CONTENIDO INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................ 1 OBJETIVOS................................................................................................................................................ 3 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................. 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................................................... 3 MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................................... 4 MATERIALES ............................................................................................................................................. 6 PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................................... 9 CALCULOS Y RESULTADOS ..................................................................................................................... 14 CONCLUSION.......................................................................................................................................... 19 RECOMENDACIONES.............................................................................................................................. 20 BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................................... 21 CONTENIDO DE TABLAS Tabla 1 1000 GR ....................................................................................................... 14 Tabla 2 vertical vs tiempo ......................................................................................... 15 Tabla 3 2000 gr ......................................................................................................... 15 Tabla 4 vertical vs tiempo 2000 gr ............................................................................ 16 Tabla 5 4000 gr ......................................................................................................... 16 Tabla 6 vertical vs tiempo 4000 gr ............................................................................ 18 CONTENIDO DE GRAFICAS grafica grafica grafica grafica grafica grafica 1 esfuerzo de corte vs esfuerzo normal 1000 gr 14 2 vertical vs tiempo....................................................................................... 15 3 esfuerzo de corte vs esfuerzo normal 2000gr .......................................... 16 4 vertical vs tiempo 2000 gr ......................................................................... 16 5 esfuerzo del corte vs esfuerzo normal 4000 gr.......................................... 18 6 vertical vs tiempo 4000 gr ......................................................................... 18 1 INTRODUCCIÓN De acuerdo a las clases es posible definir que uno de los ensayos con mayor relevancia para nuestra ciudad es el ensayo de corte directo, este permite estimar los parámetros de resistencia bajo condiciones drenadas y teniendo en cuenta los conservadores datos que arroja esta prueba es ideal para suelos con tendencias a ser friccionantes. La prueba a desarrollar en esta guía permite estimar de forma más profunda los parámetros de resistencia de un suelo bajo condiciones drenadas, permitiendo hacer análisis en esfuerzos efectivos, estos parámetros se pueden aplicar a cimentaciones en suelos parcialmente saturados, análisis de estabilidad de taludes y consideraciones sísmicas en estructuras. 2 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidado y drenado empleando el método de corte directo. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estimar las relaciones gravimétricas y volumétricas a las cuales se someterá la l asa de suelo que se ensayará. Proponer una velocidad que asegure la falla de la masa de suelo asegurando la aplicación de esfuerzos efectivos. 3 MARCO TEÓRICO El principio universalmente utilizado para estimar la resistencia al corte de los suelos es por medio de la teoría de Mohr – Coulomb en la cual es posible considerar la variación que se presenta en la resistencia a la falla respecto al esfuerzo normal que se está aplicando, esto en una gráfica de resistencia la corte del suelo vs. El esfuerzo normal aplicado para un suelo que contenga una fracción arcillosa y otra granular o friccionantes presenta la siguiente tendencia. Sin embargo, es importante aclara que la envolvente de falla está dada por esfuerzos efectivos, esto se presenta bajo la consideración que los parámetros de resistencia no presenten variación en sus valores debido a la variación en la presión de poros. Para suelos friccionantes como el que se desarrollara en esta guía, se puede utilizar la Re compactación asegurando uniformidad en esta y dejándola reposar un mínimo de 3 horas contadas desde el final de esta. Teniendo en cuenta que solamente se desarrollara una sola prueba considerando que el material no presentara cohesión debido a sus características mecánicas (Fundamentalmente Arena), de forma simplificada se puede suponer la siguiente superficie de falla. 