Corte Directo
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UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO
CAMPUS GUANAJUATO, DIVISION DE INGENIERIAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
Laboratorio de Mecánica de suelos II
GRUPO 701C
BRIGADA UNICA
Práctica 06
P R U E B A D E C O R T E D I R E C T O
Docente: Méndez Jaramillo J. Alejandro
INTEGRANTES
Mata Díaz Mary Ann NUA 413285
Moreno Torres José Manuel NUA 277330
Solís Gonzales Luis Fernando NUA 277453
Torres Arriaga Leonardo
Torres Vega Damián Antonio NUA 308770
Vargas Arias José Jesús NUA 379061
Villegas Aguilar Sandra del Carmen NUA 192028
Zamudio González Diego Eliel NUA 372555
FECHA DE ENTREGA: OCTUBRE 6, 2015
INTRODUCCION A LA PRACTICA 06
El objetivo de realizar los ensayos de corte directo a muestras de suelo, es la determinación de su
resistencia, cuando este se somete a fatiga y a deformaciones al aplicar una carga, las cuales se
presentaran en el terreno.
¿Cómo poder saber este conocimiento?
En laboratorio de suelos, se utiliza la máquina de corte directo, el cual consiste en una caja
metálica de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella
colocamos la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos. Aplicamos una carga
vertical de confinamiento (PV ¿ , posteriormente unacarga horizontal (PH ) , la cual es creciente
y provoca el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.
La figura resume la parte anterior
¿Qué sigue?
Al realizar el ensayo, induce la falla a través de un plano determinado. En este plano de falla,
actúan dos esfuerzos:
Un esfuerzo normal, aplicado externamente debido a la carga vertical (σ N )
Un esfuerzo cortante, al aplicar la carga horizontal (τ N ¿
Estos esfuerzos actúan a través de dividir las fuerzas (horizontal y vertical) entre el área de la
muestra (A) y deberán satisfacer la ecuación de Coulomb.
τ=σ∗tangenteϕ+cohesión
Interpretación Matemática
La resistencia al corte depende de la cohesión (c) y del ángulo de fricción interna (ϕ ¿.
Cuando aplicamos la fuerza horizontal, las deformaciones que se presentan, se van midiendo y con
estos valores, y es posible graficar la tensión de corte (τ ), como función de la deformación en el
plano de corte. Así podemos graficar el punto máximo de tensión de corte como la resistencia al
corte del suelo.
Los valores deτ , los llevamos al gráfico en función del esfuerzo normal σ N , obteniendo la recta
intrínseca (figura 2), colocando a τ como nuestra ordenada y a σ Ncomo nuestra abscisa. El ángulo
que forma esta recta con la horizontal, genera a ϕ, y la intersección con el eje τ , la cohesión.
Por otra parte, los valores de la cohesión y el ángulo de fricción interna dependen esencialmente
de la permeabilidad del suelo y la velocidad del ensayo.
Los ensayos de corte directo, realizados en laboratorio, según exista drenaje y consolidación de la
muestra, se clasifican en tres tipos:
Ensayo no consolidado, no drenado (UU)
Ensayo rápido, donde el corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal ( PV ), si
el suelo es cohesivo y saturado, tiene un exceso de presión de poros. La recta intrínseca em el
diagrama de tau versus sigma, obliga a hacer cero el ángulo de fricción interna.
Es decir τ=cU
No se permite el drenaje de la muestra en todo el ensayo.
Ensayo consolidado no drenado (CU)
En este ensayo se permite que la muestra drene o se consolide durante la aplicación de la carga
vertical, de modo que en el momento de aplicar el esfuerzo cortante, se nulifiquen las presiones
intersticiales, pero no durante la aplicación del esfuerzo cortante. Esta tensión es rápida para que
la presión de poros no se pueda disipar en el transcurso del ensayo.
Estos ensayos no se utilizan en suelos permeables y es necesario el movimiento vertical durante la
consolidación (drenaje) para conocer cuándo se ha producido por completo.
