50
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO : CIENCIAS DE LA INGENIERÍA. CURSO : MECÁNICA DE SUELOS II. TEMA : RESISTENCIA CORTANTE – INFORME Nº 03 PRÁCTICAS : EXPERIMENTO DE COMPRESIÓN INCONFINADA Y ENSAYO DE CORTE DIRECTO. ALUMNOS : EDQUÉN CHÁVEZ, EDIN OSWALDO. JARA HONORES, CHRISTIAN. MARÍN VIGO, JOHANES. MONTENEGRO FERNÁNDEZ, JUAN CARLOS. VÁSQUEZ FERNÁNDEZ, ELMER HRISTO. DOCENTE : INGENIERO RAÚL VALERA GUERRA. CICLO : 2015-II FECHA: NOVIEMBRE DEL 2015 CAJAMARCA – PERÚ

Ensayos de Compresión Simple y Corte Directo

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Es un informe de Laboratorio del Curso de Mecánica de Suelos II, en el cual se determinó la resistencia cortante de una muestra de suelo cohesivo aplicando el Método de Compresión Inconfinada y el Método de Corte Directo.

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO : CIENCIAS DE LA INGENIERÍA.

CURSO : MECÁNICA DE SUELOS II.

TEMA : RESISTENCIA CORTANTE – INFORME Nº 03

PRÁCTICAS : EXPERIMENTO DE COMPRESIÓN INCONFINADA Y ENSAYO DE CORTE DIRECTO.

ALUMNOS : EDQUÉN CHÁVEZ, EDIN OSWALDO. JARA HONORES, CHRISTIAN. MARÍN VIGO, JOHANES. MONTENEGRO FERNÁNDEZ, JUAN CARLOS. VÁSQUEZ FERNÁNDEZ, ELMER HRISTO.

DOCENTE : INGENIERO RAÚL VALERA GUERRA.

CICLO : 2015-II

FECHA: NOVIEMBRE DEL 2015CAJAMARCA – PERÚ

EXPERIMENTO DE COMPRESIÒN ICONFINADA Y ENSAYO DE CORTE DIRECTO.

I.- INTRODUCCIÓN:

Cuando sometemos una masa de suelo a un incremento de presiones producida por algún tipo de estructura u obra de ingeniería, se generan en el suelo en cuestión, esfuerzos que tratarán de mantener el equilibrio existente antes de aplicada la solicitación externa. Cuando la carga exterior aplicada tiene una magnitud tal que supera a la resultante de los esfuerzos interiores de la masa de suelos, se romperá el equilibrio existente y se producirá lo que denominaremos, de aquí en adelante, Planos de Falla o de deslizamiento que no son otra cosa que planos en los cuales una masa de suelo tuvo un movimiento relativo respecto de otra. Es decir, que en estos planos de falla, las tensiones internas originadas por una solicitación externa sobrepasaron los límites máximos de las tensiones que podría generar el suelo en las condiciones en que se encuentra.

En todos los casos las solicitaciones internas que se pueden generar son tres: Tensiones normales (σ), tensiones tangenciales (τ) y tensiones neutras (u). Las primeras pueden ser de compresión o de tracción y actúan siempre en forma normal al plano que estamos considerando. Las segundas son las tensiones de corte y se ubican siempre en forma paralela y coinciden con el plano considerado. La tercera en cambio se debe al incremento o decremento de presión que se produce en el agua de los poros del suelo, cuando el plano que consideramos se encuentra sumergido y como es una presión hidrostática actúa en todas direcciones.

En el presente informe se detallará el proceso para hallar experimentalmente la tensión de corte o resistencia cortante de una muestra de suelo cohesivo, aplicando dos ensayos de laboratorio: El ensayo de Compresión Inconfinada o Compresión Simple y el ensayo de Corte Directo.

II.- OBJETIVOS:

A. OBJETIVO GENERAL:

- Evaluar la resistencia al corte de suelos cohesivos.

B. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

B.1. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA:

- Hallar aproximadamente la resistencia al corte de una muestra de suelo cohesivo, aplicando el método de Compresión Inconfinada.

- Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada.

- Obtener datos a partir del ensayo y anotarlos en un registro ordenado de acuerdo a un método establecido.

- Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.

- Construir el gráfico esfuerzo-deformación a partir de los datos obtenidos de la experiencia y de las fórmulas teóricas necesarias.

B.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

- Determinar los parámetros de resistencia (φ y c) de una muestra de suelo cohesivo, mediante el método de Corte Directo.

- Obtener la gráfica de distribución de esfuerzos cortantes vs deformación para diferentes cargas aplicadas a dicha muestra.

- Encontrar los valores máximos de los esfuerzos cortantes para las diferentes cargas aplicadas.

III.- MARCO TEÓRICO:

A. EXPERIMENTO DE COMPRESIÓN INCONFINADA:

Figura nº 01: máquina de Compresión Inconfinada.

Cuando se introdujo por primera vez el método de ensayar muestras de suelo cohesivo recuperadas con tubos del campo en compresión simple, fue aceptado ampliamente como un medio para determinar rápidamente la resistencia al corte de un suelo. Utilizando la construcción del círculo de Mohr, es evidente que la resistencia al corte o cohesión (símbolo c) de una muestra de suelo puede ser calculada aproximadamente como:

c=qu2

Donde quse utiliza siempre como el símbolo para representar la resistencia a la Compresión Inconfinada del suelo. Este cálculo se basa en el hecho que el esfuerzo principal menor σ 3 es cero (atmosférico) y que el ángulo de fricción interna ϕ del suelo se supone cero. Esta condición ϕ = 0 es la misma obtenida en el ensayo no consolidado no drenado del ensayo triaxial sin medición de poro sobre un suelo saturado; así, para darle al ensayo de compresión inconfinada más dignidad, se le llama a menudo "no drenado" o ensayo UU. Cuando se tuvo más conocimiento sobre el comportamiento del suelo, se hizo evidente que el ensayo de compresión inconfinada generalmente no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte del suelo por al menos las siguientes tres razones:

1. El efecto de la restricción lateral provista por la masa de suelo sobre la muestra se pierde cuando la muestra es removida del terreno. Existe sin embargo la opinión de que la humedad del suelo le provee un efecto de tensión superficial (o confinamiento) de forma que la muestra está algo "confinada". Este efecto debería ser más pronunciado si la muestra está saturada o cercana a ella. Este efecto dependerá también de la humedad relativa del área del ensayo, lo cual hace su evaluación cuantitativa más difícil.

2. La condición interna del suelo (grado de saturación, presión del agua de los poros bajo esfuerzos de deformación, y efectos de alteración del grado de saturación) no pueden controlarse.

3. La fricción en los extremos de la muestra producida por las placas de carga origina una restricción lateral sobre los extremos que altera los esfuerzos internos en una cantidad desconocida.

Los errores producidos por los dos primeros factores citados arriba pueden eliminarse o por lo menos reducirse utilizando los ensayos de compresión confinados (o triaxial). El tercer aspecto ha sido objeto de considerable investigación, y actualmente se piensa que este factor no es tan importante como podría a primera vista suponerse. Es posible fabricar platinas especiales de apoyo para reducir los efectos de fricción si se desean resultados experimentales muy refinados.

El ensayo de compresión inconfinada se utiliza ampliamente porque constituye un método rápido y económico de obtener aproximadamente la resistencia al corte de un suelo cohesivo. De paso, debería destacarse que mientras los resultados del ensayo de compresión inconfinada pueden tener poca confiabilidad, existen muy pocos métodos de ensayo que permitan resultados mucho mejores, a menos que se refinen considerablemente los procedimientos y esfuerzos del ensayo (de los técnicos de laboratorio). Los resultados de resistencia al corte a partir de ensayos de compresión inconfinada son razonablemente confiables si se interpretan adecuadamente y se reconoce que el ensayo tiene ciertas deficiencias. Por ejemplo, el uso de una curva de esfuerzo-deformación unitaria basada en el ensayo de compresión inconfinada para obtener un módulo de elasticidad (más correctamente un módulo de deformación unitaria, ya que el suelo no es un material elástico para las deformaciones unitarias asociadas usualmente con este tipo de ensayos) dará, en general, un valor muy poco confiable.

