Consolidacion y Corte Directo

Corte directo y consolidación unidimensional Laura Natalia Henao Lara

Miguel Ángel Castañeda Mora

José Luis Camargo García

Sergio Andrés Aldana Mejía

Jhon Fredy García Calderón

1

Compresión inconfinada

Laura N. Henao, Miguel A. Castañeda, José L. Camargo, Sergio A. Aldana y Jhon F.

García.

Universidad la Gran Colombia

Laura N. Henao, Miguel A. Castañeda, José L. Camargo, Sergio A. Aldana y Jhon F.

García, Estudiantes Ingeniería Civil, Universidad la Gran Colombia.

La correspondencia concerniente a este artículo debe ser enviada a José L. Camargo,

Estudiante de Ingeniería Civil, Universidad la Gran Colombia. E-mail: [email protected]






2

Índice

1 Desarrollo del informe ................................................................................................... 7

2 Marco Teórico ................................................................................................................ 9

2.1 Exploración de Suelo .............................................................................................. 9

2.2 Métodos de Exploración ......................................................................................... 9

2.2.1 SPT - Standard Penetration Test ....................................................................... 9

2.2.2 CPT - Cone Penetration Testing .................................................................... 11

2.2.3 VST - Vane Shear Test ................................................................................... 12

2.2.4 DMT - Flat Plate Dilatometer Test ................................................................. 13

2.2.5 PMT - Pressuremeter Test .............................................................................. 14

2.3 Identificación de Suelos ........................................................................................ 16

3 Corte directo ................................................................................................................. 18

3.1 Criterio de falla ..................................................................................................... 19

3.1.1 Christian Otto Mohr ........................................................................................ 20

4 Consolidación .............................................................................................................. 21

4.1 Coeficiente o módulo de Poisson ......................................................................... 23

4.1.1 Siméon Poisson ............................................................................................... 24

4.2 Ley de Hooke ........................................................................................................ 25






3

4.2.1 Robert Hooke .................................................................................................. 25

5 Definición de parámetros ............................................................................................. 26

5.1 Consolidación ....................................................................................................... 26

5.2 Corte directo ......................................................................................................... 27

6 Valores típicos ............................................................................................................. 28

6.1 Corte Directo ........................................................................................................ 28

6.2 Consolidación ....................................................................................................... 31

7 Edición y solución del ensayo ...................................................................................... 34

7.1 Corte directo ......................................................................................................... 34

7.2 Consolidación ....................................................................................................... 36

8 Descripción de lo que se hizo ...................................................................................... 38

9 Discusión del error ....................................................................................................... 45

10 Comparación de datos típicos .................................................................................. 46

10.1 Corte directo ...................................................................................................... 46

11 Aplicaciones ............................................................................................................. 48

12 Recomendación y valoración ................................................................................... 49

13 Bibliografía ............................................................................................................... 50






4

Índice Tabla

Tabla 1. Valores Típicos De Angulo Fricción y Cohesión ................................................ 30

Tabla 2. Rango de valores típicos de permeabilidad (M. Das 2006) ................................. 31

Tabla 3. Valores De Límites De Atterberg Para Tipos De Suelos ..................................... 32

Tabla 4. Datos calculados Esfuerzo cortante VS Esfuerzo normal .................................... 36

Tabla 5. Esfuerzo cortante máximo para las muestras ....................................................... 46






5

Índice de imágenes

Imagen 1. Proceso grafico ensayo SPT .............................................................................. 11

Imagen 2. Proceso grafico ensayo CPT.............................................................................. 12

Imagen 3. Proceso grafico ensayo VST ............................................................................. 13

Imagen 4. Proceso grafico ensayo DMT ............................................................................ 14

Imagen 5. Proceso grafico ensayo PMT ............................................................................. 15

Imagen 6. Grafico típico el círculo de Mohr. (Bowles J., 1982) ........................................ 20

Imagen 7. Christian Otto Mohr .......................................................................................... 20

Imagen 8. Siméon Denis Poisson ....................................................................................... 24

Imagen 9. Robert Hooke .................................................................................................... 25

Imagen 10. Curva típica esfuerzo VS deformación ........................................................... 28

Imagen 11. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal.................................. 29

Imagen 12. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal.................................. 29

Imagen 13. Curva típica de Desplazamiento Vertical Vs Desplazamiento Horizontal...... 31

Imagen 14. Grado de consolidación medido en factor de tiempo ...................................... 32

Imagen 15. Grafica de relación de vacios vs esfuerzo efectivo ......................................... 33

Imagen 16. Simulación de la consolidación por medio DEL émbolo relleno de agua y sin

salida ................................................................................................................................... 33

Imagen 17. Corte con molde. ............................................................................................. 39

Imagen 18. Desbaste y excesos de la muestra. ................................................................... 39

Imagen 19. Ingreso de muestra a el molde confinado. ....................................................... 40






6

Imagen 20.Tapado de molde con muestra. ......................................................................... 40

Imagen 21. Molde listo con muerta para ser montado en el equipo. .................................. 41

Imagen 22. Montado de muestra en equipo. ...................................................................... 41

Imagen 23. Colocación de agua y toma de medidas con deformimetro............................. 42

Imagen 24. Equipo para ensayo de corte directo. .............................................................. 43

Imagen 25. Muestra en molde ............................................................................................ 44

Imagen 26. Molde con muestra tapada. .............................................................................. 44






7

1 Desarrollo del informe

Laura Natalia Henao Lara

Marco teórico, descripción de lo que se

hizo, bibliografía, recomendación y

valoración, estilos, contenido, índice de

imágenes y tablas, historia, aplicaciones y

discusión del error.