4 Es importante resaltar que todavía existe una gran polémica respecto a la veracidad del ensayo de corte directo debido a que este somete a un plano de falla definido a la masa de suelo y simplemente no permite que se proyecte el plano más debido, esta observación a juicio del autor es válida en suelos arcillosos o con una cohesión importante mientras que en suelos granulares se puede ver un poco exagerada debido al estado de esfuerzos que se presenta en el ensayo. (UNITEC, 2016) 5 MATERIALES Aparato o Dispositivo de corte directo: El dispositivo de corte directo deberá 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. Debe estar provisto de los dispositivos necesarios para aplicar una fuerza normal en las caras de la muestra, para determinar los cambios en el espesor de la muestra, para permitir el drenaje del agua a través de las piedras porosas insertadas en el fondo y parte superior de la muestra y para sumergir la muestra en agua. El equipo debe ser capaz de aplicar y medir una fuerza de corte para hacer fallar la muestra a lo largo de un determinado plano (corte simple) o de determinados planos (corte doble), los cuales serán paralelos a las caras de la muestra y determinar los desplazamientos laterales de ésta. Caja de corte: La caja de corte podrá ser redonda o cuadrada, deberá ser de acero inoxidable, bronce, o aluminio, con los aditamentos necesarios para el drenaje por la parte de arriba y por el fondo. La caja de corte deberá estar dividida por un plano horizontal que separa dos mitades de igual espesor, ésta deberá estar provista con tornillos de alineación o bloqueo. Adicionalmente la caja de corte también deberá poseer tornillos que controlen el espaciamiento entre el marco superior y el inferior. Piedras porosas: Las piedras porosas 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. La permeabilidad de la piedra porosa debe ser substancialmente mayor que el de la muestra, pero debe prevenir la intrusión excesiva de las partículas de muestra en los poros de la inserción. 6 Dispositivo para la aplicación de la fuerza normal: Debe estar capacitado para aplicar rápidamente la fuerza especificada sin excederla y para mantenerla con una variación máxima de ± 1 % durante el proceso de ensayo. Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte: La capacidad depende más que todo del tipo de control: con control de deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere, generalmente, el primero por la facilidad para determinar tanto el esfuerzo último como la carga máxima. Dispositivos para medir fuerza de corte: Deberá poseer un medidor de fuerza de corte, el cual podrá ser un anillo calibrado o una celda de carga que tendrá precisión de 2.5 N (0.5 lbf) o al menos el 1% de la carga lateral de falla, cualquiera que sea más grande. Recipiente para caja de corte: Caja metálica que soporte la caja de corte y produzca, bien sea, una reacción contra la mitad de la caja de corte que esta frenada o una base sólida con las guías para encuadrar la mitad de la caja de corte que está libre de movimiento cuando la fuerza horizontal de corte es aplicada. Anillos para el tallado de la muestra: Deberán ser los adecuados para tallar la muestra de acuerdo con las dimensiones interiores de la caja de corte con un mínimo de alteración. Se puede necesitar un soporte exterior, para mantener en alineamiento axial, una serie de 2 o 3 anillos. Balanza: Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % de la masa de la probeta. Medidores de desplazamiento: Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") 7 y para medir los desplazamientos laterales con una sensibilidad de 0.02 mm (0.001"). Horno de secado: Capaz de mantener la temperatura a 110° C ± 5° C (230º ± 9° F). Recipientes varios: Para muestras de humedad, los cuales no deberán ser susceptibles a la corrosión ni al cambio de masa, ni a la desintegración por enfriamiento o calentamiento. Equipo para el remoldeo o compactación de probetas: Será el adecuado para cada tipo de suelo y en concordancia con el objetivo investigado en el ensayo. Equipo misceláneo: Incluyen cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos, en rasadores, agua destilada y demás elementos necesarios para la correcta ejecución del ensayo. 