lABORATORIO MECANICA DE SUELOS 2 CORTE DIRECTO EN SUELOS COHESIVOS

ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS COHESIVOS.1. NORMAS: ASTM D 3080 INV E 154 07 MTC E 123 20002. OBJETIVO:

Determinar los parmetros de resistencia del suelo (cohesin y ngulo de rozamiento interno)

3. MARCO TEORICO:

Ensayo de corte directo:

La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o 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 el aparato de corte directo, siendo el ms tpico una caja de seccin cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad mvil de la caja originando el corte de la muestra en la figura.

El ensayo induce la falla a travs de un plano determinado. Sobre este plano de falla actan dos esfuerzos:

Un esfuerzo normal (n), aplicado externamente debido a la carga vertical (Pv). Un esfuerzo cortante (), debido a la aplicacin de la carga horizontal.

Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el rea (A) de la muestra o de la caja de corte y deberan satisfacer la ecuacin de Coulomb: .

Segn esta ecuacin la resistencia al corte depende de la cohesin (c) 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 funcin de la deformacin corte como la resistencia al corte del suelo.

Los valores de () se llevan a un grfico en funcin del esfuerzo normal (n), obteniendo la recta intrnseca (figura 3.4.), 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

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 c y 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 bajo la carga normal (Pv); si el suelo es cohesivo y saturado, se desarrollar exceso de presin de poros. Generalmente la recta intrnseca en el diagrama de contra es horizontal, donde No se permite el drenaje de la muestra en todo el ensayo.

Ensayo consolidado no drenado (CU) en este ensayo se permite que la muestra drene o se consolide durante la aplicacin de la carga vertical, de modo que en el momento de aplicar el esfuerzo de corte las presiones intersticiales sean nulas, pero no durante la aplicacin del esfuerzo cortante. La tensin de corte es rpida para que la presin de poros no pueda disiparse en el transcurso del ensayo. Estos ensayos no se usan en suelos permeables y es necesario medir el movimiento vertical durante la consolidacin drenaje para saber cuando se ha producido por completo. Por lo tanto, la ecuacin de Coulomb se transforma e

Ensayo consolidado drenado (CD). La velocidad de corte es lenta, se permite el drenaje de la muestra durante todo el ensayo siendo las presiones intersticiales nulas durante la aplicacin del esfuerzo cortante , esto implica que:

Por otro lado, segn la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos de corte se pueden clasificar en dos tipos:

Ensayos de tensin controlada. Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones hasta llegar hasta la estabilizacin, luego se aumenta la fuerza horizontal y as sucesivamente, hasta que llega el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que hemos sobrepasado la carga de rotura.

Ensayos de deformacin controlada. La mitad mvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se van midiendo con un anillo dinamomtrico conectado en serie con la fuerza horizontal.

Angulo de rozamiento interno:

Es un valor que est en funcin de la friccin de las partculas del suelo; la friccin aumenta cuando sus granos son angulosos y el ngulo de rozamiento interno aumenta este ngulo tambin depende de la densidad del suelo, su humedad

Cohesin:

Mxima resistencia del suelo a la tensin. Esta resulta de la interaccin de factores tales como la adherencia de la superficie de las partculas, la tensin capilar de las partculas de agua, las condiciones de drenaje y los esfuerzos del suelo

En las arcillas, que tienen contacto entre las caras de sus partculas, se encuentra una cohesin real; en los suelos no plsticos de grano fino se puede dar una cohesin aparente cuando estn en condiciones de saturacin parcial.

La cohesin en un suelo variar segn su contenido de humedad, y se encuentra principalmente en los suelos finos (arcillas y limos), mientras que en los suelos granulares (arenas y gravas) esta propiedad prcticamente es nula.

4. EQUIPOS E INSUMOS:

CAJA DE SISALLAMIENTO VISTA FRONTAL

CAJA DE SISALLAMIENTO VISTA EN PLANTA

PARTES DE LA CAJA DE SISALLAMIENTO

GATA HIDRAULICA

TAMIZ # 30

ANILLO DE TALLAJE

EQUIPO DE CORTE DIRECTO

VERNIER

PROBETA DE AGUA

BANDEJA

EQUIPO DE PROCTOR

BALANZA

5. PROCEDIMIENTO: Se obtiene muestra pasante del tamiz #30 aproximadamente 8 a 10 kg Se halla el contenido de humedad y su densidad en la cual la muestra se encuentra en forma inalterada. Despus de pulverizar el suelo se halla el contenido de humedad de este y se calcula la cantidad de agua que se ha de agregar para obtener el contenido de humedad optimo as como tambin la densidad optima o natural. Este proceso se debera realizar tallando muestra inalterada pero por ser complejo es que se hace el proceso inverso. Se prepara la muestra con el agua ya amentada y se consolida o densifica con el equipo de Proctor estndar obteniendo de esto un testigo de muestra. De esta muestra se pasa a tallar con la ayuda de un anillo de tallaje, cooter , vaselina con las dimensiones de una pastilla que ingrese a la mquina de corte directo. Se procede a ensayar y se toman los datos para posteriormente realizar los clculos.6. MEMORIA DE CALCULO: DATOS TOMADOS EN LABORATORIO:d0124812

