Practica de Corte directo perteneciente al laboratorio de mecanica de suelos

1. Introducción
Este métododescribe yregulael métodode ensayoparaladeterminaciónde laresistenciaal
corte de una muestrade suelo,sometidapreviamente aunprocesode consolidación,cuando
se le aplicaun esfuerzode cizalladuraocorte directomientrasse permite undrenajecompleto
de ella.El ensayose llevaacabo deformandounamuestraa velocidadcontrolada, cercade un
planode cizalladuradeterminadoporlaconfiguracióndel aparatode cizalladura.
Generalmentese ensayantresomásespecímenes,cadauno bajouna carga normal diferente
para determinarsuefectosobre laresistenciaal corte y al desplazamientoylaspropiedades
de resistenciaapartirde lasenvolventesde resistenciade Mohr.
Los esfuerzosde cizalladuraylosdesplazamientosnose distribuyenuniformementedentrode
la muestray nose puede definirunaalturaapropiadaparael cálculode las deformacionespor
cizalladura.Enconsecuencia,apartirde este ensayonopuedendeterminarse lasrelaciones
esfuerzo-deformaciónocualquierotrovalorasociado,comoel modulode cizalladura.
La determinaciónde lasenvolventesde resistenciayel desarrollode criteriospara interpretar
y evaluarlosresultadosdel ensayose dejanacriterios del ingenieroode la oficina que solicita
el ensayo.
Los resultadosdel ensayopuedenserafectadosporlapresenciade partículasde sueloo
fragmentosde roca,o ambos.
Las condicionesdel ensayo,incluyendolosesfuerzosnormalesylahumedad,son
seleccionadaspararepresentarlascondicionesde campo que se investigan.Lavelocidadde
deformacióndebe serlosuficientemente lentaparaasegurarlas condicionesde drenaje
equivalentesauna presióninstersticial nula.
Objetivos
Objetivogeneral
 Determinarladeformaciónyel ángulode friccióninternoparaunamuestrade arena
seca.
Objetivosespecíficos
 Obtenerlagráficade distribuciónde esfuerzoscortantesvsdeformación,paraunas
determinadascargasaplicadasadichamuestra.
 Encontrar losvaloresmáximosde losesfuerzoscortantesparalas diferentescargas
aplicadas.
 Obtenerlagráficade esfuerzonormal contracortantesmáximos.
Materiales y equipos
Para la realizaciónde dichoensayose emplearonlossiguientesmateriales:
 Aparatode corte directo.
 Caja de corte.
 Tamiz4
 Deformímetrosde carátulacon lecturade 0.01mm de precisión(ó0.0001”).

2.  Equipode cargas.
 Equiponecesarioodisponible paramoldeoocorte de lamuestra.
 Balanza
Procedimiento
Este ensayo consiste en colocar el especimendel ensayo en una caja de cizalladura directa,
aplicarunesfuerzonormal determinado,humedecerodrenarel especimende ensayo,oambas
cosas, consolidar el especimen bajo el esfuerzo normal, soltar los marcos que contienen la
muestra y desplazar un marco horizontalmente respecto al otro a una velocidad constante de
deformación y medir la fuerza de cizalladura y los desplazamientoshorizontales a medida que
la muestra es cizallada.
El procedimientoseguidoparalarealizaciónde este ensayofue el siguiente:
1. Se pesólacaja de corte.

3. 2. Seguidose le agregoel material (arena) yse ajustó.
3. Se volvióapesarel sistemaconel material enella.
4. Se llevóala máquinade corte directoy se ajustóel sistemaenella.
5. Se le aplicóunacarga normal a la muestra.
6. Se le montaron lorespectivospesosal sistema.
7. Se graduóhasta que quedaracompletamentehorizontal.
8. Por últimose tomaronlosdatos que lamaquinanosarrojó.
Cálculos
Primerotomamoslosvaloresde ladeformaciónylospasamosa cm, luegohacemosel área
corregidoque seráde
𝐴𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = (𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜 − 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛)∗ 𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜
Calculamoslacarga cortante a partir de la lecturadial de carga con la siguiente ecuación
0.4135 ∗ 𝑋 + 1.9927
Donde x es el valorde la lectura.
La velocidadde cargade la maquinaesde 0.75mm/min
Ahorapara el esfuerzocortante tenemosque:
𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 =
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
𝐴𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎
Ahora para el esfuerzonormal tenemosque:
𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 =
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙
𝐴𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎
Para el cálculode la deformaciónunitariase usa6.1 como 100 % y se comparacon la lectura
del deformimetro
En laboratoriosolose obtiene lalecturadial.
Para la carga de 20 kg:
deformimmetro
(mm)
lectura dial
(*0.002mm)
Carga
Cortante
(kg)
Area
corregida
(cm2)
Esf.Cortante
(kg/cm2)
Esf. Normal
(kg/cm2)
Deformacion
Unitaria (%)
0 0 0 0 0 0 0
0.1 4.2 3.729 37.149 0.1004 0.5384 0.164
0.2 7.1 4.929 37.088 0.1329 0.5393 0.328
0.3 9 5.714 37.027 0.1543 0.5401 0.492
0.4 10.1 6.169 36.966 0.1669 0.5410 0.656
0.5 11.5 6.748 36.905 0.1828 0.5419 0.820
0.6 12.4 7.120 36.844 0.1932 0.5428 0.984

