MVS-03 Corte Directo ASTM D 3080

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL

FLNV- MVS-03

MANUAL VISUALIZADO VERSION 2

RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS

NOVIEMBRE 2003

FLNV -MVS-03

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL Fecha: 28/11/2003

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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS

NORMA A.S.T.M. D 3080 / N.L.T. 202 1 OBJETO El objeto de este ensayo es determinar los parmetros de resistencia a los

esfuerzos cortantes de un suelo como lo son el ngulo de friccin interna (FI) y la cohesin (c).

2 DURACIN El procedimiento rpido tiene una duracin de 3 das. 3 EQUIPO REQUERIDO Figura 1 Equipo de corte directo ? Maquina de corte, con anillo de carga

y control de velocidades. ? Caja de corte y anillo con sus piezas.

? Horno capaz de mantener una temperatura de 105 C 5 C.

? Balanza de 0.01 g. de apreciacin

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? Dos micrmetros de deformacin de

0.01 mm de apreciacin para medir las deformaciones (horizontal y vertical)

? Vernier ? Cronometro ? Cpsulas para determinar humedad ? Piedras porosas

4 INTRODUCCION

El Principio bsico de la determinacin de

la resistencia al esfuerzo cortante de los

suelos radica en producir un es tado de

esfuerzos lo mas sencillo posible.

Uno de los mtodos ms comunes

usados para determinar estos esfuerzos

es el ensayo de Corte Directo

La ejecucin del ensayo es simple. Una

probeta de suelo se rompe a esfuerzo

cortante bajo el efecto de un esfuerzo

normal vertical y una fuerza cortante

horizontal, estando impedidas las

deformaciones laterales.

Generalmente se ensayan tres probetas

bajo tres esfuerzos normales diferentes,

para poder establecer una relacin entre

la resistencia al esfuerzo cortante y los

esfuerzos normales.

Este ensayo puede realizarse sobre todo

los tipos de suelos, con muestras

imperturbadas y remoldeadas

5 TERMINOLOGIA Definiciones de Trminos Especficos de este Ensayo:

Desplazamiento Lateral relativo. Es el

desplazamiento horizontal y a velocidad

constante que ocurre entre los marcos en

los cuales esta dividido la caja de corte.

Rotura. Es la condicin de esfuerzo al corte

para un espcimen de ensayo. La rotura a

menudo corresponde al esfuerzo mximo de

corte, o al es fuerzo de corte al 15% 0 20%

del desplazamiento lateral relativo.

Dependiendo de la conducta del suelo y la

aplicacin en el campo, puede usarse otro

criterio conveniente.

En la figura 2 se presenta una muestra antes

(A) y despus (B) del ensayo de corte.

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Figura 2 Muestra para corte directo

Corte Directo. Mtodo de ensayo que

consiste en poner un espcimen de prueba

en la maquina de corte directo, mientras

aplicamos un esfuerzo normal

predeterminado, manteniendo saturado o

drenado el espcimen de prueba, o ambos,

consolidamos el espcimen bajo el esfuerzo

normal, abriendo los marcos que sostienen

el espcimen de prueba, y aplicando un

desplazamiento horizontal a una velocidad

constante y midiendo el esfuerzo de corte y

las deformaciones horizontales mientras el

espcimen se va cortando.

En la figura 3 se muestran los esfuerzos que

intervienen en el ensayo de corte directo:

Figura 3 Esfuerzos de corte

6 SIGNIFICADO Y USO

El ensayo de Corte Directo es utilizable para

la determinacin de la mxima resistencia al

corte y adems la resistencia residual a lo

largo de planos conocidos de baja resistencia

en el material.

El mtodo de corte directo tiene la

particularidad de que los recorridos para el

drenaje a travs de la muestra de ensayo son

cortos y permiten mejor y ms rpidamente la

disipacin de las presiones de poros. El

ensayo puede realizarse sobre todo tipo de

suelos tanto en muestras imperturbadas,

compactadas o remoldeadas.

ESFUERZO NORMAL

ESFU

ER

ZO

DE

CO

RT

E

(A) (B)

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7 PREPARACION DE LA MUESTRA

7.1 La muestra usada para la realizacin de

la probeta, debe ser lo suficientemente

grande para preparar como mnimo 3

especimenes iguales. Se debe preparar los

especimenes en un cuarto hmedo para

evitar perturbaciones o prdidas por

humedad.

7.2 Deben tomarse precauciones en la

preparacin de los especimenes para evitar

alteracin en su estructura normal.

7.3 Se debe determinar el peso inicial de la

muestra para el clculo posterior del

contenido de humedad y densidad seca.

7.4 Dimensiones de la probeta

El dimetro mnimo de las muestras circulares

o el ancho mnimo para muestra

rectangulares debe ser alrededor de 50 mm, o

no menos de 10 veces el tamao mximo de

las partculas internas.

La altura mnima de la muestra ser de 12

mm, pero no menos de un sexto del tamao

mximo de las partculas de suelo.

