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IVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL Dedico este trabajo a mis padres que siempre me incentivan para seguir MECANICA DE SUELOS II 1
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FACULTAD DE INGENIERÍAINGENIERÍA CIVIL
Dedico este trabajo a mis padres que
siempre me incentivan para seguir
preparándome y esforzando para lograr
mis metas y al ingeniero que nos da las
pautas para seguir investigando lo que
nos interesa saber del curso de tecnología
del concreto.
MECANICA DE SUELOS II 1
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INDICE
Introducción……………………………………………………………………………3
I. Corte Directo de Suelos………….………..………….……………….……..4
II. Principio de Ensayo de Corte.………………………..…………..…….…...5
A. Ecuación de Falla de Coulumb…………………….………..…………. 6
III. Ensayo De Corte Directo……………………………..………………...……7
Objetivo……………………………………………..………………...……7
Materiales Y Equipo ………………………………………………..……7
Procedimientos……………………………………..…………...………...9
Análisis De Resultados …………………………………………..……..12
Conclusiones……………………………………..…………...……………………..15
Bibliografía……………………………………………………………………..…….16
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INTRODUCIÓN
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 existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.
El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia
al esfuerzo cortante de una muestra, valor que entre otras cosas nos será
muy útil para el cálculo de la estabilidad de taludes.
La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes:
la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez
del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre
las partículas granulares.
El ensayo de corte directo se realiza sobre una muestra de suelo situada dentro
de una caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y la mitad
inferior.
Simultáneamente la muestra es sometida a una carga normal constante y a un
esfuerzo lateral que se va incrementando de forma progresiva.
Mientras realizamos el ensayo vamos tomando nota del esfuerzo aplicado y
el desplazamiento producido entre los dos bloques, datos que más
tarde proyectaremos en una gráfica a partir de la cual podremos obtener la resi
stencia al corte de esa muestra para la carga normal aplicada. Repetiremos el
ensayo un mínimo de dos veces con diferentes cargas normales, de forma que
proyectando los diferentes valores en una gráfica esfuerzo normal respecto
resistencia al corte podremos encontrar la envolvente de Morh del material, con
lo que ello implica cohesión y ángulo de rozamiento interno.
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I. CORTE DIRECTO DE SUELOS
El ensayo de corte directo "in situ" es uno de los ensayos "in situ" llevados a
cabo para realizar el reconocimiento geotécnico de un terreno.
Los ensayos de corte "in situ" obedecen a los mismos principios y
metodologías que los de laboratorio. Su empleo más típico es la
determinación de la resistencia al corte de diaclasas o planos de debilidad
de macizos rocosos.
Para ello, se talla un bloque de roca de las dimensiones requeridas, de
forma que el plano que se desea ensayar se sitúe en la base del bloque. El
tallado se hace a mano, de la forma más cuidadosa posible. A continuación,
se rodea el bloque con un marco metálico, y se rellena el hueco entre el
bloque y el marco con mortero (construcción). Una vez endurecido, se
aplica la carga normal mediante gatos hidráulicos. Posteriormente se aplica
la carga tangencial, también mediante gatos. Esta carga suele tener una
cierta inclinación para evitar momentos sobre la base del bloque que
impliquen distribuciones de tensiones no uniformes a lo largo del plano de
rotura. Son usuales bloques de dimensiones de 50 cm x 50 cm, si bien se
han realizado ensayos sobre áreas mayores. Al igual que en los ensayos de
placa de carga, es frecuente recurrir a la ubicación en galerías.
La interpretación del ensayo es directa. Se miden desplazamientos en
dirección horizontal y vertical. Se obtienen resultados sobre la
deformabilidad de la diaclasa ensayada (módulos normal, transversal), así
como su resistencia al corte. La razón de ensayar bloques de gran tamaño
suele ser el análisis de la influencia de rugosidades de gran escala en la
resistencia.
El emsayo de corte directo de suelos consiste en hacer deslizar una porción
de suelo respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado
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mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada,
mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.