El ensayo de compresión inconfinada puede hacerse con control de deformación unitaria o con control de esfuerzo. El ensayo de deformación unitaria controlada es casi universalmente utilizado, pues es una simple cuestión de acoplar una relación de engranaje adecuada a un motor y controlar la velocidad de avance de la plataforma de carga. Se ha encontrado que el ensayo es bastante sensible a la tasa de deformación unitaria, pero una tasa de deformación unitaria entre 0.5 y 2%/min (es decir, un espécimen de 50 mm a una tasa de deformación unitaria de 1% debería comprimirse a una velocidad de 0.50 mm/ min), parece brindar- resultados satisfactorios. Como las muestras del ensayo de compresión inconfinada se exponen usualmente al aire seco del laboratorio (baja humedad), deberían llevarse a falla antes de 10 min; de otra forma, el cambio en el contenido de humedad podría afectar la resistencia a la compresión inconfinada (aumentarla usualmente).

Un ensayo de esfuerzo controlado requiere cambios en los incrementos de carga y puede causar una respuesta errática en deformaciones unitarias y/o la resistencia última cayendo entre dos incrementos de esfuerzo. Las cargas se aplican a través de un aparato/yunque de carga muerta y la carga real se puede obtener por adición de agua a un recipiente o por almacenamiento de pesas en un soporte colgante, ambos métodos producen "una carga de impacto" a la muestra, son difíciles de aplicar, y por estas varias razones, los ensayos de esfuerzo controlado se utilizan muy raramente en cualquier tipo de ensayo de suelos.

Las muestras de suelos (y obviamente solo suelos ϕ-c, o cohesivos de ϕ = 0 aparente pueden ensayarse de esta forma) se prueban hasta que la carga en la muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos se haya desarrollado una deformación unitaria del

20% [para una muestra de 76 mm de longitud, un 20%. de deformación unitaria implica un acortamiento axial total de 0.20 (76) = 15.2 mm].

Se efectúan los cálculos de esfuerzo y deformación unitaria axial de forma que se pueda dibujar una curva esfuerzo-deformación unitaria para obtener el máximo esfuerzo (a menos que ocurra primero el 20% de la deformación unitaria) que se toma como la resistencia a la compresión inconfinada qu del suelo. La curva esfuerzo-deformación unitaria se dibuja para obtener un valor "promedio" de qu mayor para tomar simplemente el valor máximo de esfuerzo de la hoja del formato de cálculo. La deformación unitaria ɛ se calcula de la mecánica de materiales como:

ɛ= ΔLL0

Dónde: ΔL = deformación total de la muestra (axial), en mmL0 = longitud original de la muestra, en mm.

El esfuerzo instantáneo σ del ensayo sobre la muestra se calcula como:

σ= PA

(KPa)

Dónde: P = carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor de ΔL, en kN.A'= área de la sección transversal de la muestra para la carga correspondiente P, en m2.

En mecánica de suelos es práctica convencional corregir el área sobre la cual actúa la carga P. Esto no se hace cuando se ensayan metales en tensión. Una de las razones para esta corrección de área es la de permitir cierta tolerancia sobre la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno. Aplicar esta corrección al área original de la muestra es algo conservativo también pues la resistencia última calculada de esta forma será menor que la que se podría calcular utilizando el área original. El área original A0 se corrige considerando que el volumen total del suelo permanece constante. El volumen total inicial de la muestra es:

V T=A0 L0Pero después de algún cambio ΔL en la longitud de la muestra:

V T=A ¿¿ ΔL)

Igualando las ecuaciones anteriores, cancelando términos y despejando el área corregida A`, se obtiene:

A =A01−ɛ

La relación longitud-diámetro de las muestras para el ensayo debería ser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° de la Figura Nº 02 y suficientemente corta para no obtener falla de "columna". La relación L/d que satisface estos criterios es:

2< L/d < 3

Figura nº 02: relaciones de L/d para cualquier ensayo.

