Informe 1 Suelos II 2008

1
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Obras Civiles
Laboratorio de Mecánica de Suelos II
“ENSAYE DE CIZALLE O CORTE DIRECTO (Según ASTM-D-3080)”
Integrantes
:
Etman Parkes
Felipe Hernández
Constanza Segura
Javier Casanova
Matthias Breytmann
Profesor
:
Miguel Petersen
Valparaíso, Lunes 20 de Abril 2009
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
2
1.- Descripción
En este laboratorio, se procede básicamente a determinar la
resistencia al corte del suelo. La idea es estudiar las propiedades
mecánicas de una muestra de suelo de un proyecto que tiene problemas
en la faena de excavaciones de un talud, debido al desmoronamiento del
suelo, y que posiblemente puede afectar a las estructuras contiguas.
2.- Objetivos
- Comprender la importancia de este ensayo a la hora de planificar una
obra de infraestructura, además de conocer el equipo necesario para la
realización del ensaye de corte directo en condiciones consolidada y
drenada del suelo.
- A través de la curva de resistencia al corte (  )en función la tensión
normal (  ), obtener los parámetros de: ángulo de falla del suelo (  ) y la
cohesión del suelo (c).
3.- Procedimiento
A tres alturas diferentes se tomaron muestras representativas del suelo
y se registraron las propiedades; en este caso la densidad seca es de
1.800[kg/m3] y la humedad del 10%. El suelo ha sido caracterizado como
“maicillo areno-limoso”.
Para la realización del ensaye de corte directo, se confeccionan al
menos tres probetas con suelo natural o remoldeado. Las dimensiones de
las probetas son las siguientes: diámetro 25,4 [mm], espesor 25,4 [mm] y el
material ha de ser bajo los 10[mm].
Se ha determinado la tensión normal requerida y corresponde a
0,54[kgf/cm2].
El ensaye desarrolla una deformación controlada lo suficientemente
lenta para asegurar la condición de drenaje en las probetas. El plano de
corte está predefinido por la configuración del aparato. Se realizan al
menos tres muestras diferentes a tres distintos estados normales para simular
el estado in situ de los efectos que provocan en la resistencia de corte del
suelo. Mediante una regresión lineal se determina la envolvente de falla
del círculo de Mohr. La presencia de escombros o partículas de roca
pueden interferir en los resultados. La norma no entrega información
acerca de la preocupación que se ha de tener en cuanto a la seguridad
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
3
de los resultados, por tanto es responsabilidad del usuario aplicar factores
de seguridad adecuados al problema en cuestión. Se entenderá como
falla al máximo esfuerzo de corte para un desplazamiento lateral relativo
provocado en una muestra de suelo especialmente preparada. Respecto
de la calibración, todas las mediciones son relativas a una lectura previa a
la carga, o bien el aparato ha de ponerse en cero inicialmente. Todos los
resultados han de entregarse como la diferencia entre esas lecturas.
Luego de proceder al armado del equipo, se procede a realizar el
ensayo de consolidación primaria, se procede al registro de todos los
valores involucrados. A continuación se procede con el ensaye de corte
registrando todos los valores en el informe.
4.- Equipos Necesarios
-
Aparato de corte: Instrumento que tiene la facultad de sostener las
probetas con seguridad entre piedras porosas, capaz de proveer un
esfuerzo normal promedio a las probetas. Tiene la facultad de medir
cambios de espesor debido a drenaje y consolidación. Además que
es capaz de aplicar una fuerza horizontal transmitida a la caja de
corte para provocar el corte simple en un plano determinado.
-
Caja de corte: Es inmediatamente el receptáculo que recibe la
fuerza horizontal transmitida por el aparato de corte, está dividida en
dos mitades separadas por tornillos que minimizan el roce, de tal
manera que proporciona el plano de falla de en la probeta.
-
Piedras porosas: Transmiten el esfuerzo de corte horizontal en la cara
superior e inferior de la probeta. Aparte son permeables permitiendo
el drenaje.
-
Otros aparatos de carga: Aparato para la aplicación de la fuerza
normal, aparato para la aplicación de la fuerza de corte, aparato
para medir la fuerza de corte, cuarto de humedad controlada,
balanzas, indicadores de deformación, equipos diversos.
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
4
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
Cálculos y resultados
Tenemos los siguientes datos obtenidos en el laboratorio:
Probeta
1
2
3
Def. Horizontal [cm]
Esf. Corte kgf/cm2
Esf. Corte kgf/cm2
Esf. Corte kgf/cm2
0,381
0,17947
0,32834
0,64343
0,762
0,29673
0,59449
1,11351
1,143
0,44561
0,79333
1,47958
1,524
0,54452
0,96056
1,77530
1,905
0,66688
1,12473
2,05470
2,286
0,47518
0,87388
1,62234
Utilizando la herramienta de gráfico de Excel, obtenemos las curvas
de Esfuerzo de Corte en función de la deformación unitaria para la
probeta “i” (Serie i, I=1,2,3):
Luego, del gráfico anterior, los valores máximos del esfuerzo de corte
para cada probeta. Entonces para obtener la envolvente de falla del
suelo, se grafican dichos valores versus el esfuerzo normal aplicado
obteniendo la siguiente tabla:
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
5
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
Esf. Axial [Mpa]
Esf. Axial kgf/cm2
Esf. Corte Max kgf/cm2
0,05
0,1
0,50985
1,0197
0,6668838
1,1247291
0,2
2,0394
2,0546955
Obteniendo finalmente la Envolvente de Falla del suelo:
Ahora, haciendo una regresión lineal a los puntos, se obtiene la recta de la
forma:
  c    tg
donde se sabe que:
c : corresponde a la Cohesión del suelo
 : es el ángulo de fricción interna del suelo
La recta obtenida es:   0.908   0.201 , por lo cual fácilmente se deduce
que:
c  0.201  Kgf / cm 2 
  tg 1 0.908  42.2o
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
6
Además graficando los datos del registro de deformaciones
verticales y tiempo, se obtienen los siguientes gráficos que representan el
tiempo que demora en consolidarse la muestra:
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
7
Comentarios
En este laboratorio se pudo apreciar claramente la importancia de
conocer las propiedades mecánicas del suelo, en donde se va a ejecutar
una obra. Particularmente en el problema de estabilidad del suelo, es
decir: en el estudio de cimentaciones, terraplenes, taludes, etc.
Respecto al laboratorio directamente, se puede inferir que el ensayo
de corte del suelo está fuertemente influenciado por factores tales como:
representatividad de la muestra, estado del suelo, tipo de suelo, contenido
de humedad, velocidad de carga, entre otros factores.
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS