Este documento presenta los resultados de un ensayo de corte directo realizado en el laboratorio de Mecánica de Suelos II de la Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco. El ensayo tuvo como objetivo determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna de una muestra de suelo tomada de las ladrilleras Latesa. Se sometieron 3 probetas del suelo a diferentes cargas normales y se midió la resistencia al corte. Los resultados incluyen tablas con los datos de deformación, carga normal y esfuerzo

1. [LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS II] INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA:
Practica N°2 “Ensayo de corte directo”
N° DEL GRUPO :4
CURSO :LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS II
DOCENTE : Ing. MANOLO ROMERO
FECHA DE ENTREGA:09 Noviembre 2012
INTEGRANTES :
Flores Cardenas Flor Marissela 091355
Quispe Yuca Wilzohon 093137
Gonzales Vargas Danni 091581
HaytaraLeonRocio 090617
Labra Zuñiga Ruth Katerin 093127
Paucar Mamani Jhardy Joel 093131
Callo Palomino Roger 093111
CUSCO – PERÚ
2012
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INTRODUCCION
La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una
muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que
existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga.
El ensayo de corte directo se realiza con el objetivo principal de determinar el
valor de la cohesión, así como el ángulo de fricción interna de un suelo
sometido a esfuerzo cortante.
Este ensayo impone sobre un suelo condiciones idealizadas, o sea indica la
ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado.
Sobre este plano actúan dos fuerzas, una normal por una carga vertical
aplicada y un esfuerzo cortante debido a la acción de una carga horizontal.
Como el esfuerzo cortante y el esfuerzo normal tienen el mismo significado en
la construcción del Círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de
ecuaciones para C y tanФ, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados
estos valores para los diferentes ensayos y proponer promedio del valor de la
cohesión en el corte en Y f por la pendiente de esta recta.
Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo,
sometida cada una de ellas a una presión normal diferente, obteniéndose la
relación entre la tensión tangencial de rotura y la tensión normal aplicada.
La evaluación de la resistencia al esfuerzo normal y cortante del suelo, permite
cuantificar parámetros necesarios para solucionar problemas relacionados con
la resistencia del terreno, que nos permite analizar problemas de la estabilidad
de suelos tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras, la
determinación de la capacidad de soporte en cimentaciones, la presión lateral
sobre estructuras de retención de tierras. En presente informe de laboratorio
realizado por nosotros, alumnos de la UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN
ANTONIO ABAD DEL CUSCO, en donde presentamos uno de los tres
ensayos para determinar La resistencia al esfuerzo cortante de suelo, como es
el ensayo de corte directo que es un ensayo más preciso que el ensayo de
compresión simple pero poco menos que el ensayo de compresión triaxial, pero
su estudio es indispensable ya que los resultados son aproximados y nos
pueden dar una idea del comportamiento de suelo al ser sometido a
esfuerzos(cortante y normal), a continuación aremos un ensayo con un tipo de
suelo utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.
El aparato empelado en esta prueba es el ideado por Casa Grande. La muestra
inalterada se coloca en su interior y se somete a un esfuerzo tangencial a una
carga P. haciendo variar las cargas P, se van observando los correspondientes
esfuerzos de rupturas de y con esos valores se traza la envolvente, de los
círculos de Mohr., que dará a conocer el valor de c, ordenada en el origen, y el
ángulo φ de inclinación de la línea.
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1.-OBJETIVOS.
Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del
Suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.
Determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna.
2.-BASE TEORICA
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 postulo que la máxima resistencia al corte, τf, en el plano de
falla, está dada por:
= c + σtgφ…..(1)
Dónde:
σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla.
υ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena)
c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).
Esta es una relaciónempírica 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
cohesiónc para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales
granulares, c = 0 y por lo tanto:
τf = σ tg υ Suelo granular----------(2)
Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, υ = 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). Entonces:
τf = c „+ σ‟ tg υ‟--------------(4)
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APARATO DE CORTE DIRECTO
Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el
suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c‟ y υ‟, cuyos
valores se obtienen del ensayo de corte directo: Aplicando al suelo una fuerza
normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento
vertical de la muestra se lee colocando un deformimetro en el bastidor superior.
El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en
condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada,
parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones
de campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En arenas,
como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado.
3.-EQUIPOS Y MATERIALES
Muestra de suelo inalterado.-La muestra fue obtenida del distrito de San
Jerónimo, específicamente de las ladrilleras “Latesa” a una profundidad
aproximada de 8.50 metros.
Equipo de Corte.- Proporcionara medios para aplicar un esfuerzo normal a las
caras de la muestra. La máquina debe ser capaz de aplicar una fuerza cortante
a la muestra a lo largo de un plano de corte predeterminado, cabe resaltar que
para este ensayo de utilizo un aparato tradicional.
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Caja de Corte.-También llamada como caja de cizalladura está hecha de acero
inoxidable de forma cuadrada.
TAPA
SUPERIOR
CAJA DE
CORTE
Molde.- Tiene una forma cuadrada de dimensiones: 4,9cm de longitud del lado
de la cara interna y 5cm de la cara externa.
Deformímetro.- Nos proporciona los datos de deformación en 0.001pulg que
multiplicado por 25.4 nos da la deformación en milímetros.
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Otros materiales.-Como son cuchillo, calculadora, cámara fotográfica.