La Figura Nº 03 da detalles esquemáticos de un ensayo de compresión inconfinada. En el ensayo se coloca una muestra de longitud adecuada entre dos placas (aparatos para transferir la carga al suelo), con piedras porosas insertadas como se muestra, a discreción del laboratorista. Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma crecientemente, se obtienen cargas correspondientes. Para una cantidad considerable de ensayos de terreno se llevan al terreno, aparatos portátiles de compresión, se ensayan las muestras a la falla, y se registran las cargas de "falla" y deformación. Estos datos se utilizan para calcular las fallas corregidas A' y la resistencia a la compresión inconfinada qu sin dibujar la curva esfuerzo-deformación unitaria.

Figura nº 03: esquema de un ensayo de Compresión Inconfinada.

La resistencia a la compresión inconfinada se emplea también para calificar la consistencia del suelo como muy blanda, blanda, mediana, firme, muy firme y dura de acuerdo con el valor obtenido en la siguiente forma:

RESISTENCIA ALA COMPRESION INCONFINADA

(kPa)MUY BLANDA < 0.25 < 25BLANDA 0.25- 0.50 25 - 50MEDIANA 0.50 - 1.0 50 - 100FIRME 1.0 - 2.0 100 - 200MUY FIRME 2.0 - 4.0 200 - 400DURA > 4.0 > 400

CONSISTENCIA DEL SUELO

Kg/cm²

Figura nº 04: máquina de Corte directo.

B. ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

Figura nº 05: máquina de Corte directo.

El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas que se muestran en la Fig. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos) — uno normal debido a una carga vertical PV , aplicada externamente y uno cortante debido a la aplicación de una carga horizontal Pht. Estos esfuerzos se calculan simplemente como:

σ=PVA

Y τ=PhA

Dónde: A: área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra PH.

Estos esfuerzos deberían satisfacer la ecuación de Coulomb del experimento:

τ=c+σ ntanφ

Dónde: σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla. φ = Es el ángulo de fricción del suelo c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla).

Como en esta ecuación existen dos cantidades desconocidas (c y φ), se requiere obtener dos valores, como mínimo, de esfuerzo normal y esfuerzo cortante para obtener una solución.

Como el esfuerzo cortante τ y el esfuerzo normal σv tienen el mismo significado dado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultáneas para c y tg φ, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados los valores de τ contra σn para los diferentes ensayos (generalmente con τ como ordenada), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos resultantes, o del promedio del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y el intercepto con el eje τ como la cohesión c. Así se consigue una solución gráfica de esta ecuación.

En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:τ=σ n tanφ…suelo granular

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, φ = 0, luego: τ=c…suelo cohesivo puro

Pueden clasificarse como sigue:

1. Ensayos no consolidados-no drenados o ensayos U: El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal Pv. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial no consolidado- drenado.

2. Ensayo consolidado-no drenado: Se aplica la fuerza normal, y se observa el movimiento vertical del deformírnetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado-no drenado y consolidado-drenado.

3. Ensayo consolidado-drenado: La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica la fuerza cortante tan lento como sea

posible para evitar las presiones de poros en la muestra. Ensayo análogo al triaxial consolidado-drenado.

Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida.

Figura nº 06: esquema de un ensayo de Corte directo.

