MECNICA DE SUELOS

FACULTAD DE INGENIERA ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVILTRABAJO:INFORME DE LABORATORIO Corte DirectoGRUPO N 08CURSO:MECNICA DE SUELOSDOCENTE:INGENIERIA CIVIL

ING. CORONADO ZULOETA OMAR ALUMNO: ZEA FLORES EDGAR JHOMAR

SECCIN: C

CICLO ACADMICO: 2014-I

FECHA DE REALIZACIN DEL ENSAYO: MARTES 11 DE NOVIEMBRE DEL 2014 FECHA DE PRESENTACIN:

MARTES 25 DE NOVIEMBRE DEL 2014

ndiceIntroduccin03Objetivos04Corte Directo05Marco Terico051. Respuestas a los Ensayos de Corte07

2. Envolvente de Falla08

3. Ensayos de Laboratorio para Determinar los Parmetros de Resistencia al corte09

4. Ensayo de Corte Directo09Desarrollo del Ensayo 14Equipos 15 Pasos del Ensayo16Datos Obtenidos en Laboratorio19Conclusiones25Bibliografa26

IntroduccinCon la elaboracin de este informe, se describe el mtodo de ensayo para la determinacin de la resistencia al corte de una muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicacin de las cargas reales a las que estar sometido el suelo.

El ensayo induce la falla a travs de un plano determinado, sobre el que actan un esfuerzo normal aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicacin de la carga horizontal.

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las cuales podremos obtener la tensin de corte mediante un grfico, adems podremos obtener la cohesin y el ngulo de friccin interna del suelo.

OBJETIVOS

Determinar los parmetros de resistencia al corte de un suelo; por unidad de rea, el ngulo de friccin interna y la cohesin del suelo, c; mediante condiciones idealizadas que permiten la ocurrencia de una falla a travs de un plano de localizacin predeterminada.

CORTE DIRECTOMarco TericoCuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundacin. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:a. Por deformacin elstica de las partculas.B .Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuacin del lquido existente en los huecos entre las partculas.c. Por deslizamiento de las partculas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo. El primer caso es despreciable para la mayora de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la prctica. El segundo caso corresponde al fenmeno de la consolidacin. El tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastrficos y para evitarla se debe hacer un anlisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El anlisis 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 econmicamente factible de llevar a cabo.Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo.Por tanto el problema de la determinacin de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecnica de Suelos. En efecto, una valoracin correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de xito cualquier aplicacin de la Mecnica de Suelos al anlisis 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 ms sencillo de los casos que pueden presentarse en la prctica: aquel en que se prueba el material en estado seco.Este ensayo consiste bsicamente en someter una muestra de suelo de seccin cuadrada y 2.5 cm. de espesor, confinada lateralmente, dentro de una caja metlica, a una carga normal (s) y a un esfuerzo tangencial (), los cuales se aumentan gradualmente hasta hacer fallar a la muestra por un plano preestablecido por la forma misma de la caja (consta de dos secciones, una de las cuales es mvil y se desliza respecto a la otra, que es fija, produciendo el esfuerzo de corte). En el ensayo se determina cargas y deformaciones.El ensayo de corte directo "in situ" es uno de los ensayos "in situ" llevados a cabo para realizar el reconocimiento geotcnico de un terreno. Los ensayos de corte "in situ" obedecen a los mismos principios y metodologas que los de laboratorio. Su empleo ms tpico es la determinacin de la resistencia al corte de diaclasas o planos de debilidad de macizos rocosos.La interpretacin del ensayo es directa. Se miden desplazamientos en direccin horizontal y vertical. Se obtienen resultados sobre la deformabilidad de la diaclasa ensayada (mdulos normal, transversal y de dilatancia), as como su resistencia al corte. La razn de ensayar bloques de gran tamao suele ser el anlisis de la influencia de rugosidades de gran escala en la resistencia.En el caso de suelos o rocas blandas, puede ocurrir que la carga vertical est relativamente prxima al valor lmite de hundimiento. En estas circunstancias, la rotura no se produce por deslizamiento a lo largo del plano de la base, sino por fallo en la zona inferior, como una zapata con carga inclinada, y como tal debe interpretarse.

1. Respuestas a los Ensayos de CorteDesde un punto de vista de consistencia, los suelos pueden ser agrupados en dos tipos: los suelos que presentan cohesin y los que poseen muy poca o ninguna.Los suelos del Tipo I representarn a las: arenas sueltas, arcillas ligeramente sobreconsolidadas y normalmente consolidadas (OCR 2). En cambio los suelos del Tipo II representarn a las: arenas densas y arcillas sobreconsolidadas (OCR > 2) (Budhu, 2000). La Figura 6.15 muestra a dos elementos de suelo del tipo I y II que son ensayados a cortante puro en estado drenado, ambos estn sometidos a un esfuerzo normal z y de confinamiento x, que transmiten esfuerzos efectivos y de corte a las caras del elemento, el estado original del elemento de suelo se muestra en la Figura 6.15a. Si se mantienen constantes el esfuerzo normal y de confinamiento, el elemento de suelo se distorsionara deformndose horizontalmente una cantidad x ha medida que se aplica el cortante. Durante el ensayo los suelos del Tipo I se comprimen, mientras que los suelos del tipo II se expanden, ambos varan una cantidad z respecto a la altura inicial H0 como muestra la Figura 6.15b y c respectivamente. La distorsin del elemento es medida con la deformacin angular zx y la compresin o expansin con la deformacin unitaria vertical z.

