ENSAYO DE CORTE DIRECTO

1. INTRODUCCION

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 cizalladura o corte directo mientras se permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una muestra a velocidad controlada, cerca a un plano de corte determinado por la configuración del aparato de cizalladura. Generalmente se ensayan tres o más especimenes, 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.

Los esfuerzos de corte 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 modulo de cizalladura.

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.

Los resultados del ensayo pueden ser afectados por la presencia de partículas de suelo o fragmentos de roca. 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.

El ensayo de corte directo es adecuado para la determinación relativamente rápida de las propiedades de resistencia de materiales drenados y consolidados. Debido a que las trayectorias de drenaje a través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en los poros sea disipado más rápidamente que con otros ensayos drenados. El ensayo puede ser hecho en todo tipo de suelos inalterados, remoldeados o compactados.

Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia al corte en una situación de campo donde ha tenido lugar una completa consolidación bajo los esfuerzos normales actuales. La ruptura ocurre lentamente bajo condiciones drenadas, de tal manera que los excesos de presión en los poros quedan disipados. Los resultados de varios ensayos pueden ser utilizados para expresar la relación entre los esfuerzos de consolidación y la resistencia a la corte en condiciones drenadas.

2. OBJETIVOS

Desarrollar el procedimiento de ensayo de laboratorio para determinar resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, por el método de corte directo.

Determinar los parámetros de resistencia del suelo, obteniéndose el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante.

Poder reconocer un suelo por medio de sus características, este ensayo nos va permitir observar su cohesión, ángulo interno como medidas indirectas del esfuerzo normal.

3. FUNDAMENTO TEORICO

El ensayo de cizalladura directa es adecuado para la determinación relativamente rápida de las propiedades de resistencia de materiales drenados y consolidados. Debido a que las trayectorias de drenaje a través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en los poros sea disipado más rápidamente que con otros ensayos drenados. El ensayo puede ser hecho en todo tipo de suelos inalterados, remoldeados o compactados.

Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundación. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:

a.     Por deformación elástica de las partículas.

b.     Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación del

líquido existente en los huecos entre las partículas.

c.     Por deslizamiento de las partículas, que pueden conducir al deslizamiento de una

gran masa de suelo.

El primer caso es despreciable para la mayoría de los suelos, en los niveles de

esfuerzo que ocurren en la práctica. El segundo caso corresponde al fenómeno de la

consolidación.El tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastróficos y para evitarla se

debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al

corte de suelo. El análisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores

que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea

económicamente factible de llevar a cabo.

(x)

Esfuerzo cortante

Deformación (o desplazamiento)

'f

'c

Envolvente de resistencia ultima

Envolvente de resistencia máxima

n(1) n(2) n(3)Esfuerzo normal

(a) Curva esfuerzo/deformación (b) envolventes de resistencia

Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo.

Por tanto el problema de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecánica de Suelos. En efecto, una valoración correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de éxito cualquier aplicación de la Mecánica de Suelos al análisis de la estabilidad de las obras civiles.

El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al más sencillo de los casos que pueden presentarse en la práctica: aquel en que se prueba el material en estado seco.

Aplicaciones de Ensayos de Corte Directo:

a. Capacidad de carga en bases y fundaciones para estructuras en arcillas homogéneas saturadas, inmediatamente después de la construcción. El terreno bajo una fundación, es presionado por la falla y asume fallar por corte, en la forma como indica la figura.

b. La presión de tierra en el muro de contención, prevalece inmediatamente después de la construcción.

c. Presión de tierra contra la entibación de una excavación temporal.

d. Prevención contra el levantamiento de fondo de las excavaciones.

e. Estabilidad de los taludes, inmediatamente después de la excavación.

f. Estabilidad en diques de tierra, durante períodos cortos de construcción.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. EQUIPOS Y MATERIALES

Aparato de ensayo de Corte directo

Anillos de Corte Cortador de Muestras ( caja de corte): puede ser rectangular o circular.

Extensómetros

Piedras Porosas

5. PROCEDIMIENTO QUE SEGUIMOS PARA EL ENSAYO

1) Previo a realizar el ensayo de corte directo, se procedió a hacer una calicata de dimensiones: 1.5m2 de área con una profundidad de 2m.

2) De esta muestra se determinó la densidad de campo mediante el uso de equipo de laboratorio y el uso de la arena de Toronto

o Se necesitará como dato la densidad de la arena sílica, en caso de no tenerla lo

hallaremos con ayuda del Recipiente Proctor Estándar. Se mide el diámetro, y su

altura para conocer el volumen, se llena con arena sílica y se enrasa de tal forma que

en ningún momento se ejerza presión alguna. Pesamos y como conocemos su

volumen podremos hallar la densidad de la arena de sílica.

o Con ayuda del embudo incorporado en el balón la arena sílica de forma tal que esté

casi lleno. En su conjunto se obtiene su peso.

o Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula, posteriormente se pesa el equipo con la arena sobrante.

