PRUEBA DE CORTE DIRECTO

INTRODUCCION

Existen varias pruebas en laboratorio para determinar los parámetros de la resistencia a cortante del suelo, dentro de las que se encuentran las pruebas de corte directo y la prueba triaxial. En este informe se detalla la realización de la prueba de corte directo para una muestra de suelo seleccionada

OBJETIVO GENERAL

Determinar los parámetros de la resistencia a cortante, la deformación y el ángulo de fricción interno, para una muestra de suelo con gran contenido de material orgánico.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Obtener la gráfica de distribución de esfuerzos cortantes vs deformación, para unas determinadas cargas aplicadas a dicha muestra.

Encontrar los valores máximos de los esfuerzos cortantes para las diferentes cargas aplicadas.

Obtener la grafica de esfuerzo normal contra cortantes máximos.

MARCO TEORICO

El equipo para la prueba de corte directo consiste en una caja de corte metálica en la que se coloca la muestra, la cual puede ser circular o cuadrada. La caja esta cortada horizontalmente en dos partes. La fuerza normal sobre la muestra se aplica desde la parte superior de la caja de corte. La fuerza cortante es aplicada moviendo una mitad de la caja con respecto de la otra para generar la falla en la muestra de suelo.

En el siguiente diagrama se muestra un esquema de las partes que conforma el equipo de la prueba de corte directo y la caja de corte metálica.

Dependiendo del equipo, la prueba de corte puede ser controlada por el esfuerzo o por la deformación unitaria. En las pruebas controladas por el esfuerzo, la fuerza cortante es aplicada en incrementos iguales hasta que el espécimen falla, lo cual tiene lugar a lo largo del plano de separación de la caja de corte. Después de la aplicación de cada incremento de carga, el desplazamiento cortante de la mitad superior de la caja se mide por medio de un micrómetro horizontal. El cambio de la altura del espécimen durante la prueba se obtiene a partir de las lecturas del micrómetro que mide el movimiento vertical de la placa superior de carga.En pruebas controladas por la deformación unitaria se aplica una razón de desplazamiento cortante a una mitad de la caja por medio de un motor que actúa a través de engranes. La tasa constante de desplazamiento cortante mide con un micrómetro horizontal con una celda de carga. El cambio de volumen durante la prueba se obtiene de manera similar a las pruebas controladas por el esfuerzo.

La ventaja de las pruebas por deformación unitaria controlada es que, en el caso de arena densa se observa y grafica la resistencia cortante pico (es decir, en la falla) así como resistencias cortantes menores (es decir, en un punto después de la falla llamado resistencia ultima). En las pruebas por esfuerzo controlado, solo la resistencia cortante pico se observa y grafica. Las pruebas de esfuerzo controlado probablemente simulan mejor las situaciones reales de campo que las pruebas controladas por deformación controlada.

OBSERVACIONES DE LA PRUEBA DE CORTE DIRECTO

La velocidad del ensayo debe ser la estipulada, ya que si es muy rápida en ensayos drenados, la presión 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 ventaja de este tipo de ensayos es la simplicidad y velocidad de avance para suelos no cohesivos.

Es conveniente recordar que el propósito de efectuar ensayos de corte en el laboratorio

es reproducir las situaciones del terreno, pero como las condiciones in situ están en etapa de investigación, el mejor ensayo de laboratorio será aquel en que mejor se entiendan y controlen las condiciones de fatiga y deformación tal como ocurre en un ensayo triaxial.

Las muestras de suelos cohesivos, se deben moldear (en lo posible) dentro de una cámara húmeda.

En arcillas muy blandas, el separar las mitades de la caja de corte se realizará

cuidadosamente porque el material podría ser extruido fuera de la caja por la zona de separación, en estos casos se deben utilizar cargas verticales pequeñas.

El ensayo de corte directo tiene las siguientes limitaciones:

El área 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 diseñó la caja de corte, se supuso que la superficie de falla real sería plana y que el esfuerzo cortante tendría una distribución uniforme a lo largo de esta, sin embargo, con el tiempo se estableció que estas suposiciones no siempre son válidas

Al emplear en el ensayo una muestra muy pequeña, los errores de preparación son relativamente importantes.