4. 0.7 13.1 7.410 36.783 0.2014 0.5437 1.148
0.8 15 8.195 36.722 0.2232 0.5446 1.311
0.9 16.2 8.691 36.661 0.2371 0.5455 1.475
1 17 9.022 36.600 0.2465 0.5464 1.639
1.25 19.1 9.891 36.448 0.2714 0.5487 2.049
1.5 21.1 10.718 36.295 0.2953 0.5510 2.459
1.75 22.8 11.421 36.143 0.3160 0.5534 2.869
2 24.2 11.999 35.990 0.3334 0.5557 3.279
2.5 26.9 13.116 35.685 0.3675 0.5605 4.098
3 28.9 13.943 35.380 0.3941 0.5653 4.918
3.5 30.9 14.770 35.075 0.4211 0.5702 5.738
4 32.8 15.556 34.770 0.4474 0.5752 6.557
5 36.1 16.920 34.160 0.4953 0.5855 8.197
6 34.8 16.383 33.550 0.4883 0.5961 9.836
7 42.5 19.566 32.940 0.5940 0.6072 11.475
8 45.6 20.848 32.330 0.6449 0.6186 13.115
9 48 21.841 31.720 0.6885 0.6305 14.754
Para la carga de 40 kg
deformimmetro
(mm)
lectura dial
(*0.002mm)
Carga
Cortante (kg)
Area
corregida
(cm2)
Esf.Cortante
(kg/cm2)
Esf. Normal
(kg/cm2)
Deformacion
Unitaria (%)
0 0 0 0 0 0 0
0.1 11.5 6.748 37.149 0.1816 1.0767 0.164
0.2 14 7.782 37.088 0.2098 1.0785 0.328
0.3 16.5 8.815 37.027 0.2381 1.0803 0.492
0.4 18.5 9.642 36.966 0.2608 1.0821 0.656
0.5 20.6 10.511 36.905 0.2848 1.0839 0.820
0.6 22.6 11.338 36.844 0.3077 1.0857 0.984
0.7 24.2 11.999 36.783 0.3262 1.0875 1.148
0.8 26 12.744 36.722 0.3470 1.0893 1.311
0.9 27.8 13.488 36.661 0.3679 1.0911 1.475
1 29 13.984 36.600 0.3821 1.0929 1.639
1.25 32.7 15.514 36.448 0.4257 1.0975 2.049
1.5 35.7 16.755 36.295 0.4616 1.1021 2.459
1.75 39.1 18.161 36.143 0.5025 1.1067 2.869
2 42 19.360 35.990 0.5379 1.1114 3.279
2.5 47.3 21.551 35.685 0.6039 1.1209 4.098
3 51.4 23.247 35.380 0.6571 1.1306 4.918
3.5 55.1 24.777 35.075 0.7064 1.1404 5.738
4 58 25.976 34.770 0.7471 1.1504 6.557
5 63.6 28.291 34.160 0.8282 1.1710 8.197
6 67.5 29.904 33.550 0.8913 1.1923 9.836
7 73 32.178 32.940 0.9769 1.2143 11.475
8 75.8 33.336 32.330 1.0311 1.2372 13.115
9 79.1 34.701 31.720 1.0940 1.2610 14.754

5. Para la carga de 80 kg
deformimmetro
(mm)
lectura dial
(*0.002mm)
Carga
Cortante (kg)
Area
corregida
(cm2)
Esf. Cortante
(kg/cm2)
Esf. Normal
(kg/cm2)
Deformacion
Unitaria (%)
0 0 0 0 0 0 0
0.1 16 8.609 37.149 0.2317 2.1535 0.164
0.2 23 11.503 37.088 0.3102 2.1570 0.328
0.3 28 13.571 37.027 0.3665 2.1606 0.492
0.4 32.2 15.307 36.966 0.4141 2.1642 0.656
0.5 36.6 17.127 36.905 0.4641 2.1677 0.820
0.6 40 18.533 36.844 0.5030 2.1713 0.984
0.7 43.8 20.104 36.783 0.5466 2.1749 1.148
0.8 47.5 21.634 36.722 0.5891 2.1785 1.311
0.9 50.4 22.833 36.661 0.6228 2.1822 1.475
1 54 24.322 36.600 0.6645 2.1858 1.639
1.25 61 27.216 36.448 0.7467 2.1949 2.049
1.5 67.8 30.028 36.295 0.8273 2.2042 2.459
1.75 73.8 32.509 36.143 0.8995 2.2135 2.869
2 78.7 34.535 35.990 0.9596 2.2228 3.279
2.5 87 37.967 35.685 1.0640 2.2418 4.098
3 93.9 40.820 35.380 1.1538 2.2612 4.918
3.5 100.2 43.425 35.075 1.2381 2.2808 5.738
4 105.5 45.617 34.770 1.3120 2.3008 6.557
5 114 49.132 34.160 1.4383 2.3419 8.197
6 122.5 52.646 33.550 1.5692 2.3845 9.836
7 133.1 57.030 32.940 1.7313 2.4287 11.475
8 140.1 59.924 32.330 1.8535 2.4745 13.115
9 143.9 61.495 31.720 1.9387 2.5221 14.754
Ahorarepresentaremosestosdatoslasiguiente graficaque ala cual se le denominaraesfuerzo
cortante vs deformación:

