“Año de la consolidación del Mar de Grau”

“ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL AMBIENTAL”

TRABAJO

Ensayo de corte directo

DOCENTE:

Ing. Angel Alberto Lorren Palomino

RESPONSABLES:

Balladares Pizarro, Miguel

Barrios Farroñan, Luis

Chapoñan Garnique, Martin

Gamonal Coronel, Gianela

Pachas Guerrero, Tatiana

Tuse Vargas, Yomira

Rojas Tafur, Susan

FECHA:

25 DE MAYO DEL 2015

CHICLAYO

INDICE

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2

OBJETIVOS ............................................................................................................. 4

OBJETIVOS PRINCIPAL ...................................................................................... 4

OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................. 4

I. MARCO TEORICO .......................................................................................... 5

1. RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO .................................................. 5

2. ECUACIÓN DE FALLA DE COULOMB (1776) ....................................... 5

3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO .................................................................. 6

ALCANCE........................................................................................................ 6

4.NORMATIVA ................................................................................................ 8

a) ASTM D3080-72 ........................................................................................... 8

b) NORMAS RELACIONADAS ........................................................................ 9

II. EQUIPOS Y MATERIALES .............................................................................. 10

III. PROCEDIMIENTO ...................................................................................... 14

1. PREPARACION DEL ESPECIMEN ............................................................. 14

2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO EN LA MAQUINA DE CORTE ............. 18

IV. DATOS Y RESULTADOS ............................................................................. 19

1. DATOS DEL LABORATORIO ........................................................................... 19

2. CÁLCULOS ........................................................................................................ 20

3. RESULTADOS ..................................................................................................... 21

V. GRÁFICOS ..................................................................................................... 22

VI. ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUCIONES .................................... 234

VII. RECOMENDACIONES ............................................................................ 234

VII. ANEXOS…………………………………………………………………………..25

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo nos dedicaremos a realizar la prueba de suelo

ensayo de corte directo el cual se utiliza para medir la resistencia,

cohesión y Angulo de fricción principalmente de suelos granulares finos.

Este método describe y regula el método de ensayo para la

determinación de resistencia al corte de una muestra de suelo,

sometida previamente a un proceso de consolidación, cuando se le

aplica un esfuerzo de cizalladura o corte directo mientras se permite un

drenaje de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una muestra a

velocidad controlada, cerca de un plano de cizalladura.

Generalmente se ensayan tres o más espécimen, cada uno bajo una

carga normal diferente para determinar su efecto sobre la resistencia al

corte y al desplazamiento y las propiedades de resistencias a partir de

las envolentes de resistencia de Mohr.

Los esfuerzos de cizalladura y los desplazamientos no se distribuyen

uniformemente dentro de la muestra y no se puede definir una altura

apropiada para el cálculo de las deformaciones de cizalladura. En

consecuencia, a partir de este ensayo no pueden determinar las

relaciones esfuerzo-deformación o cualquier otro valor asociado, como

el módulo de cizalladura.

La determinación de las envolentes de resistencia y el desarrollo de

criterios para interpretar y evaluar los resultados del ensayo se dejan a

criterios del ingeniero o de la oficina que solicita el ensayo.

Las condiciones del ensayo, incluyendo los esfuerzos normales y la

humedad, son seleccionadas para representar las condiciones del

campo que se investigan.

OBJETIVOS

OBJETIVOS PRINCIPAL

Saber determinar la deformación y el ángulo de fricción interno

para una muestra de arena seca.

Calcular la capacidad portante de la muestra obtenida.

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 gráfica de esfuerzo normal contra cortantes máximos.

I. MARCO TEORICO

1. RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELO

Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un

talud, la capacidad de carga admisible para una cimentación y el

empuje de un suelo contra un muro de contención.

2. ECUACIÓN DE FALLA DE COULOMB (1776)

Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muro produce

un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano

recto de deslizamiento. Él postuló que la máxima resistencia al corte, en

el plano de falla, está dada por:

τf = c + σ tg φ (1)

Donde:

σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.

φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena)

c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).

Esta es una relación empírica y se basa en la LEY DE FRICCIÓN DE

AMONTON para el deslizamiento de dos superficies planas, con la

inclusión de un término de cohesión c para incluir la fricción propia del

suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:

τf = σ tg φ Suelo granular

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego:

τf = c Suelo cohesivo puro

Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios,

hasta que TERZAGUI publica su expresión σ = σ’ + U con el principio de

los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:

τf = c ‘ + σ’ tg φ’

Fig 5.1.2 Ubicación de las Cargas P y S

Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos,

en el suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y

φ’, cuyos valores se obtienen del ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

Aplicando al suelo una fuerza normal, se puede proceder a cizallarlo

con una fuerza cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee

colocando un deformímetro en el bastidor superior. El molde no permite

control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de

humedad diversas (condición saturada no drenada, parcialmente

drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones de

campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En

arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado. Para

arcillas la incertidumbre queda, por lo que se recurre al TRIAXIAL.