4.-METODO
PARA SUELO COHESIVO
1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamaño y en loposible
de la misma densidad, tomadas de una muestra de bloque grande, o de
una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamaño
pueda ser controlado. Cualquier muestra con un peso apreciablemente
diferente de las otras muestras debe descartarse y ensu lugar moldear
otra muestra.
2. Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte superior
de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras
porosas están saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir
las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra.
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2. 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 pistón
de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P.
4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una
pequeñaseparación apenas mayor que el tamaño de la partículamás grande
que presente el suelo. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza
normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte.
Tener cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas
porque parte del material puede salir de la caja por la zona de separación,
utilizar en estos casos cargas verticales pequeñas.
5. Colocar el deformimetro de deformación cortante, fijar en cero el
deformimetro.
6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformimetro de
carga, desplazamiento de corte. Si el ensayo se hace a deformaciónunitaria
controlada tomar estas lecturas al desplazamientos horizontales de 5, 10 y
cada 10 o 20 unidades del deformimetro de desplazamiento horizontal. Utilizar
una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5-2 mm/min.
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5.-RESULTADOS
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
MUESTRA N°1
CARGA VERTICAL 12.738 Kg
DEFORMACION PESO QUE MARCA LA ESFUERZO
DEL DIAL (mm) ROMANA (Kg) CORTANTE ( )
0 0 0.00
0.127 1.0 0.04
0.254 2.0 0.08
0.381 3.8 0.16
0.508 4.3 0.18
0.635 5.8 0.24
0.762 6.1 0.25
0.889 7.5 0.31
1.016 8.0 0.33
1.143 8.7 0.36
1.27 11.0 0.46
1.397 14.0 0.58
1.524 21.8 0.91
1.651 29.5 1.23
1.778 36.8 1.53
1.905 40.0 1.67
2.032 43.8 1.82
2.159 45.9 1.91
MUESTRA N°2
CARGA VERTICAL 23.888 Kg
DEFORMACION DEL PESO QUE MARCA LA ESFUERZO
DIAL (mm) ROMANA (Kg) CORTANTE ( )
0 0.0 0.0
0.127 4.0 0.2
0.254 6.0 0.2
0.381 8.5 0.4
0.508 10.0 0.4
0.635 12.0 0.5
0.762 13.8 0.6
0.889 16.0 0.7
1.016 18.3 0.8
1.143 20.0 0.8
1.27 22.8 0.9
1.397 30.5 1.3
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1.524 35.0 1.5
1.651 42.0 1.7
1.778 43.5 1.8
1.905 45.0 1.9
2.032 47.8 2.0
2.159 50.0 2.1
2.286 51.5 2.1
2.413 52.0 2.2
2.54 53.0 2.2
2.667 54.5 2.3
2.794 55.8 2.3
2.921 56.0 2.3
3.048 58.0 2.4
3.175 60.0 2.5
MUESTRA N°3
CARGA VERTICAL 32.826 Kg
DEFORMACION PESO QUE MARCA LA ESFUERZO
DEL DIAL (mm) ROMANA (Kg) CORTANTE ( )
0 0.0 0.0
0.127 15.8 0.7
0.254 18.0 0.7
0.381 21.0 0.9
0.508 23.0 1.0
0.635 25.0 1.0
0.762 26.3 1.1
0.889 28.3 1.2
1.016 29.3 1.2
1.143 30.0 1.2
1.27 32.5 1.4
1.397 44.0 1.8
1.524 60.0 2.5
1.651 72.3 3.0
1.778 76.0 3.2
1.905 86.0 3.6
2.032 91.0 3.8
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ESFUERZO CORTANTE v/s DEFORMACION
ESFUERZOS CORTANTES (Kg/cm2 ) 4.00
3.50
3.00
2.50
2.00 MUESTRA 1
1.50
MUESTRA 2
1.00
MUESTRA 3
0.50
0.00
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL (mm)
CARGA VERTICAL ESFUERZO VERTICAL (Kg/cm2) ESFUERZO CORTANTE (Kg/cm2)
(kg)
12.738 0.53 1.91
23.888 0.99 2.50
38.826 1.37 3.79
GRAFICO τ vs σ
4.00
y = 2.205x + 0.607
3.50 R² = 0.925
3.00
2.50
τ (Kg/cm2)
2.00
1.50
1.00
0.50
C=0.6072
0.00
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
σ (Kg/cm2)
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6.-OBSERVACIONES
Como no se contó con piedra porosa se utilizó madera.
En la muestra de ensayo se utilizó una arcilla parcialmente saturada
7.-CONCLUSIONES
El ensayo también es usado para dar la resistencia al corte para lo cual
es necesario cortar la muestra de suelo a una velocidad lo
suficientemente lenta para asegurar la disipación inmediata del exceso
de presión intersticial que se produce durante el corte.
Se determinó la Cohesión (0.6077) y el Ángulo de Rozamiento Interno,
permitiendo (65.608°) establecer la resistencia al corte del suelo.
Los resultados nos indican que el esfuerzo cortante es ligeramente
menor al del esfuerzo normal, y que su deformación al corte (la curva) es
de falla gradual o progresiva, teniendo una resistencia media al corte.
El ensayo se hizo en un suelo friccionante-cohesivo (arcilla)
8.-RECOMENDACIONES
Se tuvo problemas en la máquina de corte se recomienda utilizar los
elementos de seguridad.
FUENTE:
Manual de laboratorios de mecánica de suelos en ingeniería civil de
Joseph E. Bowles
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