La Figura 6.16 muestra la variacin del esfuerzo de corte respecto a la deformacin angular. Para los suelos del Tipo I, se observa un incremento gradual en el esfuerzo de corte con el aumento de la deformacin angular hasta un valor que tiende a mantenerse constante, a este valor se lo llamar esfuerzo de corte crtico (cr). En el caso de los suelos del Tipo II, el esfuerzo de corte crece rpidamente hasta alcanzar un valor pico que se lo llamara esfuerzo de corte pico (p), luego decrecer hasta un valor correspondiente al esfuerzo de corte crtico donde tender a mantenerse constante.

2. Envolvente de FallaSe denomina envolvente a una curva geomtrica formada de la coleccin de valores mximos del comportamiento que presenta un fenmeno en diversos estados y condiciones.Anlogamente la envolvente de falla en suelos, es la coleccin de los valores de corte mximos que producen falla en el sentido de que las partculas del suelo empiezan a deslizarse unas respecto de otras. En la Figura 6.22 se han ubicado los valores mximos del esfuerzo de corte (pico y crtico segn al Tipo de suelo) de los suelos ensayados en la Figura 6.19, en un sistema de esfuerzo de corte y esfuerzo efectivo normal.

3. Ensayos de Laboratorio para determinar los parmetros de resistencia al corteLos parmetros de resistencia al corte son determinados principalmente con datos obtenidos de ensayos realizados en laboratorio o en campo. En la tabla 6.2 se muestran diversos tipos de ensayos que son utilizados comnmente para determinar los parmetros de resistencia al corte de un suelo. Estos ensayos se clasifican segn a las condiciones de drenaje a la que se someten las muestras durante el ensayo, de lo cual se obtienen parmetros de resistencia efectivos o totales dependiendo el caso.

4. Ensayo de Corte DirectoEl ensayo del corte directo ASTM D3080 es bastante popular y utilizado para determinar rpidamente los parmetros de resistencia al corte del suelo, el aparato de corte utilizado para realizar este ensayo se muestra en la Figura 6.34. En este ensayo se miden directamente los esfuerzos normal y de corte en el plano de falla que origina el aparato, donde se obtendrn parmetros drenados ya que se permite el drenaje durante el ensayo.En la Figura 6.35 se muestra los accesorios del aparato de corte necesarios para realizar este ensayo, la caja de corte es un elemento metlico cuadrado de dimensiones 2 x 2 o 4 x 4 (Figura 6.35a), compuesto de dos piezas que se dividen en dos mitades horizontales donde es instalado el muestreador (Figura 6.35b), que es una pieza metlica que contiene la muestrade suelo, el extractor de muestra (Figura 6.35c) es un molde con las dimensiones del muestreador utilizado para extraer una forma rectangular de suelo, la placa de transferencia (Figura 6.35d) es una cubierta superior que se ubicada en la parte superior de la caja de corte y esta transmite un esfuerzo normal a la muestra de suelo, las piedras porosas (Figura 6.35e) que permiten la circulacin del agua son ubicadas por encima y por debajo de la muestra de suelo para evitar que esta se disgregue al estar en contacto con el agua.Para realizar el ensayo primero se corta un prisma rectangular de suelo de 60 x 60 x 20 mm (dependiendo a las dimensiones del muestreador) con el extractor de muestra, donde luego esta es colocado en el muestreador y este a su vez en la caja de corte con las piedras porosas colocadas por encima y por debajo, como se muestra en la Figura 6.38.

Luego se coloca la placa de transferencia de carga en la parte superior de la caja de corte, esta placa a su vez es conectada por el orificio superior a un mecanismo que transmite una carga vertical constante a la muestra de suelo, la caja de corte es instalada en una caja externa de mayor tamao que puede moverse horizontalmente (Figura 6.36) y esta es llenada con agua.Anillo de carga y deformmetro.La Figura 6.37 muestra el anillo de carga junto a un deformmetro instalado en su parte central, el primero es usado como un transductor donde la carga originada por el aparato de corte es transmitida a la muestra de suelo mediante ste y el segundo es un instrumento de precisin que mide el desplazamiento o la deformacin. Cada anillo de carga ha sido calibrado en fbrica de tal manera que se puede conocer la relacin fuerza-deformacin mediante un factor CR; de esta manera a partir de la deformacin del anillo medida con el deformmetro se puede determinar la fuerza que acta sobre ste.

