CORTE DIRECTO

NORMA: ASTM D 2166 061. INTRODUCCIN

El ensayo de compresin simple o compresin no confinada de un suelo es un medio rpido para determinar la resistencia al corte de un suelo. Construyendo el crculo de Mohr resulta evidente que la resistencia al corte o cohesin (c) de una muestra de suelo puede ser calculada aproximadamente como:

Donde qu representa la resistencia a la compresin no confinada del suelo.Este clculo se basa en el hecho que el esfuerzo principal menor 3 es cero (pues la muestra est sometida nicamente a la presin atmosfrica) y que el ngulo de friccin interna del suelo se supone cero (se asume que el suelo es puramente cohesivo y no tiene ningn tipo de resistencia al corte friccionante).

2. GENERALIDADESCuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundacin. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras:a. Por deformacin elstica de las partculas.b. Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuacin del lquido existente en los huecos entre las partculas.c. Por deslizamiento de las partculas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo. El primer caso es despreciable para la mayora de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la prctica. El segundo caso corresponde al fenmeno de la consolidacin.El tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastrficos y para evitarla se debe hacer un anlisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El anlisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea econmicamente factible de llevar a cabo.Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo.Por tanto el problema de la determinacin de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecnica de Suelos. En efecto, una valoracin correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de xito cualquier aplicacin de la Mecnica de Suelos al anlisis de la estabilidad de las obras civiles.El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al ms sencillo de los casos que pueden presentarse en la prctica: aquel en que se prueba el material en estado seco.3. CORTE DIRECTOEl ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porcin de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la accin de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.3.1. Principio del ensayo de corte directo:

Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categoras:a. Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prcticamente independiente del tiempo.b. Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo.c. Resistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.d. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rpida.3.2. Ensayos de resistencia al esfuerzo de corte en suelosLos tipos de ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos en Laboratorio son: Corte Directo, Compresin Triaxial, Compresin Simple.Durante muchos aos, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue prcticamente la nica usada para la determinacin de la resistencia de los suelos: hoy, an cuando conserva inters prctico debido a su simplicidad, ha sido sustituida en buena parte por las pruebas de compresin Triaxial.4. APLICACIONES DE LOS RESULTADOS DEL ENSAYO A FALLAS DE TERRENOa. Capacidad de carga en bases y fundaciones para estructuras en arcillas homogneas saturadas, inmediatamente despus de la construccin. El terreno bajo una fundacin, es presionado por la falla y asume fallar por corte, en la forma como indica la figura 5.23ab. La presin de tierra en el muro de contencin, prevalece inmediatamente despus de la construccin. Figura 5.23bc. Presin de tierra contra la entibacin de una excavacin temporal. Figura 5.23cd. Prevencin contra el levantamiento de fondo de las excavaciones. Figura 5.23de. Estabilidad de los taludes, inmediatamente despus de la excavacin. Figura 5.23ef. Estabilidad en diques de tierra, durante perodos cortos de construccin. Figura 5.23fEn los problemas de estabilidad a corto plazo, el valor de la resistencia o cohesin aparente debido al deslizamiento de tierra, es aplicable en el uso de clculos. El ngulo de resistencia al corte , es requerido para obtener los coeficientes de presin o coeficientes de la capacidad de fuerza en diferentes clculos. Estos coeficientes son dados en libros y textos de Ingeniera de Fundaciones.Para el anlisis a largo plazo en estabilidad de taludes, muros de contencin, diques de tierra, los parmetros c y son requeridos para determinar la resistencia al deslizamiento. La estabilidad de taludes en una arcilla preconsolidada, est basada en los parmetros cr y r de resistencia residual.5. VENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO5.1. El ensayo es relativamente rpido y fcil de llevar a cabo.5.2. El principio bsico es fcilmente comprensible.5.3. La preparacin de la muestra no es complicada.5.4. El principio puede aplicarse a suelos granulares y otros materiales que contienen grandes partculas que seran muy caras de ensayar por otros medios.5.5. Puede medirse el ngulo de friccin entre suelo y roca, o entresuelo y otros materiales.5.6. El ensayo Triaxial es, relativamente, mucho ms difcil de ejecutar e interpretar, especialmente si se toman medidas de presin de poros.5.7. El tamao de las muestras hace que efectuar ensayos consolidados no drenados y consolidados drenados no requiere demasiado tiempo, pues el tiempo de drenaje es bastante corto an para materiales con bajo coeficiente de permeabilidad, debido a que el camino de drenaje es muy pequeo.5.8. Se ha introducido cajas con muestra cuadrada de forma que la reduccin de rea durante el ensayo pueda fcilmente tenerse en cuenta si se desea. El uso de cajas cuadradas es relativamente reciente, y la mayora de las mquinas antiguas todava en servicio, utilizan cajas circulares.5.9. La mquina de corte directo es mucho ms adaptable a los equipos electrnicos de medicin, de forma que no se requiera la presencia continua de un operario para efectuar ensayos consolidados- drenados, que puedan durar varios das.5.10. Se ha encontrado que los parmetros de suelo y c obtenidos por el mtodo de corte directo son casi tan confiable como los valores triaxiales (probablemente esto se debe ms a problemas del operador que al hecho de que los equipos tengan igual capacidad de comportamiento). Lo anterior no quiere indicar que el ensayo Triaxial sea indeseable; sino que, si se desean nicamente los parmetros de suelo, los valores que brinda el ensayo de corte directo se han encontrado usualmente bastante aceptables.6. LIMITACIONES DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO6.1. La muestra est obligada a fallar en un plano predeterminado.6.2. La distribucin de esfuerzos en sta superficie no es uniforme6.3. No es posible controlar el drenaje de la muestra, slo se puede variar la velocidad de desplazamiento.6.4. No puede medirse la presin de poros.6.5. Las deformaciones aplicadas estn limitadas por recorrido mximo de la caja.6.6. El rea de contacto entre las dos mitades de la muestra disminuye a medida que se realiza el ensayo. Pero como afecta a y a en la misma proporcin, el efecto en la envolvente de Coulomb es despreciable.6.7. El ensayo usa una muestra muy pequea, con el consiguiente resultado de que los errores de preparacin son relativamente importantes.6.8. No es posible determinar el mdulo de elasticidad ni el de la relacin de Poisson7. ENSAYOEl ensayo est normalizado en ASTM 3080. La caja de corte es del tipo cuadrada de 100 * 100 mm.El set de presiones normales aplicadas a la muestra queda a criterio del constructor. Se recomienda usar valores de 50%; 100%; 150% y 200% del valor de terreno. Es decir si la estructura descarga en su fundacin una tensin de compresin de 2 (Kg/cm), se recomienda usar valores de 1, 2,3 y 4 (kg/cm2), lo que traducido a pesos significan 100, 200, 300 y 400 kg respectivamente.7.1. Aparatos Mquina de corte Directo. Caja de corte directo.Fig. 5.25 Placas de la caja de corte7.2. Preparacin de la muestra El procedimiento depende del tipo de suelo y de las condiciones en que ser ensayado. El tamao mximo de las partculas para la caja de 10 cm de lado es de 3,35 mm.

