Ensayo de Corte Directo

Basado en ASTM D3080-98

1. Descripción:

El ensayo de corte directo se realiza con el objetivo principal de determinar el valor de la cohesión, así como el ángulo de fricción interna de un suelo sometido a esfuerzo cortante.

Este ensayo impone sobre un suelo condiciones idealizadas, o sea indica la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas, una normal por una carga vertical aplicada y un esfuerzo cortante debido a la acción de una carga horizontal. Como el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal tienen el mismo significado en la construcción del Círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones para c y tan f, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados estos valores para los diferentes ensayos y proponer promedio del valor de la cohesión en el corte en Y y f por la pendiente de esta recta. En este ensayo también se puede obtener los parámetros de resistencia residual cR y fR .

Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, sometida cada una de ellas a una presión normal diferente, obteniéndose la relación entre la tensión tangencial de rotura y la tensión normal aplicada.

2. Modalidades del Ensayo:

Para determinar los parámetros resistentes, c y f de un suelo, se utiliza un equipo de corte directo en el que una probeta de suelo de forma cilíndrica o rectangular que se encuentra restringida lateralmente por una pared rígida, se corta a lo largo de un plano horizontal mientras se encuentra sometida a una presión normal a dicho plano.

Se pueden efectuar los siguientes ensayos:

2.1. Ensayo Consolidado Drenado (CD): Se aplica la presión normal, permitiendo el drenaje del suelo hasta finalizar la consolidación primaria, a continuación se procede a la rotura de la probeta a una velocidad lo suficientemente lenta como para que no se originen presiones intersticiales, permitiendo el libre drenaje del agua de los poros. De este ensayo se obtienen los parámetros resistentes efectivos.

2.2. Ensayo Consolidado no drenado (CU): Se aplica la presión normal, permitiendo el drenaje del suelo hasta finalizar la consolidación primaria. A continuación se procede

a la rotura de la probeta a una velocidad lo suficientemente rápida para que no se produzca el drenaje. De este ensayo se obtienen los parámetros resistentes totales.

2.3. Ensayo no consolidado no drenado (UU): La rotura se inicia nada mas aplicar la presión normal correspondiente y a una velocidad lo suficientemente rápida para que no se produzca el drenaje. De este ensayo se obtienen los parámetros resistentes totales

3. Descripción de la muestra:

3.1. Tipo de muestra: La ejecución del ensayo se puede realizar en muestras inalteradas como remoldeadas en el laboratorio. A partir del cilindro o de la muestra que se disponga para el ensayo, se ubica en el molde de corte cortando con el cuchillo aquellas partes que queden por fuera de este, hasta que la muestra entre poco a poco dentro del molde, una vez sobresalga por la parte superior, se enrasa o pule por la parte inferior y superior si es necesario. Esta operación debe hacerse procurando que la muestra no pierda mucha humedad, por lo que se recomienda hacerlo rápido y ojalá en un cuarto húmedo. De igual manera se debe hacer lo más suave posible evitando generar en la muestra esfuerzos remanentes que puedan alterar los resultados.

3.2. Dimensionamiento de la muestra: El tamaño de la muestra a ensayar dependerá de los dispositivos que se dispongan en el equipo, en todo caso deben cumplir:

3.2.1. El diámetro mínimo para muestra circular o el lado mínimo para una muestra rectangular debe ser de 50 mm.

3.2.2. El espesor mínimo de la muestra debe ser de 12.5 mm, pero no menos que un sexto del lado mayor o diámetro.

3.2.3. La relación mínima entre el diámetro o lado y espesor es de 2:1.

3.3. Otros parámetros: además de los datos longitudinales de la muestra (diámetro o lado y espesor), se deben determinar los valores de humedad, densidad húmeda y seca, saturación, relación de vacíos, y los demás parámetros que a criterio del responsable del ensayo sea necesario determinar para completar la información.

4. Procedimiento:

4.1. Ubicación de la muestra en la caja de corte:

4.1.1. La caja de corte debe estar totalmente anclada para que estén totalmente alineados los marcos: suprior e inferior.

4.1.2. Se coloca la piedra porosa; esta debe ubicarse siempre aun en ensayos no drenados, ya que aseguran la correcta posición de la muestra. Se debe verificar que la piedra porosa este totalmente saturada.

4.1.3. Se coloca una placa corrugada entre la piedra porosa y la muestra. La función de la placa corrugada es mejorar la adherencia y los planos teóricos de falla; las ranuras deben ser perpendiculares a la dirección del esfuerzo cortante.

4.1.4. Se retira la muestra del molde y se introduce en la caja de corte

4.1.5. Se coloca la placa corrugada cumpliendo los mismos parámetros anteriores, y la piedra porosa.

4.1.6. Se coloca la placa superior de carga. El peso de ella debe incluirse dentro dela carga normal aplicada.

4.1.7. La caja se lleva al aparato de corte, desanclando los marcos para poder realizar el ensayo, y sujetando la parte inferior de la caja al equipo. Si el ensayo es no consolidado se pasa inmediatamente al paso 4.1.9.