EQUIPO Y MATERIALES PARA LA PRUEBA DE CORTE DIRECTO

Para realizar la prueba de corte directo se necesita:

Muestra de suelo Espátula Anillos metálicos (circulares o rectangulares) Equipo para la prueba de corte directo Juego de pesas para la carga normal

PROCEDENCIA DE LA MUESTRA DEL SUELO

Para la prueba de corte directo se tomo una muestra de suelo del sector de Misicata a 80 cm de profundidad, el suelo presento contenido orgánico. No se presentaron alteraciones de las características del suelo debido a que el mismo se traslado directamente de donde se extrajo hacia el laboratorio el mismo día de la prueba.

PROCEDIMIENTO

El procedimiento general para la prueba de corte directo es el siguiente:

Colocamos la muestra en los anillos metálicos, en este caso rectangulares, enrazando en la parte de superior e inferior.

Se toma el peso de cada uno de los anillos con el suelo. Se procede a colocar la muestra del interior de los anillos en la caja de corte metálica,

para lo cual se retira la caja metálica del equipo de corte directo y se empareja el anillo con la muestra en la caja metálica y se procede a empujar la muestra hacia la caja mediante un punzón rectangular que abarca toda el área de la muestra.

Se coloca la caja metálica de corte con la muestra de suelo en su interior en el equipo de corte directo, se calibra la parte superior de la caja que corresponde a la carga normal que se le da a la muestra

Se selecciona la carga normal para la muestra, en este caso se determino las pesas 2, 4 y 8 kg para cada prueba lo que en el equipo se transforman en cargas normales de 20, 40 y 80 kg debido al brazo de palanca.

Se da inicio a la maquina de corte directo y se toman las medidas de los deformimetros hasta que la muestra falle

Una vez que la muestra ha fallado se retira de la caja y se toma una muestra de la misma para determinar su humedad.

DATOS Y CALCULOS DE LA PRUEBA DE CORTE DIRECTO

En el equipo de corte directo se tomaron los siguientes datos:

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3CARGA NORMAL : 20 Kg CARGA NORMAL : 40 Kg CARGA NORMAL : 80 Kg

LECTURADEFORMIMETRO

HORIZONTAL

LECTURADIAL DECARGA

LECTURADEFORMIMETR

OHORIZONTAL

LECTURADIAL DECARGA

LECTURADEFORMIMETRO

HORIZONTAL

LECTURADIAL DECARGA

10 5 10 4,5 10 6,520 7 20 6,5 20 930 9 30 9 30 1140 10,5 40 10 40 1350 11,5 50 11 50 15,560 13 60 13 60 17,570 14 70 14,5 70 18,580 14,5 80 15 80 1990 15 90 16 90 20

100 16,5 100 17 100 22125 18 125 19,2 125 25,5150 19,5 150 21,2 150 29,75175 21 175 22,5 175 30,5200 22 200 24,5 200 31,5250 24,3 250 26 250 36300 26 300 27,2 300 32,5350 27,5 350 29,5 350 35,5400 29 400 31 400 38500 30,5 500 32,7 500 40,5600 31,8 600 34,26 600 42700 32,2 700 35,25 700 43800 32,5 800 36,25 800 43,25900 32,5 900 36,5 900 45

Se determinan las cargas en Kg a partir de los datos tomados y la siguiente ecuación:

0,4135 x+1,9927= y

x=Lecturadel dial de cargay=Carga en Kg

Se procede a determinar el área corregida:

Areacorregida=( largo−deformación )∗ancho

1002

Se determina el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal

Esfuerzocortante=τ= cargaárea corregida

Esfuerzonormal=σ= carganormal∗9,81/1000área corregida

Se realiza la curva de Esfuerzo Cortante vs Deformación Unitaria, de donde se toman los mayores valores de los esfuerzos cortantes y los esfuerzos normales correspondientes a los mismos.

Finalmente se realiza una grafica de esfuerzo cortante vs esfuerzo normal con los tres puntos obtenidos, con lo cual se determina el ángulo de fricción por medio del ángulo de la pendiente de la recta que forman los tres puntos y la cohesión que es el punto de corte de la recta con el eje de esfuerzo cortante.

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CORTE DIRECTO

BIBLIOGRAFIA

Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Braja M. DasManual de Laboratorio de Suelos, Joseph E. BowlesManual de Laboratorio de Suelos, Antonio Arango Velez