Solución y edición del ensayo, anexo 1,

definición de parámetros, edición de todas

las tablas e imagines, valores típicos, marco

teórico.


Solución y edición del ensayo, anexo 2,

comparación con valores típicos, valores

típicos.






8


Consolidación de los suelos y valores típicos

de consolidación.

Jhon Freddy García Calderón

Aplicaciones y valores típicos.






9

2 Marco Teórico

2.1 Exploración de Suelo

Tiene como objetivo determinar las principales características geotécnicas de un suelo a

partir de la información recolectada en campo, dicha información puede ser recolectada con

equipos manuales, mecánicos o automatizados; los equipos manuales son usados generalmente

para diseño de cimentación y se explora a una profundidad aproximada de 10 metros.

2.2 Métodos de Exploración

Los principales métodos de son:

2.2.1 SPT - Standard Penetration Test

Fue introducido por Raymond Pile Company en 1902, se usa en suelos duros, semi-

blandos y blandos, está dada por l correlación de número de golpes y la resistencia del suelo, esto

significa que entre mayor cantidad de golpes sean dados es porque el suelo es más duro; se dan

golpes con una pesa de 140 libras tomando una altura de 30 pulgadas para después dejarlo caer,

cada tubo tiene un peso aproximado de 5 kilos, las muestras se toman cada 15 centímetros

ignorando los primeros 15.






10

Se inicia con el barreno en los suelos blandos mediante rotación hasta encontrar suelo

duro, los sedimentos que quedan adheridos al barreno serán utilizados también como muestras

pero estas son consideradas muestras alteradas, seguido de esto se retira el barreno y se coloca

otro equipo que sirva para tomar muestras inalteradas como la cuchara partida o el tubo Shelby

también llamado tubo de pared delgada; el primer equipo es un tubo de acero de dureza especial

con roscas en los extremos usadas para unir los extensores del equipo y sujetar la cuchara,

después de ser golpeado y llegar a la profundidad deseada se retira el equipo se quitan las roscas

y se abre el tubo exponiendo la muestra y dejándola lista para ser analizada, el segundo equipo es

más común usarlo en suelos blandos ya que al ser muy gruesa la pared del tubo puede alterar el

suelo, estos tubos tienen un diámetro de 3 a 4 pulgadas desde los bordes externos de este, la

muestra tomada con este equipo no es desencofrado sino es enviado tal cuál al laboratorio para

ser analizado; estas muestras son envueltas en papel aluminio o plástico para conservar la

humedad; al realizar el análisis se puede utilizar corte directo o compresión inconfinada

(Información suministrados por laboratorista Universidad la Gran Colombia).






11

Imagen 1. Proceso grafico ensayo SPT

Fuente. http://3.imimg.com/data3/TK/XV/MY-7231261/standard-penetration-test-spt-500x500.png

2.2.2 CPT - Cone Penetration Testing

Inicio con un diseño creado por Netherlands Departament of Public Works en 1930 para

la investigación de suelos blandos, se usa para determinar las propiedades geotécnicas y

estratificación de los suelos, en este ensayo se busca realizar mediciones mecánicas simples de la

resistencia total del suelo a la penetración usando un manómetro para leer cargas por medio de

varillas con punta cónica empujadas en intervalos de 20 centímetros, en 1948 se inicia el uso de

conos eléctricos, para este ensayo es necesario empujar la varilla a una velocidad estándar de 1 a

2 cm/s, la varilla que será penetrada en el suelo cuenta con una punta cónica con un ángulo de

60° y un área de 1000mm2.






12

Imagen 2. Proceso grafico ensayo CPT

Fuente. http://geosystems.ce.gatech.edu/Faculty/Mayne/Research/devices/TypesCones.jpg

2.2.3 VST - Vane Shear Test

Este ensayo permite medir la resistencia al corte de arcillas suaves a duras y limos con

intervalos de profundidad regulares a un metro.

Este aparato es una paleta de acero inoxidable con cuatro cuchillas unidas a una barra de

acero la cuál será introducida en el suelo, la altura es generalmente 130mm el doble de su

diámetro 65mm; se inicia girando el dispositivo y la varilla axialmente en el suelo blando, dicha

paleta se gira a una velocidad muy lenta de 6º a 12º por minuto.






13

Imagen 3. Proceso grafico ensayo VST

Fuente: http://www.zigur.com/picture/resource/picture/52437ed9e8cd8.jpg

2.2.4 DMT - Flat Plate Dilatometer Test

Este ensayo fue inventado por Silvano Marchetti en 1975; la idea de este ensayo es

insertar en el suelo una hoja de placa a una velocidad constante de 2mm/s una hoja de 15mm de

espesor y 96mm de ancho, generalmente para insertar la hoja se hace uso de un equipo llamado

célula de carga para así medir el empuje de penetración, los datos del empuje son tomados cada

20cm y se infla la membrana, al realizar el ensayo normalmente los suelos muy débiles o blandos

tienden a derrumbarse comúnmente 60mm de diámetro al ras de la membrana.

En este ensayo se obtienen la estratigrafía, el módulo de elasticidad, los esfuerzos

laterales y la resistencia al corte de arenas, limos y arcilla.






