Corte directo

FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA URBANISMO

Docente:ING. Omar Coronado Zuloeta

Alumno:GONZALES GONZALES WALTER.A

Curso:Mecánica de suelos y rocas

Informe:Corte directo

Grupo:Nº4

Fecha de realización del ensayo: 24 de junio del 2015

Fecha de entrega del informe:

08 de julio del 2015

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Universidad Señor de Sipán

Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

MECANICA DE

SUELOS Y

FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA URBANISMO

Docente:ING. Omar Coronado Zuloeta

Alumno:GONZALES GONZALES WALTER.A

Curso:Mecánica de suelos y rocas

Informe:Corte directo

Grupo:Nº4

Fecha de realización del ensayo: 24 de junio del 2015

Fecha de entrega del informe:

08 de julio del 2015

MECANICA DE SUELOS Y ROCAS

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MECANICA DE

SUELOS Y

ENSAYO DE

CORTE DIRECTO


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Con la elaboración de este informe, se describe el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, utilizando para ello un aparato de corte directo que simula la aplicación de las cargas reales a las que estará sometido el suelo.El ensayo induce la falla a través de un plano determinado, sobre el que actúan un esfuerzo normal aplicado externamente debido a la carga vertical y un esfuerzo cortante originado de la aplicación de la carga horizontal.Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones con las cuales podremos obtener la tensión de corte mediante un gráfico, además podremos obtener la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo.

CORTE DIRECTO

MECANICA DE

SUELOS Y


INTRODUCCIÓN

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1. REFERENCIA:

ASTM D-3080, AASHTO T236, J. E. Bowles, MTC E 123-2000.

2. OBJETIVO Aplicar las cargas requeridas para efectos del ensayo a la

muestra de suelo, y a partir de los resultados obtenidos, elaborar la curva Esfuerzo Cortante / Esfuerzo Normal- Desplazamiento Horizontal independientemente para cada aplicación de carga.

Graficar la curva Esfuerzo Cortante de rotura- Esfuerzo Normal, luego de haber obtenido los valores máximos de esfuerzos aplicados a la muestra de suelo, para cada una de las cargas aplicadas.

Obtener el ángulo de fricción interna y la cohesión C de las muestras obtenidas de la calicata.

3. BASE TEÓRICA

Resistencia al corte de un suelo

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

MECANICA DE

SUELOS Y


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postulo que la máxima resistencia al corte, τf, en el plano de falla, está dada por:

t f = c + σ tg φ…..(1)

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).

4. METODOLOGIA:

De acuerdo a la norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236, se moldean 3 probetas de una muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el área de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y

MECANICA DE

SUELOS Y


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el pistón de carga sobre el suelo, se ajusta el deformímetro vertical. Una vez efectuado esto, se coloca la muestra dentro de la caja de corte, colocamos el pisto de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal y ajustamos el deformímetro.Una vez hecho esto, enceramos el deformímetro horizontal y vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturación de la muestra.Comenzar la carga horizontal y tomar lecturas del deformímetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales. Si el ensayo se hace a deformación unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformímetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/min. Repetimos estos pasos para las demás muestras.

Alterno a esto, determinamos el contenido de humedad de la muestra.Graficamos el esfuerzo cortante vs. el desplazamiento horizontal y se determinan los valores de esfuerzo para cada probeta. Luego efectuamos una gráfica de los esfuerzos vs. la presión unitaria tal como se indica a continuación; en la gráfica podremos obtener la cohesión y en ángulo de fricción interna del suelo.

5. El ensayo consiste en:

MECANICA DE

SUELOS Y


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Colocación de la muestra en el dispositivo de corte. Aplicación de una carga normal. Disposición de los medios de drenaje y

humedecimiento de la muestra. Consolidación de la muestra. Liberación de los marcos que sostienen la muestra. Aplicación de la fuerza de corte para hacer fallar la

muestra.6. APARATOS

Dispositivo de carga . El dispositivo de carga debe ceñirse a lo siguiente. Sostener la probeta con seguridad entre dos piedras porosas colocadas una en cada cara, de tal manera que no se presenten movimientos de torsión sobre ella.

Estar provisto de los dispositivos necesarios para: · Aplicar una fuerza normal en las caras de la muestra. · Determinar los cambios en el espesor de la muestra. · Drenar el agua a través de las piedras porosas. · Sumergir la muestra en agua. · Ser capaz de aplicar una fuerza de corte para hacer fallar la muestra a lo largo de un determinado plano (corte único) o de planos (corte doble) paralelos a las caras de la muestra. · Los marcos que sostienen la probeta deben ser lo suficientemente rígidos para evitar su deformación durante el corte. · Las diferentes partes del dispositivo deben ser de un material resistente a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o por la humedad del mismo.