Arena Seca Se ensaya generalmente a una densidad predeterminada, la muestra se prepara colocando el material en la caja de corte y compactndola en ella, el peso de la muestra se calcula por diferencia entre el peso de la caja con muestra y el peso de la caja vaca. El nivel a que se coloca es del orden de 5 mm por debajo del nivel superior.Coloque la placa ranurada, en la superficie de la muestra con las ranuras en direccin perpendicular al movimiento.Mida la distancia entre el borde superior de la caja y la superficie de la placa, en las cuatro esquinas o en el centro de los cuatro lados, el promedio de estos valores lo llamaremos X.Determine la altura de la muestra a partir de la expresin siguiente:H = B - ( t1 + 2t2 + X ) [cm]Donde B : Altura total de la cajat2: p + nqr/L Arena seca densaSe recomienda vibrar la muestra al interior de la caja. Arena seca sueltaDejar caer la muestra desde una pequea altura en el interior de la caja. Evite golpear la caja al instalarla, puesto que la arena suelta es muy sensible a los golpes. Arena saturadaEn estas condiciones agregue agua a la muestra y colquela en la caja. No se debe obtener densidades bajas, slo densidades medias o altas.

7.3. Procedimiento de ensayo Suelo no cohesivo- Pesar un plato grande de arena seca (o mojada con el contenido de humedad conocido con exactitud) con suficiente material para hacer por lo menos tres ensayos a la misma densidad.- Ensamblar cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separacin existente entre las partes de la caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posicin. Obtener la seccin transversal A de la muestra.- Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de la superficie del anillo y colocar el pistn de carga (incluyendo la piedra porosa) sobre la superficie del suelo. Tomar un nivel pequeo y verificar la nivelacin del pistn o bloque de carga.Pesar el recipiente de la arena para determinar el peso exacto del material utilizado en la muestra. Obtener a continuacin una referencia del espesor de la muestra de suelo marcando en varios puntos el borde del pistn o bloque de carga alrededor del permetro con respecto a la altura de la caja de corte.- Aplicar la carga normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento vertical (con precisin de 0,01 mm por divisin). Recordar incluir el peso del pistn de carga y la mitad superior de la caja de corte como parte del peso Pv.- Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debera ser ligeramente superior (al ojo) que el tamao ms grande de partculas presente en la muestra. A continuacin se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de fijacin provistos para tal propsito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente despus de separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistn de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.- Ajustar el deformmetro de cartula (0,01 mm/divisin) para medir el desplazamiento en cortante.- Para ensayos saturados, saturar la muestra llenando la caja de muestra y permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la saturacin.Asegurarse de que las piedra porosas que se encuentran en la caja de corte estn saturadas si el suelo al ensayarse contiene alguna humedad.- Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformmetro de carga, del deformmetro de desplazamiento cortante, y del deformmetro vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformacin unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas a desplazamientos horizontales de:5, 10, y cada 10 20 unidades de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0,5 a no ms de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformacin unitaria ms rpidas, pues existe el peligro de que se presente el pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformacin unitaria debera ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 min.- Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sobre por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad ojal dentro de los 5 g y no ms de 10 g respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso N 3.En el paso anterior usar un valor diferente de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por ejemplo, 4, 8, 16 kg ms el peso del bloque o pistn de carga para esos tres ensayos 5, 10, 20 kg, etc.).