14

Imagen 4. Proceso grafico ensayo DMT

http://geosystems.ce.gatech.edu/Faculty/Mayne/Research/devices/DMTdevice.gif

2.2.5 PMT - Pressuremeter Test

Este ensayo tiene como fin medir fácil y rápido la relación tensión – deformación en el

suelo, genera parámetros como el módulo de elasticidad, consiste en una sonda cilíndrica, la cual

se inserta en la perforación hecha al suelo para leer la presión, a esta sonda se le genera una

presión para inflarla, expandiéndola de forma tan que toca las paredes de la excavación y esta

empieza a deformarse, la presión de la sonda permanecerá constante por lo que los datos

registrados serán el volumen necesario para mantener la presión, estos datos se registran con un

equipo de lectura que permanece fuera de la excavación, cabe aclarar que la membrana o sonda

aumenta su volumen cuando las paredes de la excavación se deforman.






15

El uso de este equipo se inició en 1954 por Louis Menard aun estudiante universitario

para entonces, mejoro y avanzo unas pruebas bases hechas por Ralph Peck en 1933. Existen tres

categorías piesométricas, el presiométrico de pozo, auto-talado presiométrico y presiómetros de

desplazamiento; el primero se inserta en un agujero realizado, el segundo es auto-aburrido en el

suelo minimizando inconvenientes que pueda presentar el sol a el ensayo y por ultimo este

presiómetro la sonda tiene forma cónica y es empujado sobre el suelo de la base del pozo.

Imagen 5. Proceso grafico ensayo PMT

Fuente: http://www.webforum.com/tc16/web/page.aspx?refid=30






16

2.3 Identificación de Suelos

Existe una variedad de suelos muy amplia por lo que fue necesario buscar la forma de

clasificarlos, las primeras clasificaciones de suelo estaban basadas en las características de los

suelos, aquellas características que son organolépticas como el color, olor, textura, sabor, tamaño

entre otras. Con el paso del tiempo se ve la necesidad de usar otros métodos un poco más

precisos, así nacieron los sistemas basados en las características granulométricas del suelo; con

este método se hizo una clasificación general de los suelos en grava, arenas, limos y arcillas,

clasificación que aún se relaciona únicamente con el tamaño de las partículas que constituyen

cada suelo. Según información proporcionada por el laboratorista de la Universidad la Gran

Colombia, Marcos, cuando se usa este método podemos identificar si el suelo es arena, fino o

grueso teniendo en cuenta cumplir con lo siguiente; todo lo que sea retenido por el tamiz Nº 4

será llamado agregado grueso, el material que sea retenido entre los tamices Nº 4 y Tamiz 200 se

clasificara como arenas y todo lo que pase el Tamiz 200 serán suelos finos como turbas, suelos y

cenizas volcánicas, arcillas, limos, materiales orgánicos, etc.

Por otro lado tenemos el sistema unificado de clasificación de suelos basado en la

determinación de la granulometría del suelo y los límites de Atterberg, el cual se divide en

sistema AASHTO usado en vías y el Sistema unificado de clasificación de suelos USCS usado en

cimentación, al ser tantas las propiedades y variedades de suelos existentes se crean estas dos

clasificaciones las cuales agrupan los suelos con características semejantes, también excluyen los

suelos que no estén orientados al campo de la ingeniería.






17

Sistema AASHTO para este método de clasificación se deben obtener el límite líquido,

índice de plasticidad y material que pasa por el Tamiz Nº 10, 40 y 200; aquí se clasifican en 8

grupos los cuales se identifican por la letra A seguida del número 1 al 7 si son suelos inorgánicos

y seguida del número 8 si es un suelo orgánico; la clasificación de A1 a A3 son suelos granulares

y los que se encuentran de A4 a A7 son suelos finos.

.

Por otro lado tenemos el sistema de clasificación unificada de suelos (SUCS) tiene como

objetivo permitir la clasificación del suelo en el terreno agrupado según su comportamiento como

material de ingeniería teniendo como base su granulometría y plasticidad. Se usan letras para

hacer la identificación G-Grava, S-Arena, M-Limo, W-Bien gradada, P-Pobremente gradada, C-

Arcilla, O-Limos y arcillas orgánicas, L- Baja y media plasticidad, H-Alta plasticidad y Pt-

Turbas o fangos.






18

3 Corte directo

El corte directo es un ensayo el cual se basa en el deslizamiento de una porción de suelo

de una muestra en un plano determinado, para esto se aplica una fuerza horizontal, este corte o

deslizamiento puede ser sencillo o doble. Este en un ensayo muy bueno puesto que se puede

realziar a cualquier tipo de suelo y sin importar si son muestras inalteradas o remoldeadas.

Al aplicar esta fuerza cuando se genera el desplazamiento en la muestra es su esqueleto

estructural el que opone resistencia a la deformación, esta resistencia se constituye

principalmente por dos aspectos, el primero es la resistencia friccionante y el segundo es la

resistencia cohesiva.

Los suelos pueden ser clasificados como cohesivos y no cohesivos, los primeros se

pueden conocer también como suelos arcillosos y su principal característica es la atracción que

presentan sus partículas entre sí, por otra parte el no cohesivo son también llamados granulares en

estos no se presenta esa atracción de la que se hablaba.

Una vez realizada una construcción, la estructura que se apoya sobre el suelo transmite

una carga o esfuerzo a el suelo, esto produce deformaciones las cuales pueden presentarse de tres

maneras, la primera es por deformación elástica de las partículas, la segunda es un cambio o

disminución de volumen ya que por la carga se sale el agua o líquido que se encuentre en los

espacios existentes en el suelo y finalmente por el deslizamiento de las partículas.