4.1.8. En caso de que el ensayo sea consolidado, se aplica la carga que permitirá la consolidación y se dejará hasta la finalización de la consolidación primaria.

4.1.9. Una vez se alcance la consolidación, se ajusta el equipo para iniciar la falla. La selección de la velocidad se hará según el tipo de ensayo y la tolerancia del equipo.

4.1.10. A medida que avanza el ensayo, se verifica constantemente la lectura de carga, hasta que la muestra no tolere más esfuerzo de corte.

4.1.11. Una vez finalizado el ensayo, se ajusta a la posición inicial, se fija la caja de corte y se retira del equipo.

4.1.12. La caja de corte se desmonta cuidadosamente y se recupera la muestra, la cual es nuevamente pesada y llevada al horno para determinar su peso seco.

corte6.jpg (23894 bytes) corte4a.jpg (21890 bytes)Caja de corte y accesorios Equipo de corte directo

Fotografías tomadas de http://www.ele.com

5. Cálculos:

5.1. Cálculo de la velocidad:

5.1.1. Si el ensayo es con deformación controlada y en condiciones no consolidadas, se toman lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10, 20 unidades. La velocidad de deformación unitaria debe ser del orden de 0.5 a no más de 2 mm/min, deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos.

5.1.2. Si el ensayo es con deformación controlada y en condiciones de consolidación, igualmente se toman lecturas cada 5, 10, 20 unidades. La velocidad de deformación debe ser inferior a 2 mm/min de manera que falle entre 5 a 10 min.

5.1.3. En el caso de que el ensayo sea en condiciones drenadas, la velocidad de aplicación de la carga debe ser tal para que el tiempo en el que ocurra la falla tf sea:

tf = 50 * t50

Donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación primaria bajo la carga normal aplicada.

5.2. Deformación horizontal:

La lectura de la deformación horizontal se hará cada determinado número de divisiones según el criterio del responsable del ensayo. Esta se mide en un extensómetro de deformación y corresponderá a un valor de movimiento de la caja.

5.3. Esfuerzo de corte y normal:

Para cada una de las fuerzas normales o verticales aplicadas, se calcula su esfuerzo:

s = P / A

Donde: P: fuerza normal aplicada

A: Área inicial de la probeta

Para cada valor de fuerza horizontal o de corte aplicada, se calcula su esfuerzo de corte:

t = N / A

donde : N: fuerza de corte aplicada

6. Gráficos:

Con los datos obtenidos se elaboran los siguientes gráficos:

6.1. Relación tensión tangencial vs. desplazamiento horizontal en cada uno de los ensayos realizados.

6.2. Gráfico de esfuerzo tangencial de rotura vs. esfuerzo normal, con los datos de cada uno de los ensayos realizados.

6.3. Construir los círculos de Mohr para cada una de las condiciones de ensayo realizada.

7. Informe:

Se debe preparar un informe que incluya lo siguiente:

7.1. Para cada valor de carga normal, resistencia tangencial de rotura.

7.2. Valores de los parámetros de resistencia al corte. Especificar si son en términos efectivos o no.

7.3. Tipo y tamaño del espécimen (inalterado o remoldeado, cilíndrico o prismático).

7.4. Dimensiones de las probetas de ensayo y relaciones entre diámetro o lado y espesor.

7.5. Descripción visual del suelo y clasificación.

7.6. Densidad, humedad, grado se saturación, relación de vacíos.

7.7. Otros valores que sean pertinentes incluir.

7.8. Observaciones complementarias que puedan ser útiles para la interpretación de los resultados.

Desarrollo de la práctica

La ejecución de la práctica seguirá lo descrito en la norma, y el informe debe contener además de lo solicitado, análisis de resultados y la solución del siguiente cuestionario:

1. Calcular el módulo de deformación tangencial de las muestras ensayadas.

2. Este ensayo aplica a todos los tipos de suelos?. Explique.

3. Como profesionales, cuándo recomendarían la ejecución de este ensayo.

4. Explique qué es el ensayo de Corte Simple. Establezca diferencias y realice un análisis comparativo entre los dos tipos de ensayos de corte.

5. Defina qué es resistencia pico, resistencia última y resistencia residual. Elabore un gráfico donde se puedan ubicar estos valores.

6. Consultar y analizar cómo es el comportamiento de varios tipos de suelo bajo diferentes condiciones de densidad, en el ensayo de corte.

7. Analizar los parámetros del suelo (humedad, densidad, forma de las partículas, historia de esfuerzos, etc) y evaluar cómo influyen en la resistencia al corte.