Ensayo de Corte Directo

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3

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Curso : Mecnica de Suelos II

Tema : Ensayo de Corte Directo

Profesor : Ing. Donayre Crdova Oscar

Alumno : Yarango Serrano Christian

Grupo y : 03 - 02

SubGrupo

Fecha : 27-05-2014



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El presente ensayo consiste en colocar un espcimen previamente tallado en

forma de un paraleleppedo en una caja de corte directo; aplicando un esfuerzo

normal determinado, drenando y humedeciendo al espcimen, consolidando el

espcimen bajo un esfuerzo normal, desplazando un marco horizontalmente

respecto del otro a una velocidad constante de deformacin y midiendo la fuerza

de corte y los desplazamientos horizontales a medida que la muestra es llevada a

la falla.

Para este ensayo mnimo se deben tallar 3 especmenes, cada uno a diferentes

esfuerzos, para determinar el efecto sobre la resistencia y desplazamiento y

propiedades resistentes.



3

La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de

suelo, sometida a deformaciones que simulen las que existen o existirn en terreno

producto de la aplicacin de una carga. Para conocer una de estas resistencias en

laboratorio se usa la mquina de corte, siendo el ms tpico un tallador de seccin

circular dividida horizontalmente en dos mitades; pero en este caso utilizamos un molde

cuadrangular para que la muestra tenga 6 cm de lado y 2 cm de altura. Dentro de ella se

coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga

vertical de confinamiento y luego una carga horizontal creciente que origina el

desplazamiento de la mitad mvil de la caja originando el corte de la muestra.

El ensayo induce la falla a travs de un plano determinado. Sobre este plano de falla

actan dos esfuerzos:

- un esfuerzo normal, aplicado externamente debido a la carga vertical.

-un esfuerzo cortante ( ), debido a la aplicacin de la carga horizontal.

Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el rea de la muestra o

de la caja de corte y deberan satisfacer la ecuacin de Coulomb:

= + ()



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Segn esta ecuacin la resistencia al corte depende de la cohesin y la friccin interna del

suelo.

Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos

valores es posible graficar la tensin de corte en funcin de la deformacin ( ) en

el plano de esta tensin de corte. De la grfica es posible tomar el punto mximo

de tensin de corte como la resistencia al corte del suelo.

Los valores de se llevan a un grfico en funcin del esfuerzo normal

obteniendo la recta intrnseca.

El ngulo que forma esta recta con el eje

horizontal es el ngulo y el intercepto con el eje, la cohesin.

Esta es una relacin emprica y se basa en la LEY DE FRICCIN DE AMONTON

para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusin de un trmino de

cohesin c para incluir la friccin propia del suelo arcilloso. En los materiales

granulares, c = 0 y por lo tanto:

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

Pero la ecuacin no condujo siempre a resultados

satisfactorios, hasta que TERZAGUI publica su expresin = + U con el

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

En las figura se ilustran las ecuaciones anteriores, con el diagrama del crculo de

Mohr.

= C + tan

= .tan(), SUELO GRANULAR

= C, SUELO COHESIVO PURO

= + ()



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Envolvente de falla

Los valores de residual obtenidos en cada ensayo se llevan a un grfico en funcin

del esfuerzo normal (n), obteniendo dos puntos que permiten trazar la recta que

representa la envolvente de falla del suelo, donde va como ordenada y n como

abscisa.

El ngulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ngulo y el intercepto

con el eje, la cohesin c.

Segn esta ecuacin (modelo de Coulomb) la resistencia al corte depende

de la cohesin (c) y la friccin interna del suelo ().

Los ensayos de corte directo en laboratorio se pueden clasificar en tres tipos

segn exista drenaje y/o consolidacin de la muestra, por lo tanto

los valores de cohesin dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de

la permeabilidad del suelo.

Ensayo no consolidado no drenado (UU); es un ensayo rpido, donde el

corte se inicia antes de consolidar la muestra.

Ensayo consolidado no drenado (CU)

Ensayo consolidado drenada (CD)

*. En todos los casos se dibuja los crculos de Morh para el esfuerzo en la falla, para determinar su

respectiva envolvente de falla. Este ensayo puede realizado en suelos inalterados, re moldeados o

compactados; sin embargo, hay una limitacin en el tamao mximo de las partculas presentes en

las muestras de suelo.



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Determinar experimentalmente los parmetros de resistencia (mxima y residual)

de una muestra representativa de suelo, ensayado al corte directo bajo

condiciones de consolidacin y drenaje.

