia al corte y determinar, a partir del mismo, los valores efectivos del ngulo de friccin y de la cohesin, c.

En el mismo grfico anterior podrn incluirse los valores de las resistencias al corte residuales e indicar el ngulo de friccin interna residual; y de la cohesin si la hubiere.

3._ Aplicacin de los ResultadosTiene por objeto establecer el procedimiento de ensayo para determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, por el mtodo del corte directo.

Este ensayo puede realizarse sobre todos los tipos de suelos, con muestras inalteradas y remoldeadas.

CLCULOS Y RESULTADOS

I. ESPCIMEN 01:NDEF. TANGESFUERZODEF. TANGESFUERZOESF. NORM

mmmm%Kg/cm2Kg/cm2

16,58000,0000,00

26,610,0280,050,0930,19

36,640,050,100,1650,33

46,670,0630,150,2080,42

56,730,0790,250,2610,52

66,880,1050,500,3470,69

77,030,1290,750,4260,85

87,180,1481,000,4890,98

97,330,1661,250,5491,10

107,480,1771,500,5851,17

117,630,1851,750,6121,22

127,780,1892,000,6251,25

138,080,1872,500,6181,24

148,380,1773,000,5851,17

158,680,1643,500,5421,08

168,980,1484,000,4890,98

179,280,1314,500,4330,87

189,580,1175,000,3870,77

1910,180,0986,000,3240,65

2010,780,0897,000,2940,59

2111,380,0848,000,2780,56

2211,980,0829,000,2710,54

2312,580,07910,000,2610,52

2413,180,07711,000,2550,51

2513,780,07712,000,2550,51

II. ESPCIMEN 02:NDEF. TANGESFUERZODEF. TANGESFUERZOESF. NORM

mmmm%Kg/cm2Kg/cm2

16,58000,000,00

26,610,050,050,170,17

36,640,090,100,300,30

46,670,120,150,400,40

56,730,150,250,500,50

66,880,190,500,630,63

77,030,240,750,790,79

87,180,271,000,890,89

97,330,311,251,021,02

107,480,331,501,091,09

117,630,341,751,121,12

127,780,352,001,161,16

138,080,352,501,161,16

148,380,333,001,091,09

158,680,33,500,990,99

168,980,274,000,890,89

179,280,244,500,790,79

189,580,225,000,730,73

1910,180,186,000,600,60

2010,780,167,000,530,53

2111,380,168,000,530,53

2211,980,159,000,500,50

2312,580,1510,000,500,50

2413,180,1411,000,460,46

2513,780,1412,000,460,46

III. ESPCIMEN 03:

NDEF. TANGESFUERZODEF. TANGESFUERZOESF. NORM

mmmm%Kg/cm2Kg/cm2

16,58000,000,00

26,610,090,050,300,15

36,640,160,10,530,26

46,670,20,150,660,33

56,730,260,250,860,43

66,880,340,51,120,56

77,030,420,751,390,69

87,180,4811,590,79

97,330,541,251,790,89

107,480,571,51,880,94

117,630,61,751,980,99

127,780,6122,021,01

138,080,62,51,980,99

148,380,5731,880,94

158,680,533,51,750,88

168,980,4841,590,79

179,280,424,51,390,69

189,580,3851,260,63

1910,180,3261,060,53

2010,780,2970,960,48

2111,380,2780,890,45

2211,980,2690,860,43

2312,580,26100,860,43

2413,180,25110,830,41

2513,780,25120,830,41

CURVA DE RESISTENCIA

PICO

10,5 10,6362

21 21,1865

32 31,7331

Resultados Finales

01._ Angulo de Friccin Interna35.18

02._ Cohesin (Kg/cm2)0.362

Resultados Finales

Esfuerzo NormalEsfuerzo de Corte Mximo

0.50.71

11.067

1.51.419

CORTE DIRECTO IN SITUAplicacin:Su empleo ms tpico es la determinacin de la resistencia al corte de diaclasas o planos de debilidad de macizos rocosos.

Comentarios (ventajas y desventajas)

Desventajas

En el caso de suelos o rocas blandas, puede ocurrir que la carga vertical est relativamente prxima al valor lmite de hundimiento. En estas circunstancias, la rotura no se produce por deslizamiento a lo largo del plano de la base, sino por fallo en la zona inferior, como una zapata con carga inclinada, y como tal debe interpretarse.

- La velocidad del ensayo debe ser la estipulada, ya que si es muy rpida en ensayos drenados, la presin de poros no es capaz de disiparse.