3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO

ALCANCE

a) Este método describe y regula el método de ensayo para la

determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo,

sometida previamente a un proceso de consolidación, cuando se

le aplica un esfuerzo de cizalladora o corte directo mientras se

permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo

deformando una muestra a velocidad controlada, cerca de un

plano de cizalladora determinado por la configuración del

aparato de cizalladora. Generalmente se ensayan tres o más

especímenes, cada uno bajo una carga normal diferente para

determinar su efecto sobre la resistencia al corte y al

desplazamiento y las propiedades de resistencia a partir de las

envolventes de resistencia de Mohr.

b) Los esfuerzos de cizalladura y los desplazamientos no se

distribuyen uniformemente dentro de la muestra y no se puede

definir una altura apropiada para el cálculo de las deformaciones

por cizalladura. En consecuencia, a partir de este ensayo no

pueden determinarse las relaciones esfuerzo-deformación o

cualquier otro valor asociado, como el módulo de cizalladura.

c) La determinación de las envolventes de resistencia y el desarrollo

de criterios para interpretar y evaluar los resultados del ensayo se

dejan a criterios del ingeniero o de la oficina que solicita el

ensayo.

d) Los resultados del ensayo pueden ser afectados por la presencia

de partículas de suelo o fragmentos de roca, o ambos.

e) Las condiciones del ensayo, incluyendo los esfuerzos normales y la

humedad, son seleccionadas para representar las condiciones de

campo que se investigan. La velocidad de deformación debe ser

lo suficientemente lenta para asegurar las condiciones de drenaje

equivalentes a una presión intersticial nula.

4. NORMATIVA

El ensayo de Corte de Directo se respalda en lo especificado en

la NTP 339.171 (E.050 Suelos y Cimentaciones) y la ASTM D3080-72.

a) ASTM D3080-72

Este método describe procedimientos para determinar la

resistencia al corte consolidado drenado de un suelo en corte

directo. El cual puede ser conducido en corte simple o corte

doble. Esta prueba es adecuada para un ensayo consolidado

drenado porque las trayectorias de drenaje a través del

espécimen de ensayo son cortas, permitiendo por esto que los

excesos de las presiones de poro sean disipados bastante

rápidamente. El ensayo puede ser hecho sobre todo tipo de

suelos y sobre muestras inalteradas o remoldeadas. Los valores

establecidos en unidades pulgada-libra serán considerados como

los estándar.

Los resultados del ensayo son aplicables a situaciones de campo

donde la consolidación completa ha ocurrido bajo la sobrecarga

existente, y la falla es alcanzada lentamente de modo tal que los

excesos de presiones de poro son disipados. El ensayo también es

útil para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos

débiles reconocibles dentro del material de suelo. Por otro lado,

este ensayo no es adecuado para el desarrollo de relaciones

exactas de esfuerzos-deformación del especimen de prueba,

debido a la distribución no uniforme de los desplazamientos y

esfuerzos de corte.

b) NORMAS RELACIONADAS

Normas ASTM:

D2435 Método de Ensayo para Propiedades de

Consolidación Unidimensional de Suelos.

II. EQUIPOS Y MATERIALES

MATERIALES:

MUESTRA INALTERADA.- se empleará el mismo espécimen

del ensayo anterior, la cual fue extraída de un pozo de

aproximadamente 13m de profundidad.

PAPEL FILTRO.- el cual se utilizara entre la muestra de suelo y

la piedra porosa. Sus dimensiones serán las mismas que la

caja de molde.

AGUA DESTILADA

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS:

MÁQUINA DE CORTE.- equipo mecánico compuesto por:

Deformímetro para medir el desplazamiento vertical y

horizontal

Tornillo fijadores de la caja de corte

Soporte de carga

Calibrador

Sujetador de deformímetro

CAJA DE CORTE.- de acero inoxidable, por lo general son

cuadradas, habiendo también circulares. Está constituido

con los siguientes elementos:

Tornillos fijadores y de ajuste

Caja superior e inferior

Piedras deslizantes y porosas

VISTA FRONTAL VISTA DE PLANTA

CAJA DE MOLDE.- empleado para adecuar las dimensiones

de la muestra en la caja de corte.