- Consolidacin: proceso de reduccin de volumen de los suelos

finos cohesivos; solidez.

- Drenaje: extraccin de humedad excesiva de un suelo por

medios naturales o artificiales.



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MAQUINA DE

CORTE

Vc = 0.7 mm/min

ANILLO DE

CARGA

130 kg/mm

EXTENSMETRO



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SET DE

PESAS

BALANZA

HORNO

Marco y

Muestra

6 cm. (ancho)

2cm. (altura)



9

Se debe tallar un mnimo de tres especmenes, empleando un molde metlico con

las dimensiones de la celda de corte.

Cada espcimen se ensambla en la celda de corte, confinndolo entre piedras

porosas y bajo el pisn de carga.

PASO 1

PASO 2



10

Se transfiere el esfuerzo normal predeterminado y se registra la lectura de la

deformacin vertical inicial as como la puesta en 0 para deformacin horizontal,

paralelamente se inunda la celda con agua.

PASO 3



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Bajo el control de la deformacin horizontal y a velocidad constante se lleva

progresivamente a su falla por corte registrndole la deformacin vertical y la

fuerza horizontal (Lectura de Anillo) hasta llegar al 20% de la deformacin unitaria

horizontal.

Concluido la prueba se procede a retirar el espcimen de la celda de corte,

registrndose el peso hmedo final y el peso seco correspondiente.

PASO 4

PASO 5



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ENSAYO : CORTE DIRECTO

NORMA : ASTM D3080

INFORME : TERCER LABORATORIO

SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO

PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO

UBICACION : LONP-26 CUSCO

FECHA : 27/05/14

TIPO DE EXPLORACION : CALICATA

No DE EXPLORACION : NFP-28

No DE MUESTRA : M-1

PROFUNDIDAD DEL NIVEL FREATICO (m) : N.R.

PROFUNDIDAD DEL ESTRATO (m) : 1.00-2.00

VELOCIDAD DE ENSAYO (mm/min) : 0.70

ALTURA DE LA MUESTRA (cm) : 2.00

LADO DE LA MUESTRA (cm) : 6.00

ESTADO DE LA MUESTRA : Inalterada

CONDICION DE ENSAYO : Humedecida

ESFUERZO NORMAL (kg/cm) 0.75 1.50 3.00 0.00

CONDICIONES INICIALES

Contenido de Humedad (w) (%) 40.96 40.79 41.15 -

Peso Especfico (g) (gr/cc) 1.76 1.75 1.70 -

Peso Especfico Seco (gd) (gr/cc) 1.25 1.24 1.21 -

Grado de Saturacin (Gw ) (%) 94.12 93.07 89.22 -

ASENTAMIENTO DESPUES DE LA S/C (%) -2.675 -4.640 -3.725 0.000

CONDICIONES FINALES


PARAMETROS DE RESISTENCIA

ESFUERZO CORTANTE (kg/cm) 0.67 1.09 2.13 -

COHESION (c) (kg/cm) 0.23

ANGULO DE FRICCION (F) () 31.90



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NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1

PROFUNDIDAD DEL NIVEL FREATICO (m) : N.R.

PROFUNDIDAD DEL ESTRATO (m) : 1.00-2.00

VELOCIDAD DE ENSAYO (mm/min) : 0.70

ALTURA DE LA MUESTRA (cm) : 2.00

LADO DE LA MUESTRA (cm) : 6.00

ESTADO DE LA MUESTRA : Inalterada

CONDICION DE ENSAYO : Humedecida


CONDICIONES INICIALES


Peso Especf ico (g) (gr/cc) 1.76 1.75 1.70 -

Peso Especf ico Seco (gd) (gr/cc) 1.25 1.24 1.21 -

Grado de Saturacin (Gw ) (%) 94.12 93.07 89.22 -

ASENTAMIENTO DESPUES DE LA S/C (%) -2.675 -4.640 -3.725 0.000

CONDICIONES FINALES






PARAMETROS DE RESISTENCIA RESIDUAL






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NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1


Esfuerzo Cortante Deformacin Esfuerzo Deformacin Esfuerzo Deformacin Esfuerzo Deformacin Esfuerzo

Vs Horizontal Cortante Horizontal Cortante Horizontal Cortante Horizontal Cortante

Deformacin Horizontal (%) (kg/cm) (%) (kg/cm) (%) (kg/cm) (%) (kg/cm)