Piedras porosas. Las piedras porosas deben ceñirse a lo siguiente: · Deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la humedad del mismo.

MECANICA DE

SUELOS Y


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· Dependiendo del tipo de suelo que se va a ensayar, las piedras porosas deben tener la calidad adecuada para desarrollar el contacto necesario con la muestra y, además, deben evitar la intrusión excesiva de partículas de suelo dentro de sus poros. · Para ensayos con suelos normales, la calidad de las piedras debe permitir una permeabilidad de 0.5 mm/s a 1 mm/s.

Otros Balanza. Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % del peso de la probeta. · Deformímetros o diales. Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y la deformación con sensibilidad de0.02 mm (0.001"). · Estufa u Horno de secado. Capaz de mantenerse a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) · Recipientes para muestras de humedad. · Equipo para el remoldeo o compactación de probetas. · Misceláneos. Incluyen: cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos, enrasadores, agua destilada y demás elementos necesarios.

MECANICA DE

SUELOS Y


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7. MUESTRA

PREPARACIÓN DE LOS ESPECIMENES · Si se usa una muestra inalterada, debe ser suficientemente grande para proveer un mínimo de tres muestras idénticas. · La preparación de la muestra debe efectuarse de tal manera que la pérdida de humedad sea insignificante. · La muestra se talla sobre medida para las dimensiones del dispositivo de corte directo. · Para muestras inalteradas de suelos sensibles, debe tenerse extremo cuidado al labrar las muestras, para evitar la alteración de su estructura natural. · Se determina el peso inicial de la muestra para el cálculo posterior del contenido inicial de humedad de acuerdo con la norma. Si se utilizan muestras de suelos compactados, la compactación debe hacerse con las condiciones de humedad y peso unitario deseados. Se puede efectuar directamente en el dispositivo de corte, en un molde de dimensiones iguales a las del dispositivo de corte o en un molde mayor para recortarlas.

MECANICA DE

SUELOS Y


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El diámetro mínimo de las muestras circulares o el ancho mínimo para muestras rectangulares debe ser alrededor de 50 mm (2"). Para minimizar las alteraciones causadas por el muestreo, el diámetro de las muestras obtenidas de tubos sacamuestras debe ser, por lo menos, 5 mm (1/5") menor que el diámetro del tubo. El espesor mínimo de la muestra de ensayo, debe ser alrededor de 12 mm (½ "), pero no menor de un sexto el tamaño máximo de las partículas del suelo. La relación mínima diámetro/espesor o ancho/espesor, según la muestra, debe ser 2:1.

8. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO Con ayuda del vernier realizar las mediciones de los

diámetros de los anillos de metal, para hallar el área de su sección transversal, dato que será utilizado en el momento de realizar los cálculos.

Pesar los anillos. Tallar la muestra de suelo con ayuda del cuchillo y

enrasarla, obteniéndose una sección transversal homogénea, que permita un mejor resultado en el ensayo.

Pesar los anillos con las muestras. Por metodología se empezará a realizar los ensayos

con la muestra que obtenga el menor peso para lo cual se realizara un ensayo para cada esfuerzo aplicado los cuales serán de 0.5, 1.0 y 1.5 Kg/cm2.

Se coloca la primera muestra de suelo en la máquina de corte y con la ayuda de tres personas realizar el ensayo que consistirá en:

MECANICA DE

SUELOS Y


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Controlar que la aplicación del esfuerzo sea constante (para el primer ensayo será de 0.50 Kg/cm2 ) durante el tiempo de duración del mismo.

Registrar las lecturas del dial horizontal y del dial de carga al mismo tiempo dentro de los intervalos establecidos para efectos del ensayo (cada 15 segundos).

El ensayo finalizará cuando la aguja del dial horizontal se detenga por completo, en ese momento se procederá a retirar la muestra de suelo.

El procedimiento se repetirá para las otras dos muestras de suelo, con la diferencia que para cada una de ellas los esfuerzos aplicados serán de 1.00 y 1.50 Kg/cm2 respectivamente.

Con los valores obtenidos, se obtienen las gráficas de Esfuerzo de Corte/Esfuerzo Normal - Desplazamiento horizontal para cada carga aplicada a la muestra de suelo.

Obtenidas las curvas y con la tabulación correspondiente, se obtiene la gráfica Esfuerzo Cortante de Rotura/Esfuerzo Normal, para lo cual se trabajará con los valores máximos de cada ensayo realizado.

Con la curva final se procede a calcular el ángulo de Fricción y la Cohesión de la muestra de suelo.

MECANICA DE

SUELOS Y


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9. RESULTADOS:

NÚMERO DE ENSAYOENSAYO N°

1ENSAYO N°2

ENSAYO N°3

1. Esfuerzo Normal 0.50 kg/cm2 0.50 kg/cm20.50

kg/cm22. Número del tallador 1.00 1.00 1.003. Peso del tallador 120.00 g 120.00 g 120.00 g4. Lado o diámetro del tallador 4.99 cm 4.99 cm 4.99 cm5. Altura de tallador 2.10 cm 2.10 cm 2.10 cm6. Área del tallador 19.56 19.56 19.567. Volumen del tallador 41.07 cm3 41.07 cm3 41.07 cm38. Peso del tallador + muestra hum. Natural

188.00 g 189.20 g 187.89g

9. Número de Tara D-1 D-1 D-110. Peso de tara + muestra húmeda

250.00 g 250.00 g 250.00 g

11. Peso de la tara + muestra seca 243.83 g 243.92 g 243.59 g12. Peso de la tara 125.00 g 125.00 g 125.00 g13. Contenido de humedad natural 5.19% 5.11% 5.41%14. Peso del tallador + muestra 220.25 g 221.86 g 220.84 g15.Número de Tara A-5 A-5 A-516. Peso de tara + muestra saturada

260.00 g 260.00 g 260.00 g

17. Peso de tara + muestra seca 239.50 g 239.39 g 239.11 g

MECANICA DE

SUELOS Y


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18. Peso de la tara 120.00 g 120.00 g 120.00 g19. Contenido de humedad 17.15% 17.26% 17.54%

ENSAYO 1

ENSAYO 2

ENSAYO 3

Esfuerzo normal (kg/cm2) 1.5

Altura(cm) 2.10

Diámetro (cm) 4.99

Area (cm²) 19.56

Densidad H. (g/cm3) 1.835

Humedad (%) 5.19

Densidad Seca 1.744

MECANICA DE

SUELOS Y


A0 0.321454545

A1 0..40000

Esfuerzo normal (kg/cm2) 0.5

Altura(cm) 2.1

Diámetro (cm) 4.99

Área (cm²) 19.56


Humedad (%) 20.55

Densidad Seca 1.744

Esfuerzo normal (kg/cm2) 1

Altura(cm) 2.10

Diámetro (cm) 4.99

Area (cm²) 19.56


Humedad (%) 5.19

Densidad Seca 1.744

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ENSAYO N°1Deformación Dial Fuerza Esf. De corte

0.000.05 0,62 0,60 0,03

0.10 1,24 0,80 0,04

0.20 1,87 1,00 0,05

0.35 2,49 1,20 0,06

0.50 3,42 1,50 0,08

0.75 5,91 2,30 0,12

1.00 7,78 2,90 0,15

1.25 9,64 3,50 0,18

1.50 10,27 3,70 0,19

1.75 11,51 4,10 0,21

2.00 12,13 4,30 0,22

2.50 13,69 4,80 0,25

3.00 14,31 5,00 0,26

3.50 15,55 5,40 0,28

4.00 16,18 5,60 0,29

4.50 16,18 5,60 0,29

5.00 16,80 5,80 0,30

6.00 18,04 6,20 0,32

7.00 18,04 6,20 0,32

8.00 18,04 6,20 0,32

9.00 18,04 6,20 0,32

10.00 18,04 6,20 0,32

11.00 18,04 6,20 0,32

12.00 18,04 6,20 0,32

Esfuerzo cortante máx. 0,32

MECANICA DE

SUELOS Y


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ENSAYO N°2Deformación Dial Fuerza Esf. De corte

0.00

0.05 0,62 0,60 0,03

0.10 1,24 0,80 0,04

0.20 5,60 2,20 0,11

0.35 10,89 3,90 0,20

0.50 15,24 5,30 0,27

0.75 19,60 6,70 0,34

1.00 22,09 7,50 0,38

1.25 23,64 8,00 0,41

1.50 24,89 8,40 0,43

1.75 25,51 8,60 0,44

2.00 26,13 8,80 0,45

2.50 27,38 9,20 0,47

3.00 27,38 9,20 0,47

3.50 26,75 9,00 0,46

4.00 26,75 9,00 0,46

4.50 26,13 8,80 0,45

5.00 26,13 8,80 0,45

6.00 24,89 8,40 0,43

7.00 24,26 8,20 0,42

8.00 23,64 8,00 0,41

9.00 23,02 7,80 0,40

10.00 23,02 7,80 0,40

11.00 22,40 7,60 0,39

12.00 22,40 7,60 0,39


ENSAYO N°3

MECANICA DE

SUELOS Y


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Deformación Dial Fuerza Esf. De corte0.00