6. Lo cual de estagrafica tomaremosunpuntomáximoporcada curva locual estánenla
siguiente tabla:
carga
(kg)
Puntos picos
(kg/cm2)
Esfuerzo Normal
(kg/cm2)
20 0.688547 0.63051702
40 1.093964 1.26103405
80 1.938693 2.5220681
Con estosdatosque tenemosenlatablaanteriornossirvenparagraficar de resistenciaal
corte locual seráde la siguiente forma:
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5
Esfuerzocortante(kg/cm2)
Deformcion (mm)
80 kg
20 kg
40 kg

7. Esta grafica nospermite encontrarel valordel ángulode friccióninternaentre partículasa
partir de la ecuación y= 0.6622x + 0.2662
∅ = 𝑡𝑎𝑛−1(0.6622) = 33°30′45′′
Esta mismanos permite decirque lacohesiónCde este suelo yes0.2662 kg/cm2
Conclusión
Con losdatosanteriormente calculadospodemosinferirunaserie de observacionestales:
Al graficar losrespectivosesfuerzoscortantesalosque estasoportadonuestramuestracontra
la deformaciónque ocurre endichamuestraal aplicarle una carga, se observaunatendencia
de proporcionalidad,esdecir,que amedidaque aumentael esfuerzosobre lamasade suelo
se incrementadichadeformaciónhastaalcanzarel máximovalorde esfuerzosoportadoporel
sueloya partir del cual la deformación comienzaapresentarcaracterísticasconstantes
evidenciadasenlagráficacon locual se sustentao se suscitael hechode que la curva se
comportaconstante hacia arriba.
Los valoresde lospuntosmáximosenlasrespectivascurvasde cortante contradeformación
implicanque al aplicarunacarga muchomayor que la anteriorlaresistenciaal cortante
aumentaraproporcionalmente al aumentarlacarga aplicada,hastael instante donde las
cargas actuante se igualana laresistenciapresentadaporel suelo,esdecir,se presentauna
fallaenla configuraciónestructural internadel suelo.
Con losrespectivosesfuerzoscortantesmáximosobtenidosenlarespectivagraficacortante vs
deformación,yal graficarestosenfuncióndel esfuerzonormal se obtuvouna líneade
y = 0.6622x + 0.2662
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Esfuerzocortante(kg/cm2)
Esfuerzo Normal (kg/cm2)
Linea de resistencia al corte
linea de resistencia
C

8. tendencia,lacual nopasa por el origende losejescoordenadoslosque nosratificaque este
suelopresentacohesión,además,laecuaciónde laanteriorlíneade tendenciaestádadapor y
= 0.6622x + 0.2662, donde latangente de lapendiente(0,6622) arroja como resultadola
magnituddel Angulode friccióninternade aproximadamente 33.30°,
Comouna posible fuente de errorpodríamosidentificarlossiguientesfactores:
 Lecturas erróneasenlastomasde datos.
 Des-calibracióndeldeformimetroprevioasuuso.
 No realizarcorrectamente el procesode reacomodamientode laspartículas
 de la arena enel molde.
El ensayode corte directocumplióacabalidadlosobjetivospropuestosal iniciode lapráctica,
se logro determinarlamagnituddel ángulode fricciónpreexistente enel interiorde la
estructuraenuna muestrade sueloarenosoysuelta.Locual induce a una cohesiónde 0.27
kg/cm2 .
Recomendaciones
Para mejorarel grado de confiabilidadde losresultadosobtenidosenel laboratorionosotros
recomendamos:
 Realizarlecturasconfiablesenel Deformímetrode caratula.
 Hacer un buenmontaje del sistemaala hora de colocar lamuestra.
 Seguirtodaslasespecificacionesde lanorma,para que no se produzcanerrores
considerables,yaque al hacerun área pequeñaestostomaranmayorimportancia.
 Dar los golpesestipuladosparalacolocaciónde la arenadensaen lacaja.