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 - -

0.05 0.03 0.05 0.05 0.05 0.06 - -

0.10 0.04 0.10 0.09 0.10 0.09 - -

0.20 0.06 0.20 0.20 0.20 0.23 - -

0.30 0.09 0.30 0.31 0.30 0.38 - -

0.40 0.11 0.40 0.39 0.40 0.54 - -

0.50 0.13 0.50 0.45 0.50 0.67 - -

0.75 0.15 0.75 0.56 0.75 0.97 - -

1.00 0.22 1.00 0.70 1.00 1.17 - -

1.25 0.28 1.25 0.83 1.25 1.36 - -

1.50 0.33 1.50 0.96 1.50 1.50 - -

1.75 0.38 1.75 1.05 1.75 1.62 - -

2.00 0.42 2.00 1.13 2.00 1.73 - -

2.50 0.48 2.50 1.23 2.50 1.91 - -

3.00 0.51 3.00 1.27 3.00 2.02 - -

3.50 0.54 3.50 1.28 3.50 2.07 - -

4.00 0.57 4.00 1.28 4.00 2.11 - -

4.50 0.61 4.50 1.28 4.50 2.13 - -

5.00 0.62 5.00 1.28 5.00 2.13 - -

6.00 0.65 6.00 1.28 6.00 2.13 - -

7.00 0.66 7.00 1.29 7.00 2.11 - -

8.00 0.67 8.00 1.29 8.00 2.12 - -

9.00 0.67 9.00 1.29 9.00 2.08 - -

10.00 0.67 10.00 1.29 10.00 2.03 - -

11.00 0.67 11.00 1.26 11.00 1.99 - -

12.00 0.67 12.00 1.24 12.00 1.96 - -

13.00 0.67 13.00 1.23 13.00 1.94 - -

14.00 0.67 14.00 1.21 14.00 1.92 - -

15.00 0.67 15.00 1.19 15.00 1.90 - -

16.00 0.67 16.00 1.17 16.00 1.86 - -

17.00 0.67 17.00 1.14 17.00 1.86 - -

18.00 0.67 18.00 1.12 18.00 1.83 - -

19.00 0.67 19.00 1.10 19.00 1.81 - -

20.00 0.67 20.00 1.09 20.00 1.81 - -



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NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1


Deformacin Vertical Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin

Vs Horizontal Vertical Horizontal Vertical Horizontal Vertical Horizontal Vertical

Deformacin Horizontal (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)

0.00 0.000 0.00 0.000 0.00 - - -

0.05 -0.025 0.05 -0.010 0.05 - - -

0.10 -0.040 0.10 -0.010 0.10 - - -

0.20 -0.050 0.20 -0.035 0.20 -0.005 - -

0.30 -0.075 0.30 -0.085 0.30 -0.010 - -

0.40 -0.100 0.40 -0.135 0.40 -0.015 - -

0.50 -0.125 0.50 -0.160 0.50 -0.175 - -

0.75 -0.150 0.75 -0.205 0.75 -0.210 - -

1.00 -0.200 1.00 -0.270 1.00 -0.250 - -

1.25 -0.250 1.25 -0.345 1.25 -0.300 - -

1.50 -0.300 1.50 -0.400 1.50 -0.340 - -

1.75 -0.305 1.75 -0.435 1.75 -0.380 - -

2.00 -0.305 2.00 -0.445 2.00 -0.410 - -

2.50 -0.305 2.50 -0.410 2.50 -0.450 - -

3.00 -0.285 3.00 -0.380 3.00 -0.545 - -

3.50 -0.250 3.50 -0.365 3.50 -0.625 - -

4.00 -0.155 4.00 -0.365 4.00 -0.700 - -

4.50 -0.055 4.50 -0.395 4.50 -0.795 - -

5.00 0.050 5.00 -0.410 5.00 -0.850 - -

6.00 0.255 6.00 -0.460 6.00 -1.005 - -

7.00 0.450 7.00 -0.510 7.00 -1.145 - -

8.00 0.650 8.00 -0.560 8.00 -1.245 - -

9.00 0.850 9.00 -0.600 9.00 -1.325 - -

10.00 0.900 10.00 -0.620 10.00 -1.440 - -

11.00 0.905 11.00 -0.655 11.00 -1.545 - -

12.00 0.890 12.00 -0.710 12.00 -1.650 - -

13.00 0.850 13.00 -0.765 13.00 -1.740 - -

14.00 0.775 14.00 -0.800 14.00 -1.800 - -

15.00 0.705 15.00 -0.815 15.00 -1.865 - -

16.00 0.640 16.00 -0.860 16.00 -1.905 - -

17.00 0.575 17.00 -0.900 17.00 -1.940 - -

18.00 0.500 18.00 -0.945 18.00 -1.955 - -

19.00 0.450 19.00 -1.000 19.00 -1.975 - -

20.00 0.445 20.00 -1.040 20.00 -1.985 - -



16


NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

Es

fue

rzo C

ort

ante

(K

g/c

m)