0.05 0,62 0,60 0,03

0.10 4,67 1,90 0,10

0.20 17,42 6,00 0,31

0.35 20,84 7,10 0,36

0.50 23,95 8,10 0,41

0.75 28,31 9,50 0,49

1.00 32,04 10,70 0,55

1.25 34,53 11,50 0,59

1.50 35,46 11,80 0,60

1.75 36,09 12,00 0,61

2.00 36,71 12,20 0,62

2.50 36,71 12,20 0,62

3.00 36,71 12,20 0,62

3.50 36,09 12,00 0,61

4.00 36,09 12,00 0,61

4.50 35,46 11,80 0,60

5.00 35,46 11,80 0,60

6.00 34,84 11,60 0,59

7.00 34,53 11,50 0,59

8.00 33,91 11,30 0,58

9.00 33,91 11,30 0,58

10.00 33,91 11,30 0,58

11.00 33,91 11,30 0,58

12.00 33,91 11,30 0,58


MECANICA DE

SUELOS Y


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ESFUERZO DE CORTE MAXIMO VS ESFUERZO NORMAL

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.60.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

f(x) = 0.306828034516872 x + 0.163537708169733

MECANICA DE

SUELOS Y


ENSAYO NORMAL CORTANTE

1 0.5 0.32

2 1.0 0.47

3 1.5 0.62

19




0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

curva de resistencia

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

MECANICA DE

SUELOS Y


ENSAYO N°1

ENSAYO N°2

20




0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

REGRESIÓN LINEAL PARA EL ENSAYO DE CORTE

De donde:

y = 0,3068x + 0,1635

Entonces:

MECANICA DE

SUELOS Y


0.62

ENSAYO N°3

ESF. NORMAL ESF. CORTANTEX Y XY X2 Y2

0.5 0.32 0.16 0.25 0.1024

1.0 0.47 0.47 1.00 0.2209

1.5 0.62 0.93 2.25 0.3844

3.00Σ 1.41 1.56 3.50 0.7077

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tan∅=( 0.62−0.321.5−0.5 ¿)¿

∅=16,70 °

De la gráfica podemos obtener: Ángulo de fricción interna

∅=16,70 °

Cohesión:

= c + n tg C=0.1635 kg /cm2

10. ANALOGIA DE LA RECTA

Dada la presencia de cohesión, se deduce que el tipo de muestra contiene materiales finos, es decir material ligante que permite la fricción interna de las partículas del suelo,

MECANICA DE

SUELOS Y


Resultados

C = 0.1635 Kg/cm2

Ø = 16.70°

0.5

1.

∅ 0.32

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sin embargo no es predominante ya que esta cohesión es baja.

La regresión lineal es la manera más precisa para efectos del cálculo de los puntos a ubicar en la gráfica de la recta vs n .

11. RECOMENDACIONES Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está

inalterado. Mantener las muestras en ambiente de humedad

controlada mientras se hace el moldeo, la preparación de la máquina de corte y los demás tipos de ensayo.

La manivela de la máquina de corte directo debe manejarse a una velocidad constante todo el tiempo que dure el ensayo.

12. OBSERVACIONES

Se requiere tener cuidado en el ingreso de las muestras para efectos del ensayo de cortante, ya que las muestras deben ingresar en orden de menor a mayor peso; y a partir de ello aplicar las cargas correspondientes.

Se dan las lecturas del dial horizontal hasta el minuto 2.

La lectura del dial axial de carga se da hasta que se llega a repetir la misma lectura antes dada.

13. CONCLUSIONES:

MECANICA DE

SUELOS Y


23




El ensayo es relativamente rápido y fácil de llevar a cabo.

Se ha encontrado que los parámetros de suelo y c obtenidos por el método de corte directo son casi tan confiables como los valores triaxiales, por tanto son resultados que se pueden adoptar para diseñar de acuerdo al tipo de obra requerida.

14.BIBLIOGRAFÍA: Norma ASTM D 3080 y AASHTO T 236 S. N., ENSAYO DE CORTE DIRECTO, disponible en:

http://icc.ucv.cl:8080/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cortedirecto.pdf

Tecnotest, ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS, disponibleen:http://www.tecnotest.it/f/sp/Prods/mecanica-del-suelo/ensayo-de-corte-directo-en-suelos

15.ANEXO FOTOGRAFICO

MECANICA DE

SUELOS Y


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MECANICA DE

SUELOS Y


25




MECANICA DE

SUELOS Y


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MECANICA DE

SUELOS Y


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MECANICA DE

SUELOS Y


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