- Es fundamental que en ensayos consolidados, esta se realice completamente. Deben hacerse con especial cuidado las lecturas de los comparadores (diales) y de las fuerzas tangenciales aplicadas, al igual que el trazado de las curvas. La ventajas de este tipo de ensayos es la simplicidad y velocidad de avance para suelos no cohesivos.

- Es conveniente recordar que el propsito de efectuar ensayos de corte en el laboratorio es reproducir las situaciones del terreno, pero como las condiciones in situ estn en etapa de investigacin, el mejor ensayo de laboratorio ser aquel en que mejor se entiendan y controlen las condiciones de fatiga y deformacin tal como ocurre en un ensayo triaxial.

- Las muestras de suelos cohesivos, se deben moldear (en lo posible) dentro de una cmara hmeda.

- En arcillas muy blandas, el separar las mitades de la caja de corte se realizar cuidadosamente porque el material podra ser extrudo fuera de la caja por la zona de separacin, en estos casos se deben utilizar cargas verticales pequeas.

- El rea de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa. Esto no es sea demasiado significativo, cuando las muestras fallan a deformaciones muy bajas.- Cuando se dise la caja de corte, se supuso que la superficie de falla real sera plana y que el esfuerzo cortante tendra una distribucin uniforme a lo largo de esta, sin embargo, con el tiempo se estableci que estas suposiciones no siempre son vlidas

- Al emplear en el ensayo una muestra muy pequea, los errores de preparacin son relativamente importantes.

Ventajas

Ensayo de corte in situ. Estos ensayos son anlogos a los de corte directo en laboratorio y su aplicacin hoy se extiende tanto a suelos como a rocas. Bsicamente consisten en tallar bloques generalmente dentro de calicatas de reconocimiento, en su base o paredes, lo que induce el plano de falla del bloque. Este tipo de ensayos es de inters en todos aquellos casos en que la toma de muestras o el tallado de stas sean difcil, como sucede en suelos con proporcin importante de piedras, o en suelos residuales, en los que existen con frecuencia trozos de roca semi-descompuesta. El bloque se rodea con un marco metlico, el cual se une al bloque con mortero de cemento. El gato hidralico que aplicar la fuerza horizontal, por lo general, se ancla a las paredes del pozo con hormign. La presin vertical tambin es aplicada con un gato hidrulico.

Conclusiones y recomendaciones. En arenas con ngulos de friccin interna mayor a 35 los valores del ensayo de corte directo pueden diferir de 1 a 4 por encima de los ensayo triaxial. Debajo de 35 son aproximadamente iguales. Vemos que en nuestro ensayo sale 42.704 lo cual indica que este diferir en 1 a 4 con datos obtenidos en la Prueba triaxial. Es recomendable no utilizar tasas de deformacin unitarias demasiado altas ya que es posible que la carga pico este entre las dos lecturas. Para suelos No Cohesivos el valor de C es cero (tericamente) pero en la practica no es as pues se puede obtener un valor de C debido a los efectos de la tensin superficial de los materiales hmedos no cohesivos a menudo que produce un valor de cohesin es grande que debera despreciarse a menos que este en el orden de 10 a 15 kPa. El rea de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa sin que esto sea demasiado significativo ya que la mayora de deformaciones fallan a deformaciones bajas. La superficie de falla real no es un plano como se supuso o se intent obtener con el tipo de caja de corte que se dise ni tampoco se tiene una distribucin de esfuerzo cortante a lo largo de la superficie de falla como se supuso tambin. En el ensayo usa una muestra muy pequea por el consiguiente el resultado de que los errores de preparacin son importantes. Asegrese de que las piedras porosas de que se encuentran en la caja de corte y permitiendo transcurrir tiempo suficiente para que tenga lugar la saturacin. Ser extremadamente cuidadoso con arcilla blanda porque parte del material puede ser extruido fuera de la caja en la zona de separacin. Este ensayo solo se practica en suelos del tipo arcillas blandas y arenas sueltas (llamada tambin cohesiva friccionante), ya que cuando ensayamos con arcillas rgidas y arenas compactadas, la cohesin en ensayos sin drenar en una gran medida depende del contenido de humedad, y el ngulo de friccin interna depender de la relacin de vacos y de la forma de las partculas.

BIBLIOGRAFA: BRAJA M. DAS Fundamentos de Ingeniera Geotcnica

JAUREZ BADILLO Mecnica de suelos

JOSEPH BOWLESManual de laboratorio

f C + n x tg

f 1

f 2

f 3

1

2

3

N1/L2

n

C

VEGA YUJRA, Jos B.

20110134F