Según su orden estas tres maneras son despreciable, fenómeno de consolidación y fallas

de tipo catastrófico respectivamente. Para evitar los eventos catastróficos es necesario hacer un






19

análisis de la estabilidad y para esto es de vital importancia conocer la resistencia al corte del

suelo.

El corte directo se ha basado por más de 200 años en el trabajo de Mohr Coulomb el cual

tenía el nombre de criterio de falla o teorías de falla, siendo este el limite al que puede llegar el

material, hasta donde se puede cargar el suelo antes de la falla.

3.1 Criterio de falla

Este criterio es usado con el fin de determinar esfuerzos estáticos en suelos, los esfuerzos

elásticos permiten dar aproximaciones a diferentes materiales para así poder realizar el diseño

pertinente.

Para Mohr Coulomb este criterio de falla describe la respuesta de materiales quebradizos,

este criterio viene representado por los círculos de Mohr el cual esta representado por la

envolvente lineal de este donde se produce la rotura.

El circulo de Mohr es una técnica usada para representar gráficamente las relaciones

entre el estrés normal cortante y la estimación de los esfuerzos máximos.

Para graficar el círculo de Mohr se debe haber calculado con anterioridad la tensión

normal y la tensión tangencial.






20

Los componentes del círculo de Mohr son los esfuerzos principales, cohesión, ángulo de

fricción.

Imagen 6. Grafico típico el círculo de Mohr. (Bowles J., 1982)

Fuente:

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/compresion_no_confinada.pd

f

3.1.1Christian Otto Mohr

Imagen 7. Christian Otto Mohr

Fuente.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Christian_Otto_Mohr.jpg

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/compresion_no_confinada.pdf

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/compresion_no_confinada.pdf

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Christian_Otto_Mohr.jpg






21

Ingeniero civil Alemán, nació el 8 de octubre de 1835 y falleció el 2 de octubre de 1918,

estudio en la Escuela Politécnica de Hanover. Sus inicios laborales fueron el diseño de las vías

del ferrocarril para los estados de Hanóver y Oldenburg, diseñando algunos puentes famosos y las

primeras estructuras con armadura de acero.

En 1874 formalizo la idea de las estructuras estáticamente indeterminadas, también

desarrollo el método para representar gráficamente tensiones en tres dimensiones, en 1882

desarrollo el método del circulo de Mohr el cual consiste en analizar tensiones en dos

dimensiones, esta nuevo método lo uso para una nueva teoría de resistencia de materiales basada

en el esfuerzo cortante, por último se pueden mencionar otros dos diagramas para la

representación del desplazamiento de armaduras y el análisis de estructura estáticamente

indeterminadas, se retiró de la ingeniería en 1900.

4 Consolidación

Es un proceso que se realiza a los suelos en donde por medio de una carga externa el

suelo tiende a perder su volumen original dependiendo la condición de este si se encuentra

saturado, parcialmente saturado

A la medida que se le van colocando los esfuerzos al suelo este tiende a deformarse o a

perder su volumen proporcionalmente a la carga aplicada, la rapidez de deformación depende

básicamente de la condición en la que se encuentre el suelo.

Una de las condiciones del suelo es saturado en donde la carga actúa como una pesa que

incrementa la presión de poros, que quiere decir esto, que a medida que se va aumentando los






22

esfuerzos, como el suelo está saturado, el agua no opone resistencia al esfuerzo cortante y lo que

hace es fluir debido a la carga, este líquido al fluir hacia otro sitio hace que disminuya la relación

de vacíos y que el suelo empiece a perder volumen debido al esfuerzo.

la velocidad con la que el líquido se desplace dentro del suelo depende principalmente del

coeficiente permeabilidad, que es otro factor que influye en el tipo de consolidación

Para un caso donde el suelo está parcialmente saturado la situación cambia ya que nos

encontramos con la presencia de aire y/o gases en donde por no estar totalmente saturado el suelo

, este tendrá la libertad de compresión si que se realice un flujo de aguay sería más difícil saber

cuál fue el volumen desplazado mientras que cuando el suelo se encuentra saturado podemos

medir con dela diferencia de agua, es decir, el agua que se desplazó debido la carga es igual al

volumen que se perdió en el suelo.

Hay que tener en cuenta que a medida que el suelo sufre un esfuerzo este cambia su

volumen y por ende su relación de vacíos disminuye y produce mayor asentamiento, esto es

bueno porque hay más cohesión en el suelo y debido a que estamos trabajando con una

compresión unidimensional, es decir en sentido vertical las partículas de suelo se desplazaran

vertical mas no horizontalmente, en teoría hablando.

A medida que el suelo se va consolidando, la presión intersticial es proporcional a la

carga aplicada, entre más carga, mas es la presión intersticial y su esfuerzo efectivo aumenta, que

quiere decir esto, que la resistencia del suelo también va aumentando debido a la consolidación

de este

En todos los suelos la consolidación no es igual debido a las condiciones diferenciales

que tienen cada uno de estos por ejemplo en un suelo granular debido a su condición de






23

permeabilidad alta, cuando es aplicada la carga, los asentamientos se producen casi instantáneos

y los flujos de agua son rápidos en comparación con los suelos finos arcillosos en donde presenta

un coeficiente de permeabilidad bajo y es por eso que el flujo del líquido es lento , en

consecuencia a esto los esfuerzos aplicados no producen un asentamiento rápido, todo lo

contrario este asentamiento puede durar años después de colocada la carga debido a que la

disipación de la energía es baja por su condición.