Ensayo consolidado drenado (CD)
La velocidad de corte es lenta y se permite el drenaje de la muestra durante todo el ensayo siendo
las presiones intersticiales nulificadas, durante la aplicación del esfuerzo cortante, lo que implica
que
ϕ=ϕ , c=c , σ=σ ,
Por otra parte, según la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos pueden ser de
dos tipos:
Ensayos de tensión controlada
Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones hasta que se llegue a la
estabilización, luego se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llega
un momento en que las deformaciones no se estabilizan, con lo cual sobrepasamos la
carga de rotura.
Ensayos de deformación deformada
La mitad móvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos
horizontales se van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la
fuerza horizontal.
OBJETIVO
Conocer la aplicación de la prueba de corte directo en un suelo y con la muestra de suelo,
obtener su resistencia a corte y su esfuerzo normal, su confinamiento y deformación, y de
esta manera graficarlo.
MATERIAL Y EQUIPO
Muestra de suelo inalterada
Vernier analógico
Rasurador laminar
Charola
Balanza con aproximación de 0.01 gramos
Recipiente con agua
Maso de madera
Caja de corte directo
Pesas
2 balanzas
Horno para muestras
Herramientas y accesorios
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Tomar una muestra, la cual se sacará el contenido
de humedad existente, se seca en la estufa, una vez
encontrado el dato, se agregará agua para obtener el
contenido de humedad necesario para llevar a cabo el
ensayo.
Dejar reposar la muestra durante 24 hrs.
Tomar, de la muestra, la porción necesaria, de
acuerdo al volumen de las cajas de corte directo.
obtener el volumen del marco, midiendo su longitud por lada así como su espesor.
Para llenar el volumen, pesar la muestra
golpeándolo con un mazo, separándola en varias capas,
se compactará hasta el ras de la caja de corte directo.
Una vez compactada la muestra dentro del marco lo que hicimos fue pesar la muestra obteniendo el peso del suelo compactado al restarle el peso del marco.
Luego lo llevamos al carrito en el cual con los tornillos levantamos 2mm, pusimos dentro del carrito la piedra porosa.
Sacamos la muestra del marco ejerciendo presión sobre esta, posicionándose dentro del carrito.
Colocamos sobre de esta una piedra porosa ya montado lo llevamos a la máquina de corte directo.
Aplicar la caja vertical (PV ) y se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical
(Incluir el peso del pistón de carga y la mitad
superior de la caja de corte en el peso PV )
En ensayos consolidados, se comienza
cuando el asentamiento se ha detenido;
en suelos cohesivos esto puede hacerse a
partir de la aplicación de PV
Se separa la caja de corte, se fija el bloque de carga y se ajusta el deformímetro para medir el desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la muestra el tiempo necesario).
Luego se comienza a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, de cambio de volumen y de desplazamiento cortante. Si el ensayo es del tipo deformación controlada se toman esas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades.
La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. y deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos. Se repite el procedimiento por lo menos en dos muestras utilizando un valor distinto de carga vertical (se sugiere doblar la carga).
- Método para suelos cohesivos. Se moldean 3 o 4 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 (A) de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal P v y se ajusta el deformímetro vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que en el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado. Luego, se separan las mitades de las cajas de corte dejando una pequeña separación y se empalma la cabeza de carga, asegurando que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte.
Acoplar el deformímetro de deformación cortante y se fija en cero tanto el deformímetro horizontal como vertical (en ensayos saturados se llena la caja con agua y se espera la saturación de la muestra).
Aplicar la carga de corte tomando lecturas del deformímetro de carga, de desplazamientos de corte y verticales (cambios de volumen).En ensayos de deformación controlada, las lecturas se toman a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades.
Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se toman muestras para determinar el contenido de humedad. El procedimiento se repetirá para las muestras adicionales.
