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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Civil
LABORATORIO GEOTÉCNICO - CISMID
Ing. Daniel Basurto
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EQUIPO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS EN EL LABORATORIO
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES CISMID
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS
Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
INTRODUCCIÓN
El ensayo de corte directo es comúnmente usado ennuestro medio por los diferentes laboratorios geotécnicos,para determinar la resistencia cortante de los suelos.Estos ensayos son ejecutados siguiendo losprocedimientos descritos en la Norma ASTM D 3080.
¿Pero, que sucede si al analizar la zona deemplazamiento de una cimentación o al realizar el estudiode estabilidad de un talud, encontramos terrenosaluvionales y fluviales constituidos por materiales gruesoscomo bolones y gravas inmersos en una matriz mas finaque puede estar constituida por arenas, limos y arcillas,como parte de su granulometría representativa?.Generalmente en estos casos particulares se utilizanvalores asumidos o inferidos de los parámetros c y Φ quese referencian en los diversos textos o artículos técnicos.
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
OBJETIVO DE LA INVETIGACIÓN
Diseño, construcción e implementación del equipo de corte
de a gran escala de 0.60x0.60x0.60m, para la cuantificación
de los parámetros de resistencia cortante de los suelos
gravosos.
Formular especificaciones generales que se deben tener en
cuenta para realizar el ensayo de Corte Directo a Gran
Escala.
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
N
R
T
T
t2
t3
t4
t = c + .tan
t1
Esfuerzo
Cortante.
a b
Esfuerzo
Normal1 23
4
a) Esquema del equipo de ensayo b) Gráfico para obtener el ángulo de fricción .
ESQUEMA TÍPICO DEL ENSAYO DE CORTE
DIRECTO EN ARENAS
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LABORATORIO GEOTÉCNICO
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS
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ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”
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ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE
DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS
Gata Hidraúlica
Equipo de Extensión
Gata Hidraúlica para
Deformímetros
Celda de Carga
Celda de Carga
para Carga Axial
Fuerza Tangencial
Extensión de Apoyo
(Reacción)
Soporte
(Mesa Metálica)
Caja Metálica del Equipo
de Corte
Viga de Reacción
Adquisidor
Automático de Datos
ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALAFIGURA 1:
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ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE
DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS
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ESQUEMA DE CAJA DE CORTEESQUEMA DE LA CAJA DE CORTE
Muestra.
Reacción.
Dial para medir
desplazamiento de corte.
Dial para medir
desplazamiento vertical.
Carga vertical.
Aplicación
de la carga de corte.
Tornillo para fijar caja
metálica.
Rodillo intermedio de
presión.
Plancha de presión.
Plancha de Transmisión
axial.
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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA ESTACIÓN
EXPERIMENTAL
(Patio del Laboratorio Geotécnico CISMID)
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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA
ESTACIÓN EXPERIMENTAL
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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN
EXPERIMENTAL
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS
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CONSTRUCCIÓN DE CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
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TRASLADO DE LA CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
MESA METÁLICA
(SOPORTE)
CAJA DE CORTE
TECLE (CAP. = 1 TON)
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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
CAJA INFERIOR
(70X60X30 cm)
CAJA SUPERIOR
(60X60X30 cm)
DISPOSITIVOS DE
RODAMIENTO (diam.= 5mm )
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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
SOPORTE DE
REACCIÓN
DESFASE (10 cm)
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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
PLANCHA
METÁLICA SUP.
RODILLOS
(Diam. 11/2”)
PLANCHA
METALICA INF.
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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y
SOPORTE
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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
02 CELDAS DE CARGA Type CLU-50A
• Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd”
• Capacidad 50 tn
• Sensitivity ± 2,0 mV/V
01 ADQUISIDOR DE DATOS (Data Logger TDS – 301)
• Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd”
• Sensitivity ± 0.05% of readings
06 DEFORMÍMETROS
• Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd”
• Carrera Máxima 50 mm
• Sensibilidad ± 0.01 mm
02 GATAS HIDRAÚLICAS CON SUS RESPECTIVAS MANGUERAS E INYECTORES DE PRESIÓN.
• Marca “Riken Power”
• Capacidad 35 ton
01 BALANZA MECÁNICA
• Capacidad 160 kg
• Sensibilidad ± 200 gr
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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
BALANZA MECÁNICA
CAJA DE CORTE
ADQUISIDOR
DE DATOS
VIGA DE REACCIÓN
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
EQUIPOS Y DISPOSITIVOS
DEFORMÍMETROS
GATA HIDRAÚLICA
CELDA DE CARGA
INYECTOR DE
PRESIÓN
ADQUISIDOR
DE DATOS
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MATERIAL GRAVOSO
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REMOLDEO DEL MATERIAL
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REMOLDEO DE MATERIAL
PISON (25 kg.)