4.1 Coeficiente o módulo de Poisson

Es una constante elástica la cual brinda una medida de estrechamiento del material

elástico al ser estirado longitudinalmente y las direcciones perpendiculares al estiramiento se

adelgazan. Su nombre viene dado por el físico Simeon Poisson.






24

4.1.1Siméon Poisson

Imagen 8. Siméon Denis Poisson

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Sim%C3%A9on_Denis_Poisson

Siméon Denis Poisson nació y murió en Francia, el 21 de junio de 1781 al 25 de abril

de1840, físico y matemático conocido por sus trabajos en la electricidad y en geometría general.

El trabajo más importante escrito por el fueron unos escritos acerca de las integrales

definidas y a la edad de 18 años escribió una memoria de diferencias finitas.

Fue docente en la escuela Politécnica de 1802 a 1808, en 1809 fue profesor de la Facultad

de ciencias dictando matemática pura.

Durante toda su vida fue reconocido por sus trabajos matemáticos, los cuales están entre

300 a 400 trabajos en los cuales se incluían aplicaciones a la electricidad, el magnetismo y la

astronomía.






25

4.2 Ley de Hooke

Esta ley fue formulada originalmente para casos de estiramiento longitudinal, diciendo

que el alargamiento que presenta un material elástico es proporcional a la fuerza aplicada en él.

Esta ley puede ser aplicada en materiales elásticos hasta un límite denominado limite

elástico.

Su nombre viene del científico Robert Hoooke famoso y reconocido físico británico.

4.2.1 Robert Hooke

Imagen 9. Robert Hooke

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Robert_Hooke#/media/File:13_Portrait_of_Robert_Hooke.JPG

Científico inglés nació el 18 de julio de 1635 y falleció a los 67 años el 3 de mayo de

1703. Dentro de sus hitos como científico se encuentra la participación en la creación de la






26

primera sociedad científica de la historia, la Royal Society de Londres, fue director de

experimentación de esta sociedad desde 1662.

5 Definición de parámetros

5.1 Consolidación

Para este ensayo es necesario tener presente los equipos que se deben usar sus

características y especificaciones, de esa forma se disminuirán algunos errores.

Dispositivos de carga es el equipo el cual sirve para aplicar la carga vertical a la muestra

por medio de una palanca la cual trabaja a relación, este equipo debe tener la capacidad de

mantener las cargas por tiempo prolongados con especificación de 0.5% , consolidómetro es un

tipo de molde o recipiente el cual tiene como objetivo principal mantener la muestra dentro de un

anillo, este puede ir fijado a la base o puede ser flotante no tiene ninguna incidencia, el anillo del

consolidómetro deberá tener como mínimo un radio de 5cm y una altura de 5mm, el material de

elaboración debe ser no corrosivo, piedras porosas deben ir ubicados en la parte superior e

inferior de las caras de la muestra, la porosidad de estas piedras debe ser muy fina ya que la idea

es evitar la filtración del suelo por estas, almacenamiento este es de suma importancia ya que esta

busca evitar cambios en las propiedades del suelo, así que el almacenamiento busca conservar la

humedad inicial de la muestra, temperatura esta puede variar 4ºC y la muestra no deber tener

contacto con la luz del sol, cortador cilíndrico sirve para tallar y limpiar la muestra hasta el

diámetro interno del anillo, balanza debe tener una aproximación de 0.1g, horno debe mantener






27

una temperatura uniforme de 110ºC 5ºC, deformimetro debe tener una sensibilidad de

0.0025mm, equipo misceláneo todo aquello como espátulas, navajas, cierras de alambres y otras

y recipientes los cuales deben cumplir con la norma donde dice que debe ser resistente al cambio

rápido de temperatura.

5.2 Corte directo

Equipo de corte directo este deberá sostener la muestra entre dos piedras porosas a la cual

se le va a aplicar una fuerza en la cara para determinar los cambios en el espesor de la muestra,

caja de corte esta puede ser redonda o cuadrada pero debe ser de bronce, acero inoxidable o

aluminio debe contener los aditamentos necesarios para el drenaje en la parte de arriba y la de

abajo esta caja tiene que estar dividida por un plano horizontal que la divide en partes iguales la

cual debe tener tornillos de alineación o bloqueo, piedras porosas deben estar compuestas por un

metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias que puedan estar presentes en el suelo,

dispositivos de carga se tienen los de aplicación de la fuerza normal y aplicación de la fuerza de

corte los dos deben estar calibrados y poseer la capacidad para aplicar cierta cantidad de fuerza,

dispositivos para medir fuerza al corte este puede ser un anillo calibrado una celda de carga con

precisión de 2.5 N, recipiente para caja de corte caja metálica la cual debe soportar la caja de

corte, cuarto húmedo su objetivo es evitar que la perdida de humedad de la muestra supere los

0.5%, anillos para el tallado de la muestra son unos moldes que se usan para el tallado de la

muestra con la intensión de dejarla de las dimensiones correspondientes a las dimensiones






28

internas de la caja, balanza debe contar con una sensibilidad de 0.1 g, medidores de

desplazamiento tienen que ser los adecuados ya que deben servir para medir el cambio de espesor

de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm, horno de secado debe tener una temperatura

constante de 110ºC 5ºC y equipo misceláneo.