Cálculos y resultados:
Wmolde=244 g
Vol .molde=196.51cm3
Wsuelo=Vol∗γ ; Siendo γ=1.7 g /cm3
Wsuelo = 334.07 g
Después de rellenado y apisonado por capas el suelo en el molde, encontramos el peso del suelo más el molde:
Wm+s=576.4 g
Wsuelo=Wm+s−Wm=332.4 g
DiferenciaW=Wsuelo1−Wsuelo2=334.07−332.4=1.67 g
Contenido dehumedad
Wm=80.04 g
Ws=68.25 g
%w=Wm−WsWs
=80.04−68.2568.25
=17.27%
Área, volumen ,áreacorregida :
Área=Lprom∗Lprom
Volumen=área∗eprom
Área =9.975∗9.975=99.501cm2
Volumen=99.501∗1.975=196.514475cm3
Datos Muestra Li(cm) 9,97L2(cm) 9,98Lprom 9,975área (cm2) 99,500625e1(espesor(cm)) 1,99e2(espesor (cm)) 1,96eprom(cm) 1,975volumen(cm3) 196,5137344
Deformación :
ε=deformacion unitaria
Lo=longitudinicial
δ=elongacion
δ=0.2mm
Lo=9.975cm( 10mm1cm )=99.75mm
ε= δLo
= 0.299.7
Carga por Normal (kg) :
Brazode palanca=10veces el σ
Brazode palanca=20kg
σ=2kg
Normal=Lecturade normal∗brazo de palanca
Carga por Cortante(kg) :
Cortante=−5.14413+0.25054∗Lectura Cortante−0.0000792959∗(LecturaCortante)2+4.13745E-8
Esfuerzonormal :
σ= normalárea corregida
= Kg
cm2
Esfuerzocortante :
σ= cortanteárea corregida
= Kg
cm2
Lectura a 0.2
Lectura normal
Lectura cortante Deformación
Normal(Kg)
Cortante (Kg)
Área corregida
(cm2)
Esfuerzo normal
(Kg/cm2)
Esfuerzo cortante(kg/cm2
)
0 4 86 0,0000 80 15,8145 99,5006 0,8040 0,15890,2 4 118 0,0020 80 23,3136 99,4806 0,8042 0,23440,4 3,99 130 0,0040 79,8 26,0839 99,4606 0,8023 0,26230,6 3,97 150 0,0060 79,4 30,6503 99,4406 0,7985 0,30820,8 3,93 191 0,0080 78,6 39,8132 99,4206 0,7906 0,4005
1 3,91 226 0,0100 78,2 47,4242 99,4006 0,7867 0,47711,2 3,9 319 0,0120 78 66,7038 99,3806 0,7849 0,67121,4 3,89 360 0,0140 77,8 74,7678 99,3606 0,7830 0,75251,6 3,89 373 0,0160 77,8 77,2690 99,3406 0,7832 0,77781,8 3,9 381 0,0180 78 78,7948 99,3206 0,7853 0,7933
2 3,9 413 0,0201 78 84,7969 99,3006 0,7855 0,85392,2 3,9 422 0,0221 78 86,4557 99,2806 0,7857 0,87082,4 3,9 431 0,0241 78 88,1016 99,2606 0,7858 0,88762,6 3,9 437 0,0261 78 89,1918 99,2406 0,7860 0,89872,8 3,91 443 0,0281 78,2 90,2763 99,2206 0,7881 0,9099
3 3,91 449 0,0301 78,2 91,3550 99,2006 0,7883 0,92093,2 3,91 455 0,0321 78,2 92,4281 99,1806 0,7885 0,93193,4 3,91 461 0,0341 78,2 93,4954 99,1606 0,7886 0,94293,6 3,91 466 0,0361 78,2 94,3805 99,1406 0,7888 0,95203,8 3,92 470 0,0381 78,4 95,0857 99,1206 0,7910 0,9593
4 3,92 475 0,0401 78,4 95,9636 99,1006 0,7911 0,96834,2 3,92 479 0,0421 78,4 96,6631 99,0806 0,7913 0,97564,4 3,92 483 0,0441 78,4 97,3601 99,0606 0,7914 0,9828