3 ) El contenido de humedad mediante la obtención de una muestra y el pesado de la misma en estado natural, la misma muestra se seca al horno y se pesa nuevamente, la diferencia de pesos será el contenido de humedad.

a) Pesar una muestra de arena seca, con suficiente material para realizar el ensayo, previamente se le debe de haber pasado por la malla Nº 10, esto pues las piedrecillas grandes o pequeñas van a generar error en la toma de datos en el equipo de corte directo.

b) Ensamblar cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separación existente entre las partes de la caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posición. Obtener la sección transversal de la muestra.

c) Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de la superficie del anillo y colocar el pistón de carga (incluyendo la piedra porosa) sobre la superficie del suelo. Tomar un nivel pequeño y verificar la nivelación del pistón o bloque de carga. Pesar el recipiente de la arena para determinar el peso exacto del material utilizado en la muestra. Obtener a continuación una referencia del espesor de la muestra de suelo marcando en varios puntos el borde del pistón o bloque de carga alrededor del perímetro con respecto a la altura de la caja de corte.

d) Aplicar la carga normal P, deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento vertical (con precisión de 0.01 mm por división). Recordar incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte como parte del peso P.

e) Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debería ser ligeramente superior(al ojo) que el tamaño más grande de partículas presente en la muestra. A continuación se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de fijación provistos para tal propósito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente después de separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistón de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.

Estando el espécimen tallado y confinado dentro de la caja metálica, se procede a ejecutar el ensayo, siguiendo los siguientes pasos:

a) Aplicación de la carga normal por incrementos, se espera el tiempo suficiente para que ocurra un asentamiento total para la presión normal especificada. Una vez

conseguido el asentamiento total, se aplica la fuerza tangencial también por incrementos.b) Durante el proceso de corte, el esfuerzo normal deberá mantenerse constante, y

la fuerza tangencial se hace variar en forma creciente y controlada hasta conseguir la falla.

f) Ajustar el deformimetro de carátula (0.01 mm/división) para medir el desplazamiento en cortante.

g) Comenzar la carga horizontal (cortante y tomar lecturas del deformimetro de carga, del deformimetro de desplazamiento cortante, y del deformimetro vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformación unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas a desplazamientos horizontales de: 5,10 y cada 10 ó 209 unidades de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no mas de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformación unitaria más rápida, pues existe el peligro de que se presente el pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la muestra “falle” entre 3 y 5 min.

h) Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sobre por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad ojala dentro de los 5 g y no mas de 10

g respecto a ala cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso Nº 3.

6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

DE LA PRUEBA DE CORTE DIRECTOTal como se menciono, en la prueba de corte directo, se mide directamente los

esfuerzos cortante y normal en el plano de falla. Sin embargo, la prueba de corte de uso más común es la de compresión triaxial que es una prueba indirecta. A continuación se resumen las ventajas y desventajas del método de corte directo en comparación con el método triaxial:

Ventajas

a) se mide directamente tanto el esfuerzo cortante como el esfuerzo normal en el plano de falla; los parámetros de la resistencia al corte (c' y ') se definen en terminos de estos esfuerzos

b) es posible mantener un esfuerzo normal absolutamente constante durante toda la prueba.

c) Es más fácil ensayar suelos sin cohesión, tales como gravas y arenas; las pruebas con drenaje en este tipo de suelos pueden llevarse a cabo en un tiempo bastante corto.

d) Es mas fácil medir los cambios de volumen durante la prueba.e) Usando un caja de corte directo reversible, es posible llevar a cabo pruebas que

requieren grandes desplazamientos; por ejemplo, pruebas de resistencia residual en arcillas.

Desventajas

a) La distribución del esfuerzo cortante sobre el plano de falla se supone uniforme, pero de hecho no lo es.

b) No es posible controlar el drenaje de la muestra o medir la presión de poro en el agua dentro de la muestra. Por consiguiente, solo se pueden llevar a cabo mediciones del esfuerzo total, excepto cuando la rapidez de corte se mantiene lo suficientemente baja como para asegurar que no hay aumento en la presión de poro, por ejemplo en suelos sin cohesión.

c) El esfuerzo normal no puede variarse fácilmente.

7. BIBLIOGRAFIA

Mecánica de suelos Tomo I- Eulalio Juarez Badillo - Alfonso Rico Rodriguez

Mecánica de suelos Aplicada a Cimentaciones Superficiales- Universidad nacional de Ingeniería- Facultad de Ingeniería Civil