Deformacin Horizontal (%)

Esfuerzo Cortante Vs Deformacin Horizontal

0.75 kg/cm

1.50 kg/cm

3.00 kg/cm



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NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

De

form

aci

n V

ert

ical (

%)

Deformacin Horizontal (%)

Defomacin Vertical Vs Deformacin Horizontal

0.75 kg/cm

1.50 kg/cm

3.00 kg/cm



18


NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1



ANGULO DE FRICCION (F) ( ) 31.90

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

Es

fue

rzo C

ort

ante

(K

g/c

m)

Esfuerzo Normal (kg/cm)

Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal



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NORMA : ASTM D3080





FECHA : 27/05/14



No DE MUESTRA : M-1

PARAMETROS DE RESISTENCIA RESIDUAL


ANGULO DE FRICCION (F) ( ) 28.81

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Es

fue

rzo C

ort

ante

(kg

/cm

)

Esfuerzo Normal (kg/cm)

Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal



20

Los esfuerzos de corte y los dezplazamientos no se distribuyen

uniformemente dentro de la muestra.

Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia

al corte en una situacin de campo donde ha tenido lugar a una completa

consolidacin bajo esfuerzos normales actuantes.

La ruptura ocurre lentamente bajo condiciones drenadas, de tal

manera que los excesos de presin de poros quedan disipados.

En la grfica de deformacin medida que aumenta el esfuerzo sobre

la masa de suelo se incrementa dicha deformacin hasta alcanzar el

mximo valor de esfuerzo soportado por el suelo y a partir del cual la

deformacin comienza a presentar caractersticas constantes

evidenciadas en la grfica; con lo cual se sustenta que la curva se

comporta constante hacia abajo.



21

Los valores de los puntos mximos en las respectivas curvas de

esfuerzo cortante vs. Deformacin horizontal implican que al aplicar

una carga mucho mayor que la anterior la resistencia al esfuerzo

cortante aumentara proporcionalmente al aumentar la carga aplicada,

hasta el instante donde las cargas actuante se igualan a la resistencia

presentada por el suelo, es decir, se presenta una falla en la

configuracin estructural interna del suelo.

Con los esfuerzos cortantes mximos obtenidos en la respectiva

grafica de esfuerzo cortante vs deformacin horizontal, y al graficar

estos en funcin esfuerzo normal se obtuvo una envolvente de falla, la

cual no pasa por el origen de los ejes coordenados, lo que nos indica

que este suelo presenta cohesin.

Tambin podemos determinar los valores de los parmetros residual:

Se obtuvo una envolvente de falla residual, la cual no pasa por el

origen de coordenadas, esto nos indica que este suelo presenta

cohesin.

COHESIN (C) 0.23

ANGULO DE FRICCION () 31.90

COHESIN (C) 0.21

ANGULO DE FRICCION () 28.81



22

El ensayo de corte directo cumpli con los objetivos propuestos al

inicio de la prctica y se logr determinar la magnitud del ngulo de

friccin preexistente en el interior de la estructura en una muestra de

suelo.

El ensayo de corte directo es adecuado para la determinacin

relativamente rpida de las propiedades de resistencia de materiales

drenados y consolidados; debido a que las trayectorias de drenaje a

travs de las muestras son cortas y se permite que el exceso de

presin de poros sea disipado ms rpido que con otros ensayos

drenados.

La velocidad constante de 0.7 mm/min es correcta para el tipo de suelo?

Si es correcta.

La velocidad de ensayo es variable, depende de la granulometra y la

permeabilidad del suelo.

Permeabilidad - k Tipo de suelo Velocidad (mm/min)

A mayor k Suelo granular 1.2

A mayor k Suelo fino 0.5 a 0.7

A menor k Suelo mixto 0.9 a 1.2

La permeabilidad depende del drenaje, para suelos granulares la

velocidad es mayor.

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