4,6 3,92 488 0,0461 78,4 98,2277 99,0406 0,7916 0,99184,8 3,93 493 0,0481 78,6 99,0914 99,0206 0,7938 1,0007
5 3,93 497 0,0501 78,6 99,7795 99,0006 0,7939 1,0079
5,2 3,93 501 0,0521 78,6100,465
0 98,9806 0,7941 1,0150
5,4 3,93 505 0,0541 78,6101,148
1 98,9606 0,7943 1,0221
5,6 3,94 509 0,0561 78,8101,828
5 98,9406 0,7964 1,0292
5,8 3,94 512 0,0581 78,8102,337
2 98,9206 0,7966 1,0345
6 3,94 516 0,0602 78,8103,013
2 98,9006 0,7968 1,0416
6,2 3,94 519 0,0622 78,8103,518
6 98,8806 0,7969 1,0469
6,4 3,94 521 0,0642 78,8103,854
7 98,8606 0,7971 1,0505
6,6 3,95 524 0,0662 79104,357
7 98,8406 0,7993 1,0558
6,8 3,95 527 0,0682 79104,859
2 98,8206 0,7994 1,0611
7 3,95 530 0,0702 79105,359
4 98,8006 0,7996 1,0664
7,2 3,95 533 0,0722 79105,858
1 98,7806 0,7998 1,0716
7,4 3,96 535 0,0742 79,2106,189
7 98,7606 0,8019 1,0752
7,6 3,96 537 0,0762 79,2106,520
8 98,7406 0,8021 1,0788
7,8 3,96 539 0,0782 79,2106,851
2 98,7206 0,8023 1,0824
8 3,96 541 0,0802 79,2107,181
0 98,7006 0,8024 1,0859
8,2 3,96 544 0,0822 79,2107,674
4 98,6806 0,8026 1,0911
8,4 3,97 546 0,0842 79,4108,002
6 98,6606 0,8048 1,0947
8,6 3,97 547 0,0862 79,4108,166
5 98,6406 0,8049 1,0966
8,8 3,97 550 0,0882 79,4108,657
1 98,6206 0,8051 1,1018
9 3,98 552 0,0902 79,6108,983
3 98,6006 0,8073 1,1053
9,2 3,98 554 0,0922 79,6109,309
0 98,5806 0,8075 1,1088
9,4 3,98 555 0,0942 79,6109,471
6 98,5606 0,8076 1,1107
9,6 3,99 557 0,0962 79,8109,796
2 98,5406 0,8098 1,1142
9,8 3,99 559 0,0982 79,8110,120
3 98,5206 0,8100 1,1177
10 3,99 560 0,1003 79,8110,282
1 98,5006 0,8101 1,1196
10 3,99 562 0,1023 79,8110,605
2 98,4806 0,8103 1,1231
10 3,99 564 0,1043 79,8110,927
7 98,4606 0,8105 1,1266
11 3,99 566 0,1063 79,8111,249
5 98,4406 0,8106 1,1301
11 3,99 568 0,1083 79,8111,570
7 98,4206 0,8108 1,1336
11 3,99 569 0,1103 79,8111,731
1 98,4006 0,8110 1,1355
11 3,99 570 0,1123 79,8111,891
3 98,3806 0,8111 1,1373
11 3,99 571 0,1143 79,8112,051
4 98,3606 0,8113 1,1392
12 3,98 573 0,1163 79,6112,371
0 98,3406 0,8094 1,1427
12 3,98 574 0,1183 79,6112,530
6 98,3206 0,8096 1,1445
12 3,98 576 0,1203 79,6112,849
2 98,3006 0,8098 1,1480
12 3,98 577 0,1223 79,6113,008
3 98,2806 0,8099 1,1499
12 3,98 578 0,1243 79,6113,167
3 98,2606 0,8101 1,1517
13 3,99 579 0,1263 79,8113,326
0 98,2406 0,8123 1,1536
13 3,99 580 0,1283 79,8113,484
6 98,2206 0,8125 1,1554
13 3,99 581 0,1303 79,8113,643
1 98,2006 0,8126 1,1573
13 3,99 583 0,1323 79,8113,959
6 98,1806 0,8128 1,1607
13 3,99 583 0,1343 79,8113,959
6 98,1606 0,8130 1,1609
14 3,99 584 0,1363 79,8114,117
5 98,1406 0,8131 1,1628