La relacin mnima dimetro-espesor o ancho

espesor, segn la muestra debe ser 2:1.

Si despus de realizar un ensayo con una

muestra imperturbada, se observa que en su

interior hay partculas mayores que la

permitida, se anotara esta observacin en la

planilla de registro y en el informe.

7.5 Probetas imperturbadas

Las muestras imperturbadas a usar en el

ensayo de corte puede ser proveniente de

monolitos, perforaciones o cualquier otro tipo

de muestreo que provea muestras

imperturbadas.

Dichas muestras hay que manejarla

cuidadosamente para evitar alteraciones,

cambios en la seccin transversal o prdida

de humedad. Cuando se deban tallar

muestras deber realizarse siempre que sea

posible en cuarto hmedo para prevenir la

perdida de humedad.

Cuando los extremos de la probeta queden

irregulares debido a la existencia de gravilla

o desmoronamiento de las muestras se

deber rellenar las oquedades con

materiales provenientes del tallado.

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7.6 Probetas remoldeadas o

compactadas

Se pueden preparar probetas remoldeadas

o compactadas en un molde de corte

cilndrico o cuadrado de dimensiones

conocidas y que cumpla con los requisitos

exigidos para la realizacin del ensayo, el

material a utilizar se compacta a una

humedad y densidad determinada. Despus

de que las probetas han sido compactadas

se extrae del molde y se determina su peso

y dimensiones.

En la figura 4 se presentan los diferentes

instrumentos necesarios para la preparacin

de muestras tanto imperturbadas como

remoldeadas:

Figura 4 Instrumentos de ensayo

8 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

8.1 Se debe medir la altura inicial de la

probeta (vase figura 5).

Figura 5 Medida de la altura de la probeta

As como el dimetro inicial de la muestra.

(Si la muestra es cuadrada mida sus lados)

(vase figura 6).

Figura 6 Medida del dimetro de la probeta

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8.2 Luego se debe pesar la probeta en la

balanza con sensibilidad de 0.01 gr. (Peso

Muestra + anillo) Peso anillo), como se

muestra en la figura 7.

Figura 7 Pesada de la probeta

8.3 Inmediatamente se debe colocar la

muestra en la caja de corte, con los

marcos alineados .

Nota 1 La muestra se debe colocar dentro de

la caja de Corte en el siguiente orden: Fondo,

disco perforado, piedra porosa, muestra, piedra

porosa, disco perforado y bloque aplicador de

carga, debiendo quedar igual a como se ilustra

en la figura 8.

Figura 8 Colocacin de la muestra

8.4 Seguidamente se instala la caja de corte

en la maquina de corte directo (vase figura

9).

Figura 9 Instalacin de la caja de corte

8.5 Se debe colocar el puente de carga

sobre la muestra y ajustar el micrmetro de

deformacin vertical como se muestra en la

figura 10.

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Figura 10 Colocacin de puente de carga

sobre la muestra

8.6 Se debe saturar la muestra adicionando

agua hasta que cubra la piedra porosa

superior (vase figura 11) por un lapso no

menor de una hora.

Figura 11 Saturacin de muestra con agua

Se coloca la carga de consolidacin

(Esfuerzo normal), sin liberar la carga.

(vase figura 12).

Figura 12 Colocacin de carga en muestra

8.7 Una vez colocada la carga se debe

ajustar el micrmetro de deformacin

vertical o de consolidacin en cero, como se


Figura 13 Ajuste del micrmetro

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8.8 Se debe liberar la carga de

Consolidacin y tomar la lectura final del

tiempo de consolidacin. (vase figura 14)

(En el ensayo rpido se estima un tiempo

mnimo de una hora).

Figura 14 Liberacin de carga y toma de lectura

8.9 Despus de realizada la Consolidacin

retire los alfileres de alineamiento de los

marcos de corte como se muestra en la

figura 15.

Figura 15 Retiro de los alfileres de alineacin

8.10 Se debe ajustar el micrmetro de

deformacin horizontal hasta que haga

contacto con la caja de corte, como se


Figura 16 Ajuste del micrmetro

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8.11 Se debe colocar el cero del dial de

carga o rotura, como se ilustra en la figura

17.

Figura 17 Ajuste del dial de carga

8.12 Se debe colocar en cero el dial de

deformacin horizontal. Tal como se

ilustra en la figura 18.

Figura 18 Ajuste en cero

8.13 Posteriormente ajuste el dispositivo

de control de velocidad para comenzar el

ensayo (vase figura 19).

Figura 19 Dispositivo de control de velocidad

8.14 Finalmente se debe tomar las lecturas

del micrmetro de carga y del dial de

deformacin horizontal y registrarlas. (vase

figura 20)

Figura 20 Toma de lectura

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NOTA 2 El ensayo se da por terminado cuando la muestra ha llegado a la falla o cuando se tenga un desplazamiento horizontal del 15% de la lo ngitud o dimetro de la muestra (vase figura 21).