PIZON DE MADERA.- elemento que permite a la muestra ser

introducida en la caja de corte, desde la caja de molde.

BALANZA.- nos cederán el peso de cada muestra ensayada

(antes y después). Con una calibración de 0.01gr.

HORNO de secado.- con circulación de aire y temperatura

regulable.

CUCHILLO Y ESPÁTULA.- herramientas que permitirán tallar y

enrasar la muestra y adecuarla a la caja de molde.

III. PROCEDIMIENTO

Nuestro ensayo fue realizado para una muestra inalterada no

drenada, teniendo como nociones básicas que los resultados

obtenidos no son tan fiables porque la muestra no se realizó en las

peores condiciones

PREPARACION DEL ESPECIMEN

Primero se sacó la muestra inalterada del tubo de 2”, en la que

fue extraído, para esto se utilizó hoja de cierra.

Fig 6.2.2.1. Hoja de sierra cortando el tubo

Luego se coloca el muestreador en la muestra inalterada hasta

que quede completamente llena, luego se enrasa con el

enrasador o con un cuchillo, hasta que quede completamente

enrasada por los dos lados.

Fig 6.2.2.2. Colocacion de la muestra en el muestreador

Para conocer la humedad de la muestra, se pesa la muestra con

el muestrador en la balanza, y luego se coloca en el horno a

110ºc.

Fig 6.2.2.3. Pesando la muestra con el muestreador para el cálculo de

humedad

Se coloca en la caja de corte la primera placa de transferencia

Fig 6.2.2.4. Caja de corte con placa de transferencia

Seguido de la placa de transferencia se coloca las piedras porosas

con el papel filtro y seguido de este la segunda piedra porosa con su

papel filtro.

Luego se coloca la muestra quedando alineado y se empuja

cuidadosamente con el extractor de la muestra quedando afuera

el muestreador

Por último se coloca la segunda piedra porosa con su papel filtro,

seguido con la última placa de transferencia, y ya está lista para

ser colocada en la máquina de corte.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO EN LA MAQUINA DE CORTE

Se coloca la caja de corte ya lista con la muestra en la máquina,

luego se conecta el dispositivo de carga y se coloca el dial ya

habiendo nivelado el brazo de palanca y se coloca la carga.

Luego se coloca el dial en 0, y se empieza a contar los tiempos

cuando la maquina empieza a hacer el corte, este proceso se

hace 3 veces, con las 3 muestras.

IV. DATOS Y RESULTADOS

1. DATOS DEL LABORATORIO

Esfuerzo Normal (Kg/cm2) 1 2 4

Nomenclatura de Muestra

Altura (cm) 2.00 2.00 2.00

Diámetro (cm) - - -

Área de la Muestra (cm2) 35.70 35.70 35.70

Volumen de la Muestra (cm3) 71.40 71.40 71.40

Peso del Tallador + Mh (g) 258.90 254.50 255.50

Peso del Tallador (g) 155.40 155.40 155.40

Peso de la Mh (g) 103.50 99.10 100.10

Densidad Húmeda (gr/cm3) 1.45 1.39 1.40

N° Tara (g) 1.00 1.00 1.00

Peso del Tara + Mh (g) 111.50 107.60 109.80

Peso del Tara + Ms (g) 65.30 58.10 63.30

Peso del Tara (g) 0.00 0.00 0.00

Humedad (%) 70.75 85.20 73.46

Densidad Seca (gr/cm3) 0.85 0.75 0.81

Datos Carta de Calibración

Ao = 0.3966285

A1 = 1.144876

2. CÁLCULOS

Después del ensayo se hicieron cálculos u operaciones en

gabinete para hallar nuestros objetivos propuestos

o Volumen de la muestra = Area ∗ Altura

o 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 =𝑃𝑒𝑠𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

o 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑(%) =(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 + 𝑇𝑎𝑟𝑎) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 + 𝑇𝑎𝑟𝑎)

(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑎 + 𝑇𝑎𝑟𝑎) − 𝑇𝑎𝑟𝑎

𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 (𝐾𝑔) = 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 𝐴𝑛𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒 ∗ 𝐴𝑜 + 𝐴1

𝑬𝒔𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒐 𝑪𝒐𝒓𝒕𝒆 =𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂

𝑨𝒓𝒆𝒂

3. RESULTADOS

1 kg/cm2 2 kg/cm2 4 kg/cm2

Deformación Anillo

Corte

Carga Esf. de

Corte

Anillo

Corte

Carga Esf. de

Corte

Anillo

Corte

Carga Esf. de

Corte

(%) Dial Kg (Kg/cm2) Dial Kg (Kg/cm2) Dial Kg (Kg/cm2)