14 3,99 585 0,1383 79,8114,275
4 98,1206 0,8133 1,1646
14 3,98 585 0,1404 79,6114,275
4 98,1006 0,8114 1,164914 3,98 586 0,1424 79,6 114,433 98,0806 0,8116 1,1667
0
14 3,98 586 0,1444 79,6114,433
0 98,0606 0,8117 1,1670
15 3,98 587 0,1464 79,6114,590
5 98,0406 0,8119 1,1688
15 3,98 587 0,1484 79,6114,590
5 98,0206 0,8121 1,1690
15 3,98 588 0,1504 79,6114,747
9 98,0006 0,8122 1,1709
15 3,98 588 0,1524 79,6114,747
9 97,9806 0,8124 1,1711
15 3,98 589 0,1544 79,6114,905
1 97,9606 0,8126 1,1730
16 3,98 589 0,1564 79,6114,905
1 97,9406 0,8127 1,1732
16 3,98 590 0,1584 79,6115,062
1 97,9206 0,8129 1,1751
16 3,99 590 0,1604 79,8115,062
1 97,9006 0,8151 1,1753
16 3,99 591 0,1624 79,8115,219
0 97,8806 0,8153 1,1771
16 3,99 592 0,1644 79,8115,375
7 97,8606 0,8154 1,1790
17 3,98 592 0,1664 79,6115,375
7 97,8406 0,8136 1,1792
17 3,98 592 0,1684 79,6115,375
7 97,8206 0,8137 1,1795
17 3,98 592 0,1704 79,6115,375
7 97,8006 0,8139 1,1797
17 3,98 592 0,1724 79,6115,375
7 97,7806 0,8141 1,1799
17 3,98 592 0,1744 79,6115,375
7 97,7606 0,8142 1,1802
18 3,98 592 0,1764 79,6115,375
7 97,7406 0,8144 1,1804
τmax=¿ 1.1804σ=¿ 0.8144
Graficando el esfuerzo cortante en las ordenadas y en las abscisas a la deformación tangencial:
Conclusiones:
La calibración es la operación mediante la cual se determina la deformación del aparato, cuando está sometido a la carga de consolidación de tal manera que para cada carga de consolidación, la deflexión del aparato puede ser sustraída de las deformaciones observadas.En consecuencia sólo se registrará la deformación debida a la consolidación de la muestra para el ensayo completo.
Observaciones:
La prueba de corte directo debe realizarse 3 veces para poder tener un parámetro o criterio para poder comparar, sin embargo por fines prácticos y de tiempo en el laboratorio, solo se realizó una vez, esto con fines demostrativos y de aprendizaje.
La diferencia de peso de la muestra de suelo teórico calculado con el obtenido experimentalmente es de 1.67gr, que es prácticamente 0, pues es menos del 0.5% de la masa total de la muestra
El ángulo de fricción interna del suelo se determina en laboratorios, existen algunas tablas como la de Terzagi.
Densidad relativa ángulo de fricción interna muy suelta < 30 suelta 30-32
media 32-35 densa 35-38 muy densa >38
Esta tabla sirve para estimar el ángulo de fricción interna en material granular.
Bibliografía:
Mecánica de Suelos Tomo 1”, Juárez Badillo, Ed. Limusa, 2005, México D.F.
Mecánica de suelos y cimentaciones, Crespo Villalaz, Ed. Limusa.