II. PRINCIPIO DE DEL ENSAYO CORTE
Los aspectos del corte directo que nos interesa cubrir pueden dividirse en
cuanto a categorías:
a) Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es
prácticamente independiente del tiempo.
b) Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el
desplazamiento debe ser muy lento para permite el drenaje durante el
ensayo.
c) Resistencia al corte residual drenado para suelos tales como arcillas en
las que se refieren desplazamiento muy lento deformaciones muy
grandes.
d) Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenados
en que el corte es aplicado en forma rápida.
Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la
capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo
contra un muro de contención.
ECUACIÓN DE FALLA DE COULOMB
Coulomb observo que si el empuje de un suelo contra un muro produce un
desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de
deslizamiento. El postulo que la máxima resistencia al corte, τf, en el plano de
falla, está dada por:
t f = c + σ tg φ…..(1)
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Dónde:
σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.
φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena)
c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).
Esta es una relación empírica y se basa en la Ley de Fricción de A montón
para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término
de cohesión c para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los
materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:
τf = σ tg φ Suelo granular----------(2)
Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego:
τf = c Suelo cohesivo puro----------(3)
Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que
Terzagui publica su expresiónσ = σ’ + U con el principio de los esfuerzos
Efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:
τf = c ‘+ σ’ tg φ’--------------(4)
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III. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
OBJETIVOS
Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del
Suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.
Determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna.
EQUIPOS Y MATERIALES
Muestra de suelo inalterado.-La muestra fue obtenida del distrito de
San Jerónimo, específicamente de las ladrilleras “Latesa” a una
profundidad aproximada de 8.50
metros.
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Equipo de Corte.- Proporcionara medios para aplicar un esfuerzo
normal a las caras de la muestra. La máquina debe ser capaz de aplicar
una fuerza cortante a la muestra a lo largo de un plano de corte
predeterminado, cabe resaltar que para este ensayo de utilizo un
aparato tradicional.MECANICA DE SUELOS II
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Caja de Corte.-También llamada como caja de cizalladura está hecha
de acero inoxidable de forma cuadrada.
Molde.- Tiene una forma cuadrada de dimensiones: 4,9cm de longitud
del lado de la cara interna y 5cm de la cara externa.
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TAPA SUPERIOR
CAJA DE CORTE
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Deformímetro.- Nos proporciona los datos de deformación en 0.001pulg
que multiplicado por 25.4 nos da la deformación en milímetros.
Otros materiales.-Como son cuchillo, calculadora, cámara fotográfica.
PROCEDIMIENTOS
PARA SUELO COHESIVO
1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamaño y en lo
posible de la misma densidad, tomadas de una muestra de bloque
grande, o de una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante de
manera que el tamaño pueda ser controlado. Cualquier muestra con
un peso apreciablemente diferente de las otras muestras debe
descartarse y en su lugar moldear otra muestra.
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2. Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte
superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse
de que las piedras porosas están saturadas a menos que se vaya a
ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte
para calcular el área de la muestra.
3. Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La
muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca
de 5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o
pistón de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P.
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4. bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Tener
cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas
porque parte del material puede salir de la caja por la zona de
separación, utilizar en estos casos cargas verticales pequeñas.
5. Colocar el deformimetro de deformación cortante, fijar en cero el
deformimetro.
6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del
deformimetro de carga, desplazamiento de corte. Si el ensayo se hace a
deformación unitaria controlada tomar estas lecturas al desplazamientos
horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades del deformimetro de
desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del
orden de 0.5-2 mm/min.