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REMOLDEO DE MATERIAL
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COLOCACIÓN DE CAPA DE ARENA
(Espersor = 1 cm)
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INSTALACIÓN DEL RODILLO Y
PLANCHAS DE ACERO
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INSTALACIÓN DE CARGAS VERTICAL
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INSTALACIÓN DE LA CARGA VERTICAL
VIGA DE REACCIÓN
CELDA DE CARGA
GATO HIDRAÚLICO
SOPORTE DE
EXTENSIÓN
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS
Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
INSTALACIÓN DE LA CARGA HORIZONTAL
CELDA DE CARGA
GATA HIDRAÚLICO
DISCOS DE ACERO
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INSTALACIÓN DE DEFORMÍMETROS
DEFORMÍMETROS
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN
ESCALA
CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN
ESCALA
ADQUISIDOR DE DATOS
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RESULTADOS
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GRAVAS DE LIMA
Material : GP
Diámetro Máximo: 4”
Densidad de
Remoldeo: 2.15 tn/m3
Humedad: 0.4 %
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GRAVAS DE LIMA
M - 1a
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 2 4 6 8 10 12 14Deformación Horizontal (%)
Esfu
erz
os d
e C
ort
e -
t(
kg
/cm
2)
0.50 kg/cm2
1.00 kg/cm2
2.00 kg/cm2
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GRAVAS DE LIMA
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Esfu
erz
o d
e C
ort
e -t(kg
/cm
2)
Esfuerzo Normal - N (kg/cm2)
M - 1a
Esfuerzos Máximos
Esfuerzos Residuales
RESULTADOSEsf. Máximos
= 41.9 º
c = 0.34 kg/cm2
Esf. Residuales
= 39.5 ºc = 0.10 kg/cm2
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GRAVAS DE LIMA
CORTE DIRECTO "IN SITU"
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Deformación horizontal (%)
Esf
ue
rzo
de
co
rte
(k
g/cm
²)
1.50 kg/cm².
0.50 kg/cm².
1.00 kg/cm².
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CUADRO COMPARATIVO
MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) DENSIDAD n t máx. c Ф
SUCS SECA (gr/cm3) (kg/cm
2) (kg/cm
2) (kg/cm
2) (°)
0,50 0,8
Laboratorio GP 0,00 2,15 1,00 1,24 0,34 41,9
2,00 2,15
0,50 1,18
Laboratorio GP 0,00 2,20 1,00 1,58 0,63 43,5
2,00 2,5
0,50 0,75
In situ GP - - 1,00 1,32 0,27 43,5
1,50 1,52
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
CANTERA - ENROCADO
Material: GW – GM
Diámetro Máximo: 4”
Densidad Seca de
Remoldeo: 1.97 tn/m3
Humedad: 2.5%
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ESFUERZO – DEFORMACIÓN
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ENVOLVENTE DE RESISTENCIA
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
DESMONTE DE MINA
Material: GC
Diámetro Máximo: 4”
Densidad Seca de
Remoldeo: 2.3 tn/m3
Humedad: 5.4%
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ESFUERZO – DEFORMACIÓN
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ENVOLVENTE DE RESISTENCIA
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
RESULTADOS OBTENIDOS
MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) DENSIDAD n t máx. c Ф
SUCS SECA (gr/cm3) (kg/cm
2) (kg/cm
2) (kg/cm
2) (°)
0.50 0.8
M-1a GP 0.00 2.15 1.00 1.24 0.34 41.9
2.00 2.15
0.50 1.18
M-1b GP 0.00 2.20 1.00 1.58 0.63 43.5
2.00 2.5
0.50 0.87
M-2 GW - GM 2.50 1.97 1.00 1.43 0.27 50.0
2.00 2.68
0.50 0.89
M-3 GC 5.40 2.30 1.00 1.15 0.30 42.0
2.00 2.08
0.50 0.56
M-4 GP-GM 1.60 1.98 1.00 1.1 0.13 43.0
2.00 1.98
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Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID
VALORES TÍPICOS
Suelto Medianamente denso Denso
Limo no plástico 26 a 30 28 a 32 30 a 34
Arena uniforme fina a media 26 a 30 30 a 34 32 a 36
Arena bien gradada 30 a 34 34 a 40 38 a 46
Mezclas de arena y grava 32 a 36 36 a 42 40 a 48
(*) Hough (1957) sugiere emplear los valores mas bajos de cada rango para los
suelos redondeados o para aquellos que poseen partículas débiles (micas,
esquistos), los más elevados para suelos con partículas angulosas y resistentes
Tipo de Suelo
Ängulo de rozamiento interno en función
de la densidad inicial (*)
CONCLUSIONES
El equipo de Corte Directo a Gran Escala construido en esta
investigación permite ensayar materiales de hasta 10 cm. de
diámetro. Se pueden realizar ensayos con materiales en
distintos estados de compactación, desde lo mas suelto hasta
las compactas.
El cálculo de los parámetros de resistencia cortante del
material gravoso mediante el ensayo de Corte Directo Gran
Escala, evitará estar analizando solamente la matriz del
material y extrapolando los parámetros obtenidos con los
equipos convencionales.
Japan- Perú Center for Earthquake Engineering Research and Disaster Mitigation -CISMID