8 PROCEDIMIENTO Se inició el laboratorio de corte directo con la obtención de la muestra de suelo inalterada la cual se obtuvo mediante un apique de más de 1 metro de profundidad para poder llegar al suelo inalterado y envolviéndolo en papel vinipel para que no perdiera su humedad natural. Luego de este paso se procedió a llevar las muestras a laboratorio para iniciar las pruebas de laboratorio. Se dio inicio con la tallada de la primera muestra la cual debe de estar a ras por ambas caras y sin ningún vacío de suelo. Se pasó a pesar en la tara el anillo con el suelo tallado para la obtención de datos posteriores. Antes de esto se obtuvo el volumen del anillo el cual nos dio 19,63cm3. 9 Luego de esto se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea para no permitir efectos de corte prematuros en la muestra, para ello se ingresó un falso fondo con ranuras en su superficie las cueles tienen q ir en la misma dirección de la tapa, encima de dicho falso fondo se procede a poner la piedra porosa, después se pasa a poner el anillo y se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado para reducir las probabilidades de que la muestra se dañe durante dicha introducción, a partir de ello se pone otra piedra porosa y la tapa con la misma dirección de las ranuras q la de abajo . 10 Los pasos anteriormente mencionados se realizaron para todas las muestras, a partir de estos se va a cambiar simplemente el peso de consolidación q para nuestro caso fueron unos pesos de 1500gr, 3000gr y 6000gr. En el siguiente paso se lleva la caja de corte a la máquina de corte directo asegurándola y preparando todos los dispositivos como son los deformímetro y la aplicación de la fuerza normal la cual previamente fue escogida, que par la primera muestra fue de 1500gr, para la segunda 3000gr y para la tercera 6000gr. Luego de ello se pasó a saturar la muestra dejando el nivel de agua levemente por encima de la caja de corte, dicha saturación se llevó a cabo durante media hora. Ya al finalizar la saturación de media hora se comienza la consolidación con un peso de 1500 gr para la primera muestra. Se prende la máquina de corte directo y se ponen los valores de los deformímetros en cero, luego de ello se le suelta el seguro del peso y comienza la consolidación a partir de esto se empiezan a tomar las deformaciones verticales cada 5seg, 10seg, 15seg y según los pida el formato de laboratorio hasta completar la hora de consolidación. 11 Este paso se repite también para las muestras con un peso de consolidación de 3000gr y 6000gr. A continuación, después de terminado la consolidación se vuelve a calibrar los deformímetros en ceros y la carga, se programa la velocidad con la que la máquina iniciara el corte. Se inicia tomando los datos según la deformación horizontal cada 0,20mm, se toman los datos de carga y deformación horizontal hasta que falle la muestra de suelo. Este paso se repite para cada una de las muestras. Ya por último al fallar la muestra se apaga la máquina, se retiran los deformímetros, se le pone el seguro a la carga y se suelta la caja de corte, luego retiramos la caja de corte con mucho cuidado para no ir a votar muestra de suelo. Se saca la muestra y se pesa una tara para ingresar la muestra de 12 suelo ya fallado y pesarlo, para terminar, se lleva la muestra al horno para poder hallarle su humedad. 13 CALCULOS Y RESULTADOS DATOS DE LOS 1000 GR Tabla 1 1000 GR HORIZONTAL CARGA VERTICAL 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 0,009 0,011 0,022 0,031 0,035 0,038 0,04 0,042 0,044 0,046 0,047 0,048 0,049 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 -0,067 -0,102 -0,134 -0,161 -0,187 -0,213 -0,236 -0,262 -0,276 -0,296 -0,32 -0,336 -0,359 -0,371 -0,388 -0,4 -0,414 -0,425 -0,437 MAXIMO= ESFUERZO NORMAL -0,00267949 -0,00410021 -0,0054144 -0,00653919 -0,0076349 -0,00874212 -0,00973726 -0,0108674 -0,01150921 -0,01240944 -0,013488 -0,01423922 -0,0152969 -0,01589491 -0,01671492 -0,01732742 -0,01803387 -0,01861683 -0,01925042 -0,00267949 ESFUERZO DE CORTE 0,00794417 0,01587423 0,023792 0,03170095 0,03960007 0,04748879 0,05537134 0,06323991 0,07111971 0,07898195 0,08682748 0,09468262 0,10251331 0,11036553 0,11819809 0,12603983 0,13387007 0,1417055 0,14953283 0,14953283 grafica 1 