Etapa de corte.Mediante un mecanismo compuesto de un suspensor esttico de pesas y una palanca se aplica la fuerza vertical F, luego se extraen los tornillos que mantienen unidas las dos mitades de la caja de corte, entonces la muestra de suelo es sometida al corte mediante la accin de una fuerza horizontal S aplicada a una velocidad constante, como se muestra en la Figura 6.38.En el sistema estn instalados tres deformmetros (Figura 6.34), dos de estos miden el desplazamiento horizontal y vertical de la muestra de suelo y el tercero mide la deformacin del anillo de carga durante el ensayo.

El esfuerzo normal efectivo ' que acta y el esfuerzo cortante que acta en el plano de falla desarrollado en la muestra de suelo ser:

La Figura 6.39 muestra la variacin del esfuerzo de corte respecto al desplazamiento horizontal, mientras que en la Figura 6.40 se muestra la variacin del desplazamiento vertical respecto al desplazamiento horizontal durante el ensayo.Dependiendo del tipo de suelo se presentar un valor del esfuerzo de corte pico y crtico, donde cualquiera de estos valores puede considerarse como el instante de falla del suelo. Se obtienen tres o ms valores del esfuerzo de corte haciendo variar en cada ensayo la fuerza vertical F, entonces puede graficarse la envolvente de falla correspondiente en el sistema - que se muestra en la Figura 6.41.El tener un plano fijo de corte puede ser una ventaja para determinar la resistencia al corte a lo largo de planos dbiles reconocidos en un perfil de suelo o planos originados por la interfase entre suelos. En este ensayo es posible mantener un esfuerzo normal constante en todo momento lo cual hace ms fcil ensayar en suelos compuestos de grava y arena. La ventaja del ensayo del corte directo es la rapidez del ensayo y la facilidad que tiene este de medir el cambio de volumen a lo largo del ensayo.

DESARROLLO DEL ENSAYO

1. Equipos:Aparato de cizalladura: instrumento diseado y construido para contener de manera segura la muestra entre dos bloques porosos de tal modo que no se aplique un torque a la muestra. El aparato de cizalladura debe estar en condiciones de aplicar un esfuerzo normal a las caras del especimen, medir el cambio de espesor del especimen, permitir el drenaje del agua a travs de los bloques porosos en las fronteras superior e inferior de la muestra y de sumergir la muestra en agua.

Caja de cizalladura: una caja de cizalladura, circular o cuadrada, hecha de acero inoxidable, bronce o aluminio, con dispositivos para el drenaje a travs de su parte superior e inferior. Esta caja debe estar dividida verticalmente por un plano horizontal en dos mitades de espesor igual que se ajustan con tornillos de alineacin. La caja de cizalladura est provista con tornillos de separacin, que controlan el espacio entre sus mitades superior e inferior.

Bloques permeables (piedras porosas): Los bloques permeables permiten el drenaje de la muestra de suelo a lo largo de los extremos superior e inferior de la muestra.

Dos balanzas: con 0.01 gr de precisin.Horno de secado con circulacin de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110+- 5 C.

1. PROCEDIMIENTO

Escogemos una muestra inalterada y mediante el mtodo de moldado.

Se molde cuidadosamente la muestra, tomadas de un bloque grande. Luego de esto se hizo uso de un cuchillo para tallar la muestra a la medida del anillo de bronce.

Ahora colocamos la muestra dentro de la caja de cizalladura, armando en orden que donde se colocaran la piedra caliza, y dems accesorios de la caja.

Luego calibramos la mquina de corte directo y retrocedemos la separacin y el agarre de los tornillos gua en la parte superior y ensamblar las dos partes.

Colocamos cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe ajustarse perfectamente en la caja y la llenamos de agua hasta cerca de 5 mm de la pared superior de la caja de corte. Colocamos el bloque o pistn de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P.

Colocamos el deformimetro de deformacin cortante, luego fijamos en cero el deformimetro.

Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformamiento de carga, desplazamiento de corte.

Conclusiones:

Se lograron cumplir los objetivos propuestos de manera correcta. El ensayo tambin es usado para dar la resistencia al corte para lo cual es necesario cortar la muestra de suelo a una velocidad lo suficientemente lenta para asegurar la disipacin inmediata del exceso de presin que se produce durante el corte. Se determin la cohesin =0.2823 Kg/m^2 y el ngulo interno = 15.76 permitiendo establecer la resistencia al corte del suelo. Se observ que a mayor fuerza mayor es la deformacin y en consecuencia el esfuerzo de corte.

Bibliografa

https://ENSAYO DE CORTE DIRECTO, disponible en: http://icc.ucv.cl:8080/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cortedirecto.pdf https://Tecnotest, ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS, disponible en: http://www.tecnotest.it/f/sp/Prods/mecanica-del-suelo/ensayo-de-corte-directo-en-suelos

3