Fig. 5.26 Detalles del ensayo y la caja de corte directoEn la figura 5.26 se aprecian los siguientes componentes: (a)Deformmetro para medir desplazamientos verticales (b)barra de carga (c)pasadores de alineacin (d)tornillos para separar las partes de la caja de corte (e)bordes estrados para retener la muestra (f)espacio mayor que el tamao de la mxima partcula en la muestra (g) Deformmetro (h) juego de tornillos para fijar en posicin la cabeza de carga. Suelo cohesivo - Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tamao (y, ojal, a la misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamao pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra. [Qu constituye apreciable comparado con el tamao de la muestra (del orden de 5 cm x 20 a 25 mm de espesor) es un asunto de criterio personal]Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo est inalterado y preconsolidado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la preparacin de la mquina de corte y los dems tipos de ensayo.- Retroceder la separacin y el agarre de los tornillos gua en la parte superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas estn saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el rea de la muestra.- 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 pistn de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal Pv y ajustar el deformmetro de cartula vertical.Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformmetro vertical igual que para el ensayo de consolidacin para determinar cuando la consolidacin haya terminado.- Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequea separacin apenas mayor que el tamao de la partcula ms grande presente en el suelo, retroceder los tornillos de separacin y empalmar la cabeza de carga en su sitio utilizando los tornillos fijos para tal propsito. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal ms el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser extruido fuera de la caja por la zona de separacin - utilizar en esos casos cargas verticales pequeas y/o hacer si puede requerir el hacer la consolidacin antes de la separacin de cajas.- Acoplar el deformmetro de deformacin constante, fijar en cero tanto el deformmetro horizontal como el vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturacin de la muestra.- Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformmetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformacin unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 20 unidades del deformmetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0.5 a no ms de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformacin unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte est entre dos lecturas. La tasa de deformacin unitaria debera ser tal que la muestra falle en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea de tipo con drenaje. Puede hacerse una grfica de la lectura de deformacin vertical contra el log del tiempo similar a la del ensayo de consolidacin del suelo. - Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos 2 a 6 para dos o ms muestras adicionales. Si el suelo est pre consolidado y se utilizan seis muestras para el ensayo, es preciso asegurarse de utilizar un rango de tres cargas normales a cada lado del esfuerzo de pre consolidacin.

8. CALCULOSPROYECTO: Ensayo de corte directo (parmetros de resistencia un suelo arcilloso)UBICACION: Los Trigales - San JernimoALTURA DE EXTRAIDA LA MUETRA: 1.60mTIPO DE SUELO: Arcilla pre consolidadaDESCRIPCION DEL SUELO: Arcilla oscuraFECHA: 22-07-2013DATOSrea: 36cm2Constante del dial de carga: (dial vertical 0.001mm)Constante del dial de deformacin: (0.86)

CARGA DE 4KG

Lectura de deformacin *10^-2Lectura de Carga div.Deformacin de la Muestra mmreaCarga totalLectura de Carga Vertical *0.001mm

000360.000

10660.135.94154.936

20720.235.88169.306

30880.335.82207.268

40920.435.76217.059

501080.535.7255.2211

601160.635.64274.5912

701240.735.58294.0212

801360.835.52323.0213

901420.935.46337.8413

100154135.4367.0213

1201621.235.28387.3914

1301681.335.22402.4314

CARGA DE 8KG

Lectura de deformacin *10^-2Lectura de Carga div.Deformacin de la Muestra mmreaCarga totalLectura de Carga Vertical *0.001mm

000360.000

101200.135.94281.696

201280.235.88300.978

301320.335.82310.909

401360.435.76320.8612

501480.535.7349.7513

601560.635.64369.2813

701600.735.58379.39114

801680.835.52399.0314

901740.935.46413.9815

100178135.4424.2116

1201981.235.28473.4816

1302021.335.22483.8717

1402061.435.16494.2917

1502121.535.1509.5618

CARGA DE 16KG

Lectura de deformacin *10^-2Lectura de Carga div.Deformacin de la Muestra mmreaCarga totalLectura de Carga Vertical *0.001mm

000360.000

101420.135.94333.338

201460.235.88343.309

301520.335.82358.0010

401580.435.76372.7612

501600.535.7378.1112

601620.635.64383.4813

701720.735.58407.8414

801820.835.52432.2815

901940.935.46461.5616

100200135.4476.6416

1202121.235.28506.9618

1302201.335.22526.9920

1402281.435.16547.0823

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