6 Valores típicos

6.1 Corte Directo

Imagen 10. Curva típica esfuerzo VS deformación

Fuente: http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-

taludes/clase3/3_esfuerzo_y_resistencia_al_cortante.pdf

http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-taludes/clase3/3_esfuerzo_y_resistencia_al_cortante.pdf







29

Imagen 11. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal

Fuente:http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-

taludes/clase3/3_esfuerzo_y_resistencia_al_cortante.pdf

Imagen 12. Curva típica de Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal

Fuente:

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/03_clases_catedra/clases_catedra_ms1/06_resistencia_al_corte.p

df



http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/03_clases_catedra/clases_catedra_ms1/06_resistencia_al_corte.pdf

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/03_clases_catedra/clases_catedra_ms1/06_resistencia_al_corte.pdf






30

Tabla 1. Valores Típicos De Angulo Fricción y Cohesión

Tipos de suelos Ángulos de fricción interna

de grados

Cohesión C

Granulares o no cohesivos Arena suelta 30

Arena de compacidad media 32,5

Arena densa 35

Grava 35

Grava arenosa heterogénea 35

Bloques de piedra escollera

(sin presencia de arena)

35

Suelos cohesivos Arcilla semidura 15 0,25

Arcillas firmes 16 0,1

Arcillas blandas 17 0

Arcilla arenosa firme 22,5 0,05

Arcilla arenosa blanda 23,5 0

Limos firme 24,5 0,02

Limo blando 25,5 0

Arcilla orgánica, limo y

cieno, no fibroso

10 0

Turba 15 0

Nota: Recuperado de http://www.monografias.com/trabajos100/explotacion-eficiente-maquinarias-

construccion/image051.jpg

http://www.monografias.com/trabajos100/explotacion-eficiente-maquinarias-construccion/image051.jpg

http://www.monografias.com/trabajos100/explotacion-eficiente-maquinarias-construccion/image051.jpg






31

Imagen 13. Curva típica de Desplazamiento Vertical Vs Desplazamiento Horizontal

Fuente: https://lh6.googleusercontent.com/-LY-vn6tZCcc/TWlpZdQ_z1I/AAAAAAAABXg/RLUbXDjWZjQ/s1600/5.gif

6.2 Consolidación

Tabla 2. Rango de valores típicos de permeabilidad (M. Das 2006)

Permeabilidad relativa Permeabilidad K (cm/s) Formación típica

Muy permeable Mayor que 10-1

Grava media a gruesa

Permeabilidad media 10-1

a 10-2

Arena gruesa a fina

Baja permebilidad 10-1

a 10-5

Arena fina, arena limosa

Muy baja permeabilidad 10-4

a 10-6

Limo, limo arcilloso, arcilla limosa

Impermeable Menos que a 10-7

Arcillas

Nota: Recupera de http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/7194/1/tesis374.pdf

http://repository.javeriana.edu.co/bitstream/10554/7194/1/tesis374.pdf






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Tabla 3. Valores De Límites De Atterberg Para Tipos De Suelos

Tipo de suelo %LL %IP %IP

Arenas - No plástico No plástico

Limo 30 - 40 20 - 25 10 – 15

Arcilla 40 - 150 25 - 50 15 - 100

Nota: Recuperado de http://190.25.234.130:8080/jspui/bitstream/11227/248/1/Evaluaci

Imagen 14. Grado de consolidación medido en factor de tiempo

Nota: Recuperado de

http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProfesores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%20SUELOS%20.p

df






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Imagen 15. Grafica de relación de vacios vs esfuerzo efectivo

Fuente:

http://albatros.uis.edu.co/eisi/ArchivosProfesores/U9186/CONSOLIDACION%20DE%20SUELOS%20.p

df

Imagen 16. Simulación de la consolidación por medio DEL émbolo relleno de agua y sin salida

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos

http://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos






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7 Edición y solución del ensayo

7.1 Corte directo

Lo primero que se realiza es calcular la fuerza normal inicial para cada una de las

muestras.

( ) ( ) ( )

Lo siguiente es hallar el área corregida de la muestra pero se debe tener el desplazamiento

horizontal en cada de las lecturas.

( )

( )

Ahora se halla la fuerza cortante y el esfuerzo cortante de cada una de las lecturas para

cada muestra.

= 0.2648 𝐾

= ( )

=

Seguido se calcula el desplazamiento vertical en cada de las lecturas para cada muestra.






35

.𝑉 =( 𝑉 − 𝑉 1 ) 0.001 2.54

𝑆 𝑀 0.001 𝑦 2.54 𝑣 𝑃 .

Se prosigue hallar el esfuerzo normal para cada una de las lecturas de las todas las

muestras.

𝑁 = 𝑁 𝐼

Ahora se calcula la deformación Unitaria Horizontal y Vertical para cada lectura.

. 𝑈 = ( . − . 1)

𝑈 𝑉 = ( .𝑉 − .𝑉 1)

Para finalizar se realizan las gráficas correspondientes para los datos obtenidos en cada

una de las muestras.

De la Grafica Esfuerzo Cortante vs Esfuerzo Normal donde se toma los valores de

esfuerzo cortante máximo y su respectivo valor de esfuerzo cortante normal de cada muestra, se

obtiene la pendiente de la recta tangente con la que se calcula el Angulo de fricción y la cohesión

de la muestras.






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Tabla 4. Datos calculados Esfuerzo cortante VS Esfuerzo normal

Muestra Esfuerzo normal Máximo Esfuerzo Cortante Máximo

1 1.143 0,715

2 2.319 0.996

3 4.103 1.815

Nota: Fuente propia

Ecuación Obtenida

y = 0.3789x + 0.2201

R² = 0.9755

7.2 Consolidación

Para comenzar el desarrollo del ensayo lo primero que se hizo fue hacer las gráficas por

Taylor y por Casa grande, por ambos métodos se graficó en las ordenadas la deformación y por el

método de Taylor en las abscisas se graficaron los diferentes tiempos en escala logarítmica,

mientras que por casa grande se graficó la raíz del tiempo en el eje de las abscisas.