0000000

200.520106656219

40104254165137302

6020100113237225345

8040125152279297370

10060155184302350390

12090170201308382410

140113180245335399430

16070175275345404440

18060162280358406458

20040147272340404475

22015115225320406480

2401389172315394482

2601273142300382478

2801159122260368442

3001155107212356419

3201049102189340396

3401048101165321372

36094895142298346

38094794125283324

40094793112273314

42084791110265310

44084789105259306

4607.54785102254303

4807.54784101249299

50074783100245296

52078299242289

54078099239285

5607899237282

5807598233279

6007498231275

6207298230273

6407097228272

6606897225271

6806896223269

7006896220264

7206896218264

7406896216264

76067.596208259

780207259

800207259

820206

840206

860206

880206

DATOS DE PISTON Y FACTOR DE FUERZA

dimetro6.340cm

rea31.570cm2

Peso de pistn0.483kg

factor de fuerza0.300kg

PROCESAMIENTO DE DATOS:

CONVERSION DEL DESPLAZAMIENTO EN (mm) (cm) Y REA CAMBIANTE

desp (mm)des (cm)Diametro radsen()area

0.0006.341.5711.0000031.5696

0.200.026.341.5681.0000031.4428

0.400.046.341.5640.9999831.3160

0.600.066.341.5610.9999631.1892

0.800.086.341.5580.9999231.0624

1.000.16.341.5550.9998830.9356

1.200.126.341.5520.9998230.8088

1.400.146.341.5490.9997630.6820

1.600.166.341.5460.9996830.5553

1.800.186.341.5420.9996030.4285

2.000.26.341.5390.9995030.3018

2.200.226.341.5360.9994030.1750

2.400.246.341.5330.9992830.0483

2.600.266.341.5300.9991629.9216

2.800.286.341.5270.9990229.7949

3.000.36.341.5230.9988829.6683

3.200.326.341.5200.9987329.5416

3.400.346.341.5170.9985629.4150

3.600.366.341.5140.9983929.2884

3.800.386.341.5110.9982029.1618

4.000.46.341.5080.9980129.0352

4.200.426.341.5050.9978028.9087

4.400.446.341.5010.9975928.7822

4.600.466.341.4980.9973628.6557

4.800.486.341.4950.9971328.5293

5.000.56.341.4920.9968928.4028

5.200.526.341.4890.9966328.2765

5.400.546.341.4860.9963728.1501

5.600.566.341.4820.9960928.0238

5.800.586.341.4790.9958127.8975

6.000.66.341.4760.9955127.7712

6.200.626.341.4730.9952127.6450

6.400.646.341.4700.9948927.5189

6.600.666.341.4670.9945727.3927

6.800.686.341.4630.9942327.2666

7.000.76.341.4600.9938927.1406

7.200.726.341.4570.9935327.0146

7.400.746.341.4540.9931626.8886

7.600.766.341.4510.9927926.7627

7.800.786.341.4470.9924026.6369

8.000.86.341.4440.9920126.5110

8.200.826.341.4410.9916026.3853

8.400.846.341.4380.9911826.2596

8.600.866.341.4350.9907626.1339

8.800.886.341.4320.9903226.0083

CONVERSION DE FUERZA HORZONTAL des (mm)FUERZA HORIZONTAL PARA CADA CARGA

0.48310.48320.48340.48380.483120.48380.483120.483

0.000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

0.200.1506.0003.00019.80016.80065.7000.0000.000

0.403.00012.60016.20049.50041.10090.6000.0000.000

0.606.00030.00033.90071.10067.500103.5000.0000.000

0.8012.00037.50045.60083.70089.100111.0000.0000.000

1.0018.00046.50055.20090.600105.000117.0000.0000.000

1.2027.00051.00060.30092.400114.600123.0000.0000.000

1.4033.90054.00073.500100.500119.700129.0000.0000.000

1.6021.00052.50082.500103.500121.200132.0000.0000.000

1.8018.00048.60084.000107.400121.800137.4000.0000.000

2.0012.00044.10081.600102.000121.200142.5000.0000.000

2.204.50034.50067.50096.000121.800144.0000.0000.000

2.403.90026.70051.60094.500118.200144.6000.0000.000

2.603.60021.90042.60090.000114.600143.4000.0000.000

2.803.30017.70036.60078.000110.400132.6000.0000.000

3.003.30016.50032.10063.600106.800125.7000.0000.000

3.203.00014.70030.60056.700102.000118.8000.0000.000

3.403.00014.40030.30049.50096.300111.6000.0000.000

3.602.70014.40028.50042.60089.400103.8000.0000.000

3.802.70014.10028.20037.50084.90097.2000.0000.000

4.002.70014.10027.90033.60081.90094.2000.0000.000

4.202.40014.10027.30033.00079.50093.0000.0000.000

4.402.40014.10026.70031.50077.70091.8000.0000.000