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RESULTADOS
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
MUESTRA N°1 CARGA VERTICAL 12.738 KgDEFORMACION DEL DIAL (mm)
PESO QUE MARCA LA ROMANA (Kg)
ESFUERZO
CORTANTE (Kgcm2
)
0 0 0.000.127 1.0 0.040.254 2.0 0.080.381 3.8 0.160.508 4.3 0.180.635 5.8 0.240.762 6.1 0.250.889 7.5 0.311.016 8.0 0.331.143 8.7 0.361.27 11.0 0.46
1.397 14.0 0.581.524 21.8 0.911.651 29.5 1.231.778 36.8 1.531.905 40.0 1.672.032 43.8 1.822.159 45.9 1.91
MUESTRA N°2CARGA VERTICAL 23.888 Kg
DEFORMACION DEL DIAL (mm)
PESO QUE MARCA LA ROMANA (Kg)
ESFUERZO
CORTANTE (Kgcm2
)
0 0.0 0.00.127 4.0 0.20.254 6.0 0.20.381 8.5 0.40.508 10.0 0.40.635 12.0 0.50.762 13.8 0.60.889 16.0 0.71.016 18.3 0.81.143 20.0 0.8
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1.27 22.8 0.91.397 30.5 1.31.524 35.0 1.51.651 42.0 1.71.778 43.5 1.81.905 45.0 1.92.032 47.8 2.02.159 50.0 2.12.286 51.5 2.12.413 52.0 2.22.54 53.0 2.2
2.667 54.5 2.32.794 55.8 2.32.921 56.0 2.33.048 58.0 2.43.175 60.0 2.5
CARGA VERTICAL (kg)
ESFUERZO VERTICAL (Kg/cm2) ESFUERZO CORTANTE (Kg/cm2)
12.738 0.53 1.91
23.888 0.99 2.50
38.826 1.37 3.79
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MUESTRA N°3CARGA VERTICAL 32.826 KgDEFORMACION DEL DIAL (mm)
PESO QUE MARCA LA ROMANA (Kg)
ESFUERZO
CORTANTE (Kgcm2
)
0 0.0 0.00.127 15.8 0.70.254 18.0 0.70.381 21.0 0.90.508 23.0 1.00.635 25.0 1.00.762 26.3 1.10.889 28.3 1.21.016 29.3 1.21.143 30.0 1.21.27 32.5 1.4
1.397 44.0 1.81.524 60.0 2.51.651 72.3 3.01.778 76.0 3.21.905 86.0 3.62.032 91.0 3.8
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0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.600.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
f(x) = 2.20532796358158 x + 0.607185371002805R² = 0.925448781102307
GRAFICO τ vs σ
σ (Kg/cm2)
τ (Kg
/cm
2)
C=0.6072
��=
CONCLUSIONES
El ensayo también 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 disipación inmediata del exceso
de presión intersticial que se produce durante el corte.
Se determinó la Cohesión (0.6077) y el Ángulo de Rozamiento Interno,
permitiendo (65.608°) establecer la resistencia al corte del suelo.
Los resultados nos indican que el esfuerzo cortante es ligeramente
menor al del esfuerzo normal, y que su deformación al corte (la curva) es
de falla gradual o progresiva, teniendo una resistencia media al corte.
El ensayo se hizo en un suelo friccionante-cohesivo (arcilla)
Se tuvo problemas en la máquina de corte se recomienda utilizar los
elementos de seguridad.
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BIBLIOGRAFIAS
Manual de laboratorios de mecánica de suelos en ingeniería civil de Joseph E. Bowles.
IZQUIERDO SILVESTRE.FA. (2001): “Cuestiones de Geotecnia y
Cimientos”. Ed. UPN
http://es.slideshare.net/Carolina_Cruz/ensayo-de-consolidacion?related=1
http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/
ensayo_edometrico.pdf
JIMENEZ SALAS, J.A.: DE JUSTO ALPAÑES, SERRANO GANZALES, A.A. (1975): “Geotecnia Y Cimientos I Propiedades De Los Suelos Y De
Las Rocas.” Ed. Rueda.
https://es.wikipedia.org/wiki/Consolidaci%C3%B3n_de_suelos
https://www.youtube.com/watch?v=hD3owDOM3hg
Whitlow, R.; (1994): Fundamentos De Mecánica De Suelos.” Ed Cecsa.
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