esfuerzo de corte vs esfuerzo normal 1000 gr ESFUERZO DE CORTE 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,025 -0,02 -0,015 -0,01 ESFUERZO NORMAL 14 -0,005 0 Tabla 2 vertical vs tiempo vertical mm 0.125 0.145 0.156 0.174 0.185 0.196 0.207 0.218 0.225 0.236 Tiempo (seg) 5 15 30 60 120 240 480 900 1800 3600 grafica 2 vertical vs tiempo 1000 GR vertical mm 4000 3000 2000 1000 0 1 Tiempo (seg) 2 3 4 5 6 7 8 DATOS DE LOS 2000 GR Tabla 3 2000 gr HORIZONTAL CARGA VERTICAL 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 -0,025 -0,045 -0,055 -0,06 -0,65 -0,072 -0,074 -0,075 -0,078 -0,079 -0,081 -0,083 -0,085 -0,118 -0,126 -0,025 -0,25 -0,45 -0,55 -0,6 -0,65 -0,72 -0,74 -0,75 -0,78 -0,79 -0,81 -0,83 -0,85 -1,18 -1,26 MAXIMO ESFUERZO NORMAL -0,00999808 -0,018089143 -0,0222233 -0,024369639 -0,026538411 -0,029550827 -0,030532083 -0,031108973 -0,032526021 -0,033119801 -0,034141489 -0,035174261 -0,036218298 -0,050555251 -0,054280397 -0,00999808 15 ESFUERZO DE CORTE 0,007907389 0,015735146 0,023543446 0,031351894 0,039140782 0,046886722 0,054673832 0,062468766 0,070224719 0,078007988 0,085765968 0,093516209 0,101258724 0,10815822 0,11565507 0,11565507 9 10 11 grafica 3 esfuerzo de corte vs esfuerzo normal 2000gr 0,14 ESFUERZO DE CORTE 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 -0,06 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0 ESFUERZO NORMAL Tabla 4 vertical vs tiempo 2000 gr vertical mm 0.416 0.516 0.545 0.578 0.599 0.625 0.647 0.685 0.683 0.694 Tiempo (seg) 5 15 30 60 120 240 480 900 1800 3600 grafica 4 vertical vs tiempo 2000 gr 2000 GR vertical mm 4000 3000 2000 1000 0 1 Tiempo (seg) 2 3 4 5 6 7 8 9 DATOS DE LOS 4000 GR Tabla 5 4000 gr HORIZONTAL CARGA VERTICAL ESFUERZO NORMAL ESFUERZO DE CORTE 0 - - - - 0,2 0,083 0,044 0,001759662 0,007966655 0,4 0,106 0,082 0,003296244 0,01594876 16 10 11 0,6 0,128 0,116 0,004687096 0,023943914 0,8 0,143 0,142 0,005767481 0,031946432 1 0,156 0,169 0,006899987 0,039960615 1,2 0,17 -0,201 -0,008249606 0,04750323 1,4 0,18 -0,214 -0,008829548 0,055402188 1,6 0,19 0,242 0,010037829 0,064056575 1,8 0,199 -0,268 -0,011175607 0,071134099 2 0,202 -0,277 -0,011612892 0,0790199 2,2 0,209 -0,297 -0,012518546 0,086877954 2,4 0,211 0,31 0,013137375 0,096252567 2,6 0,217 -0,337 -0,01435949 0,102570253 2,8 0,219 0,345 0,014780984 0,112395633 3 0,224 -0,364 -0,015681004 0,118269667 3,2 0,227 -0,38 -0,016461048 0,126103405 3,4 0,231 -0,298 -0,012980903 0,134262535 3,6 0,234 -0,412 -0,018047379 0,141751928 3,8 0,236 -0,422 -0,018589653 0,149589338 4 0,237 -0,434 -0,01922668 0,15741487 4,2 0,237 -0,446 -0,019870972 0,165235673 4,4 0,237 0,453 0,020298609 0,177113121 4,6 0,237 0,46 0,02073118 0,185197114 4,8 0,236 -0,408 -0,018494343 0,189021624 5 0,235 -0,47 -0,021429093 0,196590337 5,2 0,235 -0,477 -0,021875917 0,204417943 5,4 0,232 -0,48 -0,02214349 0,212264151 5,6 0,23 -0,485 -0,022507054 0,220098101 5,8 0,229 -0,496 -0,023155064 0,22789569 6 0,229 -0,502 -0,023576044 0,235718596 6,2 0,223 -0,514 -0,024285606 0,243502413 6,4 0,227 -0,519 -0,024671053 0,251325743 6,6 0,227 -0,529 -0,025300352 0,259114551 6,8 0,227 -0,531 -0,025552433 0,266953092 17 grafica 5 esfuerzo del corte vs esfuerzo normal 4000 gr 4000 GR ESFUERZO DEL CORTE 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,03 -0,02 -0,01 0 0,01 0,02 0,03 ESFUERZO NORMAL Tabla 6 vertical vs tiempo 4000 gr vertical mm Tiempo (seg) 1.000 1.144 1.184 1.210 1.243 1.272 1.307 1.322 1.341 1.357 5 15 30 60 120 240 480 900 1800 3600 grafica 6 vertical vs tiempo 4000 gr 4000 GR vertical mm Tiempo (seg) 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1 2 3 18 4 5 6 7 8 9 10 CONCLUSION Por medio de este ensayo de corte directo realizado en el laboratorio se llegó a la conclusión que por medio de sus resultados se halló el Angulo de fricción y la cohesión del suelo, factores muy importantes ya que esto se debe tener en cuenta al momento del diseño de muros de contención. 19 RECOMENDACIONES Realizar lecturas confiables en el Deformímetro de caratula. hacer un buen montaje del sistema a la hora de colocar la muestra. Seguir todas las especificaciones de la norma, para que no se produzcan errores considerables, ya que al hacer un área pequeña estos tomaran mayor importancia. Dar los golpes estipulados para la colocación de la arena densa en la caja. 20 BIBLIOGRAFIA (s.f.). UNITEC. (2016). investigacion a la resistencia del corte del suelo. Obtenido de https://mecanicadesuelos1unitec.wordpress.com/ensayo-de-corte-directo/ 21