Por el método de Taylor el procedimiento realizado con el grafico fue, trazar primero una

línea ceñida a la curva en su mayor amplitud, posteriormente se hizo otra línea ceñida a la parte

final del gráfico, el cual se intersecta con la primer línea, de ahí se sacan los valores de t100 y






37

d100, que sería el tiempo en el cual se logró el 100% de la consolidación y la deformación

máxima del material, seguidamente se toma 1 punto en la cima de la gráfica el cual llamare “A”,

será el punto de partida para encontrar los valores de t0 y d0, lo que se hizo teniendo el punto “A”

fue tomar el valor del tiempo en ese punto de la gráfica y multiplicarlo por 4, así se obtiene otro

punto en el esquema con el cual automáticamente se crea un delta con respecto a los

desplazamientos, dicho delta se le suma al punto inicial “A”, Así se obtienen los valores de t0 y

d0, ahora para hallar el d50 y t50 se procede usar la siguiente ecuación:

Ahora lo último que hace falta es encontrar Cv, el cual fue encontrado con la siguiente

ecuación:

𝑣

Para el método de Casa grande, como ya se había mencionado en las abscisas se debe

graficar la raíz cuadrada del tiempo, eso fue lo primero que se hizo, calcular las raíces de cada

uno de los valores en tiempo, en las ordenadas se graficaron los valores de deformación.

Posteriormente sobre la gráfica se traza una línea recta que marque un buena porción de la curva,

con esa grafica se obtiene un valor x en las abscisas el cual será multiplicado 1,5 veces para así

poder hacer una segunda línea, desde el inicio de la línea anterior hasta el valor resultado entre

x*1,5. De esta forma se obtiene el valor de t90, que es donde intersecan la gráfica y la segunda

línea, para el método de casa grande se necesita un valor estandarizado sacado de una gráfica






38

realizada por casa grande. En este caso se optó por tomar como valor de T90=0,8. Por último se

necesita hallar Cv, El cual fue encontrado con la siguiente ecuación:

𝑣

NOTA: Los cálculos y graficas de corte directo y consolidación se pueden apreciar en detalle en el Anexo

1 y 2.

8 Descripción de lo que se hizo

Primero se realizó el ensayo de consolidación, para este es necesario tener una muestra

tomada con un tubo shelby, esta muestra será cortada con un anillo o molde el cual tiene medidas

estándar se quitan los excesos lo cuales se colocaran en un recipiente aparte para poner en el

horno y calcular la humedad de la muestra posteriormente, seguido el anillo con la muestra será

colocado en un molde el cual tendrá una piedra porosa en la parte inferior de la muestra y en la

parte superior, y por último se coloca la tapa con tornillos.






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Imagen 17. Corte con molde.

Fuente Propia

Imagen 18. Desbaste y excesos de la muestra.

Fuente Propia






40

Imagen 19. Ingreso de muestra a el molde confinado.

Fuente Propia

Imagen 20.Tapado de molde con muestra.

Fuente Propia






41

Imagen 21. Molde listo con muerta para ser montado en el equipo.

Fuente Propia

Imagen 22. Montado de muestra en equipo.

Fuente Propia






42

Imagen 23. Colocación de agua y toma de medidas con deformimetro.

Fuente Propia

Una vez se tiene listo todo para el montaje se coloca el molde con la muestra tapada en el

equipo, a este se le debe colocar agua ya que el laboratorio se demora y se debe mantener la

humedad de la muestra. El equipo cuenta con una palanca que aumenta la carga según donde se

coloque esta, para nuestro caso se usó una palanca con relación 1:10, se hacen los cálculos

pertinentes para saber la masa que se debe colocar en la palanca y se desbloquea la misma, se

inicia la toma de datos teniendo en cuenta que se hace con la ayuda de un cronometro cada cierto

tiempo, por medio del deformimetro se va verificando cada vez que se mantenga constante la

deformación y en este momento se aumentara la carga, se realizara el mismo procedimiento hasta

terminar el ensayo






43

El segundo ensayo que se realizo fue el ensayo de corte directo, para este ensayo se usa

una muestra circular o cuadrada, esta muestra debe ser colocada en un molde especial llamado

caja de corte el cual tiene piedra porosa arriba y bajo la muestra, él molde va a ser cargado con

una masa, al ser cargado este se desplazara, estos desplazamientos deben ser medidos

lateralmente con ayuda de un deformimetro, al iniciar se deben conocer las medidas de la muestra

y por ende su área.

Imagen 24. Equipo para ensayo de corte directo.

Fuente Propia






44

Imagen 25. Muestra en molde

Fuente Propia

Imagen 26. Molde con muestra tapada.

Fuente Propia






45

9 Discusión del error

Los errores principales en estos laboratorios son los humanos ya que casi todo lo que se

hace es por parte del laboratorista, los errores humanos se pueden ver desde una mala toma de la

muestra, error al tomar las medidas principales de esta, al igual cuando se deben tomar las

deformaciones cada cierto lapso de tiempo sobre todo en este paso es muy difícil la exactitud ya

que aunque el cronometro sirva a la perfección para nosotros no es tan fácil ser precisos, otro de

los errores que se puede ver es el de los equipos ya que estos si no están calibrados pueden hacer

variar el ensayo, por ejemplo el calibrador, la palanca donde se colocan las cargas o el

deformimetro.

Es claro que existen otros equipos más avanzados en los cuales solo es necesario al

laboratorista para preparar la muestra, colocarla en el equipo y programar el equipo, minimizando

de esta forma errores como los mencionados del cronometro o de las lecturas.






46

10 Comparación de datos típicos

10.1 Corte directo

De acuerdo a los datos típicos descritos anteriormente encontramos que nuestra muestra

analizada en el laboratorio presenta las siguientes características.

Respecto al diagrama esfuerzo cortante vs Deformación horizontal que se asemeja a la

curva típica propuesta en la literatura, se obtuvo el esfuerzo cortante máximo en cada una de las

muestras.

Tabla 5. Esfuerzo cortante máximo para las muestras

Muestra Esfuerzo Cortante Max

1 0.715

2 0.996

3 1.815

Nota: Fuente Propia

De acuerdo a los datos obtenidos en cada una de las muestras, se obtiene el diagrama

típico de Tao (Esfuerzo Cortante) Vs Esfuerzo Normal, hallando la pendiente de la recta tangente

de esta grafica se obtiene el ángulo de fricción y la cohesión que presenta este tipo de Suelo.

Respecto al tipo de rotura obtenida en las muestras se observa una “Rotura Local” debido

al tipo de curva que se forma en el diagrama Esfuerzo Cortante vs Deformación Horizontal.






47

Con el ángulo de Fricción y Cohesión alcanzada en este material se concluye que se

encuentra entre una arcilla Semidura y una arcilla media.

En relación a los parámetros obtenidos en el ensayo de corte directo entre los que se

encuentran esfuerzos, Desplazamientos, Deformaciones, Angulo de Fricción y cohesión. Se

infiere que este tipo de arcilla es de consistencia plástica y expansiva, lo cual presentaría

problemas de asentamiento si se quisiera realizar algún tipo de cimentación en este suelo.






48

11 Aplicaciones

El ensayo de corte directo se usa muy frecuentemente en cualquier tipo de construcción

como edificios, estabilidad de taludes, puentes vías y otros, ya que con la ayuda de este ensayo se

puede determinar las propiedades de resistencia de los materiales drenados y consolidados, en

esta prueba se miden desplazamientos en corte vertical y horizontal, con este ensayo se determina

la cohesión, ángulo de fricción ; con este ensayo como se mencionaba anteriormente se halla la

resistencia al corte siendo este un parámetro fundamental para determinar el diseño de la

cimentación principal.

El ensayo de consolidación por otro lado es de gran importancia en la ingeniería civil una

que para iniciar una obra se deben hacer estudios previos de las características y propiedades de

los suelos, con el ensayo de consolidación podemos prever los diferentes problemas a causa de

la consolidación, conocer el comportamiento de los suelos al imponer cargas verticales sobre

este, calcular la magnitud del asentamiento total, cargas de pre consolidación entre otras.

El ejemplo más claro es cuando se construye una estructura o un terraplén que gracias a

los datos obtenidos por el ensayo de consolidación se determinan los diferentes tipos de suelos,

utilizados para desarrollar un estimado de tiempo y de velocidad y la cantidad de asentamientos

totales, variación de volúmenes y diversos diferenciales, ya que son de gran importancia ya que

nos ayuda a determinar el tipo de cimentación a la hora de darse la ejecución de cualquier

proyecto.






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12 Recomendación y valoración

Lastimosamente este laboratorio se tuvo que hacer muy por encima, debido a la

intervención del docente el tiempo con el que se contó para cada ensayo fue menor a 15 minutos;

el laboratorista tiene completo manejo del tema pero con un tiempo tan corto para le explicación

es muy difícil poder resolver todas las dudas.

Aunque el tiempo fue muy corto el laboratorista explico a grandes rasgos lo más

importante de los ensayos, los cálculos que se deben realizar y como se deben realizar las gráficas

además de la interpretación de estas.

Consideramos que la intervención del docente es importante pero debería mejorarse el

manejo del tiempo ya que la demora perjudico el correcto desarrollo del laboratorio.






50

13 Bibliografía

Das, B. 1999, Brooks Cole. Fundamentos de Ingeniería Geotécnica.

Constructor Civil, 2010. Estabilización con cemento- mejoramiento del terreno. En:

http://www.elconstructorcivil.com/2013/02/estabilizacion-con-cemento-

mejoramiento.html

Wikipedia. 2013. Christian Otto Mohr. En: http://es.wikipedia.org/wiki/Christian_Otto_Mohr

Escuela de Ingeniería en Construcción. s.f. Ensayo de compresión no confinada (CNC). En:

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/compresion_n

o_confinada.pdf

Nina Santana, R. 2009. Prueba de compresión simple o inconfinada. En: http://es.slideshare.

net/rns238/prueba-de-compresion-simple-o-inconfinada-p-d-f

Barrera López, R. 2013. Ensayo de compresión simple. En: http://es.slideshare.net/roman

barreralopez/ensayo-decompresinsimple

Chambi, J. 2012. Informe ensayo de compresión simple. En: http://es.slideshare.net/JorgeVizney

ChambiMamani/30512569-informeensayodecompresionsimple

La Guía. 2012. Mecánica de suelos – compresibilidad- Ensayos de compresión. En: http://fisica.

laguia2000.com/dinamica-clasica/fuerzas/mecanica-de-suelos-compresibilidad-ensayos-

de-compresion

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