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.05 4.00 2.73 0.08 5.00 3.13 0.09 8.00 4.32 0.12

0.10 4.00 2.73 0.08 10.00 5.11 0.14 12.00 5.90 0.17

0.20 4.00 2.73 0.08 12.00 5.90 0.17 18.00 8.28 0.23

0.35 5.00 3.13 0.09 15.00 7.09 0.20 23.00 10.27 0.29

0.50 10.50 5.31 0.15 19.00 8.68 0.24 26.50 11.66 0.33

0.75 13.20 6.38 0.18 20.00 9.08 0.25 29.50 12.85 0.36

1.00 17.00 7.89 0.22 22.00 9.87 0.28 31.90 13.80 0.39

1.25 21.20 9.55 0.27 25.00 11.06 0.31 33.10 14.27 0.40

1.50 23.90 10.62 0.30 27.00 11.85 0.33 35.00 15.03 0.42

1.75 25.90 11.42 0.32 30.00 13.04 0.37 36.00 15.42 0.43

2.00 27.50 12.05 0.34 32.00 13.84 0.39 37.10 15.86 0.44

2.50 28.90 12.61 0.35 35.00 15.03 0.42 38.10 16.26 0.46

3.00 30.00 13.04 0.37 36.00 15.42 0.43 39.00 16.61 0.47

3.50 30.90 13.40 0.38 36.00 15.42 0.43 40.00 17.01 0.48

4.00 31.50 13.64 0.38 36.00 15.42 0.43 40.90 17.37 0.49

4.50 32.00 13.84 0.39 36.00 15.42 0.43 41.10 17.45 0.49

5.00 32.20 13.92 0.39 36.00 15.42 0.43 42.00 17.80 0.50

6.00 33.00 14.23 0.40 36.00 15.42 0.43 42.90 18.16 0.51

7.00 33.10 14.27 0.40 36.00 15.42 0.43 43.10 18.24 0.51

8.00 33.10 14.27 0.40 36.00 15.42 0.43 43.50 18.40 0.52

9.00 33.10 14.27 0.40 36.00 15.42 0.43 44.00 18.60 0.52

10.00 33.50 14.43 0.40 36.00 15.42 0.43 44.05 18.62 0.52

11.00 33.50 14.43 0.40 36.00 15.42 0.43 44.10 18.64 0.52

12.00 33.50 14.43 0.40 36.00 15.42 0.43 44.10 18.64 0.52

0.40 0.43 0.52

V. GRÁFICOS

Cohesión (Kg/cm2) 0.160

Angulo de Fricción interna(º) 2.29

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Es

fue

rzo

de

Co

rte

(K

g/c

m2)

Deformación (%)

CURVA DE RESISTENCIA

1 Kg/cm2

2 Kg/cm2

4 Kg/cm2

y = 0.0401x + 0.3593

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

0 1 2 3 4 5

Es

fue

rzo

de

Co

rte

(K

g/c

m2

)

Esfuerzo Normal (Kg/cm2)

ESFUERZO DE CORTE vs ESFUERZO NORMAL

VI. ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUCIONES

Según los resultados podemos decir que por la cohesión y el Angulo

de fricción obtenido nuestro suelo es una arcilla.

Este ensayo es importante, pues sirve para hallar la capacidad

portante del suelo y ver si nuestro suelo resiste a la estructura que

está en proyecto.

Este es un ensayo no drenado, pues los resultados obtenidos son muy

diferentes al ensayo de corte directo drenado, dando con mejores

resultados el ensayo de corte directo drenado.

Por el tipo de ensayo que es, los datos no son muy confiables.

VII. RECOMENDACIONES

Para calcular la cohesión y el Angulo de fricción en el gráfico, se

recomienda hacer en un papel milimetrado donde se obtenga

mejores resultados.

Tener mucho cuidado al colocar la muestra en la caja de corte,

porque si no está alineada te arruinar la muestra.

Ver el sentido de las placas de transferencia de carga, porque si el

sentido es otro, el corte no se realiza o el ensayo sale mal, para

mejores resultados esperados, tener cuidado con esta

recomendación.

No dejar la muestra al contacto con el aire, porque en todo caso la

muestra perderá su humedad y el ensayo no saldrá con las

condiciones del terreno, y los resultados no serán de ese suelo.

Realizar el ensayo de corte directo drenado y consolidado, pues

este tipo de ensayo es más confiable y nos da mejores resultados,

porque trabaja en las peores condiciones, y los resultados son más

fiables.

VIII. ANEXOS