4.602.25014.10025.50030.60076.20090.9000.0000.000

4.802.25014.10025.20030.30074.70089.7000.0000.000

5.002.10014.10024.90030.00073.50088.8000.0000.000

5.202.10024.60029.70072.60086.7000.000

5.402.10024.00029.70071.70085.500

5.6023.40029.70071.10084.600

5.8022.50029.40069.90083.700

6.0022.20029.40069.30082.500

6.2021.60029.40069.00081.900

6.4021.00029.10068.40081.600

6.6020.40029.10067.50081.300

6.8020.40028.80066.90080.700

7.0020.40028.80066.00079.200

7.2020.40028.80065.40079.200

7.4020.40028.80064.80079.200

7.6020.25028.80062.40077.700

7.8062.10077.700

8.0062.10077.700

8.2061.800

8.4061.800

8.6061.800

8.8061.800

YESFUERZO VERTICALcargapeso del pistonFuerza verticalarea (cm2) (kg/cm2)

00.4830.48331.5700.0153

100.48310.48331.5700.3321

200.48320.48331.5700.6488

400.48340.48331.5701.2823

800.48380.48331.5702.5494

1200.483120.48331.5703.8164

800.48380.48331.5702.5494

1200.483120.48331.5703.8164

ESFUERZOS CORTANTEdespla (mm)area (cm2)esfuerzo cortante para cada carga

0.483010.483020.483040.483080.4830120.483080.4830120.4830

0.0031.56955040.00000.00000.00000.00000.00000.0000

0.2031.44275060.00480.19080.09540.62970.53432.0895

0.4031.31595210.09580.40240.51731.58071.31242.8931

0.6031.18915610.19240.96191.08692.27962.16423.3185

0.8031.06236390.38631.20721.46802.69462.86843.5735

1.0030.93557670.58191.50311.78442.92873.39423.7821

1.2030.80879580.87641.65541.95722.99913.71973.9924

1.4030.68202261.10491.76002.39553.27553.90134.2044

1.6030.55525810.68731.71822.70003.38733.96664.3200

1.8030.42850370.59161.59722.76063.52964.00284.5155

2.0030.30176080.39601.45542.69293.36613.99984.7027

2.2030.17503040.14911.14332.23693.18144.03644.7722

2.4030.04831390.12980.88861.71723.14493.93374.8123

2.6029.92161260.12030.73191.42373.00793.83004.7925

2.8029.79492770.11080.59411.22842.61793.70534.4504

3.0029.66826040.11120.55611.08202.14373.59984.2369

3.2029.54161220.10160.49761.03581.91933.45284.0214

3.4029.41498410.10200.48951.03011.68283.27383.7940

3.6029.28837750.09220.49170.97311.45453.05243.5441

3.8029.16179370.09260.48350.96701.28592.91133.3331

4.0029.03523390.09300.48560.96091.15722.82073.2443

4.2028.90869930.08300.48770.94441.14152.75003.2170

4.4028.78219140.08340.48990.92771.09442.69963.1895

4.6028.65571120.07850.49200.88991.06782.65923.1721

4.8028.52926020.07890.49420.88331.06212.61843.1441

5.0028.40283950.07390.49640.87671.05622.58783.1264

5.2028.27645050.07430.87001.05032.56753.0662

5.4028.15009440.07460.85261.05512.54713.0373

5.6028.02377240.83501.05982.53713.0189

5.8027.8974860.80651.05392.50563.0003

6.0027.77123630.79941.05862.49542.9707

6.2027.64502460.78131.06352.49592.9626

6.4027.51885230.76311.05752.48562.9652

6.6027.39272050.74471.06232.46422.9679

6.8027.26663060.74821.05622.45352.9597

7.0027.14058380.75161.06112.43182.9181

7.2027.01458150.75511.06612.42092.9318

7.4026.88862490.75871.07112.40992.9455

7.6026.76271530.75661.07612.33162.9033

7.8026.6368542.33142.9170

8.0026.51104232.34242.9309

8.2026.38528142.3422

8.4026.25957282.3534

8.6026.13391762.3647

8.8026.00831722.3762

ESFUERZOS NORMALES Y ESFUERZOS CORTANTES MAXIMOS DE PICO

PICO

(kg/cm2) (kg/cm2)

0.015299551.1049

0.332060481.7600

0.64882142.7606

1.282343253.5296

2.549386954.0364

3.816430664.8123

Podemos observar:

ESFUERZOS NORMALES Y ESFUERZOS CORTANTES MAXIMOS RESIDUAL

residual

(kg/cm2) (kg/cm2)

0.015299550.0746

0.332060480.4964

0.64882140.7566

1.282343251.0761

2.549386952.3762

3.816430662.9309

Podemos observar:

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

PRIMERA CONCLUSION: El ngulo de rozamiento interno del suelo trabajando con el esfuerzo pico es de = 25.11 y su cohesin es C=0.8118kgf/cm2

SEGUNDA CONCLUSION: El ngulo de rozamiento interno del suelo trabajando con el esfuerzo residual es de = 27.80 y su cohesin es C=0.6021kgf/cm2

OCSA INCA, Luis Alonso pg. 11