Figura 21 Muestra con desplazamiento horizontal del 15% del F

8.15 Una vez determinado mediante las

lecturas de deformacin que la muestra

fallo, se da por terminado el ensayo.

8.16 Se debe desmontar la muestra de la

misma forma que se realizo el montaje

(vase figura 22).

Figura 22 Desmontaje de la muestra

8.17 Posteriormente se debe tomar una

porcin de la muestra, colocarla en un

envase tarado y tomar el peso del suelo

hmedo, luego se introduce en el horno y

se espera a que este seca, para

posteriormente volverla a pesar para

determinar por diferencia la humedad de

la misma (vase figura 23).

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Figura 23 Muestra secada en horno

9 CALCULOS

9.1 AREA DE LA PROBETA (A)

Para muestras cilndricas se calcular

usando la formula del rea del cilindro:

A = D2 x Pi /4 (1) Donde D = Dimetro promedio de la probeta

Pi /4 = 0.7854

Para muestras rectangulares o cuadradas se

debe usar la siguiente formula:

A = Largo x Ancho (2)

9.2 VOLUMEN DE LA PROBETA (V)

El volumen ser igual al rea multipli cada

por la altura de la muestra:

V= A x h (3) Donde

A = rea de la muestra.

h = Altura de la muestra.

9.3 ESFUERZO AL CORTE (Thao)

Es la relacin entre la carga aplicada a la

muestra para producir el corte y el rea de

la muestra.

Thao = F (4) ??????????????????????????????????A Donde

F = Carga aplicada a la muestra para

producir el corte.


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9.4 ESFUERZO NORMAL (Sigma)

Es la relacin entre la carga axial o vertical

aplicada a la muestra para producir la

consolidacin y el rea de la muestra.

Sigma = N (5) A Donde

N = Carga aplicada a la muestra para

producir la consolidacin.


CARGA DE CORTE (F)

Calcular la carga de corte multiplicando la

lectura del dial de carga por el factor del

anillo.

F = La x Fa (6)

Donde

La = Lectura del dial del anillo de carga

Fa = Factor del anillo

10 GRAFICO

Para el clculo de Corte Directo es

conveniente realizar dos grficos:

? Un grafico donde se coloque la

Deformacin Unitaria en el eje de las

ordenadas y el Esfuerzo al Corte en el

eje de las abscisas para cada uno de

los esfuerzos Normales usados (3

Puntos).

? Un grafico donde se coloque el

esfuerzo Normal en el eje de las

ordenadas y el esfuerzo cortante en el

eje de las abscisas.

11 CALCULO DE COHESION Y ANGULO DE

FRICCION (ver en anexo grficos 1 y 2)

De la curva Esfuerzo Normal Esfuerzo

Cortante trace una recta que una los puntos y

extindala hasta que haga contacto con el eje

de las abscisas. (Envolvente de Mohr).

La cohesin, C, ser el valor que arroje este

nuevo punto.

El ngulo de friccin, f , ser la pendiente

o inclinacin de esta recta con respecto al

eje de las ordenadas.

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12 INFORME

El informe debe incluir lo siguiente:

12.1 Identificaron y descripcin visual de la

muestra, incluyendo la clasificacin del

suelo.

12.2 Tipo de muestra: Imperturbada,

remoldeada o compactada.

12.3 Informacin sobre la obra, como

localizacin, numero de muestra,

profundidad, etc.

12.4 Densidad seca, humedad inicial y final

12.5 Caja de corte: Cuadrada o redonda y

dimensiones.

12.6 Medidas iniciales de la muestra,

(inicial y final).

12.7 Esfuerzo normal, Esfuerzo de corte,

velocidad de deformacin y

asentamiento o consolidacin.

12.8 Grafico Esfuerzo Corte

Deformacin Lateral.

12.9 Grafico Esfuerzo Normal Esfuerzo

de Corte.

12.10 Cohesin y Angulo de

Friccin.(Obtenido del grafico Esfuerzo

Normal Esfuerzo de Corte).

12.11 Cualquier otro dato que pueda influir

en los resultados del ensayo.

13 PRECISION Y DESVIACION

Actualmente estn evalundose los datos

para determinar la precisin de este mtodo

de ensayo.

No existen valores de referencia para este

mtodo de ensayo, por consiguiente, la

desviacin no puede determinarse.

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ANEXO A

GRAFICOS

Grafico 1 Esfuerzo de corte Vs. Deformacin Horizontal

Esfuerzo Vs Deformacion Horizontal

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4Deformacion Horizontal, mm

ES

FU

ER

ZO

CO

RT

AN

TE

kg

/cm

2

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15 de 15


Grafico 2 Esfuerzo normal Esfuerzo cortante

y = 0,395x + 0,0933

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

ESFUERZO NORMAL kg/cm2

ES

FU

ER

ZO

CO

RT

AN

TE

kg

/cm

2

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