En la figura nº 05 se aprecian los siguientes componentes: (a) Deformímetro para medir desplazamientos verticales, (b) barra de carga, (c) pasadores de alineación, (d) tornillos para separar las partes de la caja de corte, (e) bordes estríados para retener la muestra, (f) espacio mayor que el tamaño de la máxima partícula en la muestra, (g) Deformímetro, (h) juego de tornillos para fijar en posición la cabeza de carga.

IV.- MATERIALES Y EQUIPOS:

Para la realización de dicho ensayo se emplearon los siguientes materiales:

A. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA:

MÁQUINA DE COMPRESIÓN ENCOFINADA: Es una máquina de compresión que tiene un sistema de lectura de carga de rango suficientemente bajo para obtener lecturas de carga aproximada. Contiene un Deformímetro de carátula cuya lectura tiene la precisión de 0.01 mm/división.

Foto nº 01: Máquina de Compresión Inconfinada.

Figura nº 07: Deformímetro de carátula.

B. ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

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. 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.

Foto nº 02: Máquina de Corte Directo.

Este dispositivo consta de las siguientes partes:

- 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. La velocidad de aplicación

de la carga, depende de las características de consolidación del suelo.

- 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.

- 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.

Foto nº 03: Anillos para el tallado de la muestra.

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.

Foto nº 04: Caja de corte y papel filtro. PIEDRAS POROSAS Y PAPEL FILTRO: 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. El diámetro de la piedra porosa en la parte superior de la muestra será de 0.2 mm a 0.5 mm menor del diámetro dentro del anillo. La piedra porosa también deberá ayudar a transferir el esfuerzo de corte a la muestra, por lo cual deberá ser lo suficientemente tosca para desarrollar un enclavamiento.

Foto nº 05: Piedras porosas.

BALANZA: Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % de la masa de la probeta.

Foto nº 06: Balanza de 0,1 gr de precisión.

V.- PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS:

A. PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA:

1. Preparar dos muestras de tubo con relación L/d entre dos y tres (o utilizar la muestra de laboratorio provista por el instructor).

2. Colocar las muestras en recipientes húmedos para prevenir su desecamiento mientras se espera turno para la máquina de compresión. Calcular la deformación correspondiente al 20% de deformación unitaria para las muestras mientras se espera turno para la máquina, de forma que se pueda saber cuándo terminar el ensayo si la muestra recibe carga sin mostrar un pico antes que dicha deformación unitaria suceda. Calcular la densidad de las muestras y pesar dos latas de contenido de humedad de forma que se pueda determinar el contenido de humedad de la muestra después de terminar el ensayo.

3. Alinear cuidadosamente la muestra en la máquina de compresión. Si los extremos no son perfectamente perpendiculares al eje del espécimen, la parte inicial de la curva de esfuerzo-deformación unitaria será plana (hasta que el área total de la muestra contribuya a la resistencia al esfuerzo, las deformaciones unitarias serán demasiado grandes para el esfuerzo calculado).

4. Establecer el cero en el equipo de carga (deformímetro de carátula para registrar la deformación de un anillo de carga) y establecer el cero en el deformímetro. En este momento es necesario aplicar una carga muy pequeña sobre la muestra (del orden de una unidad del deformímetro de carga, o quizá 0.5 kg para una celda de carga).Prender la máquina y tomar lecturas en los deformímetros de carga y deformación hasta que suceda uno de los siguientes:

- La carga sobre la muestra decrece significativamente.- La carga se mantiene constante por cuatro lecturas.- La deformación sobrepasa significativamente el 20% de la def.

unitaria.

5. Calcular la deformación unitaria, el área corregida, y el esfuerzo unitario, para suficientes lecturas (unos 8 a 10 puntos bien espaciados) para definir la curva esfuerzo-deformación unitaria adecuadamente, mostrar qu como el esfuerzo pico en cada ensayo y mostrar el valor promedio de qu para ambos ensayos.

6. Dibujar el círculo de Mohr utilizando el qu promedio y mostrar la cohesión del suelo.

B. RESULTADOS DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA:

TABLA Nº 01: INFORMACIÓN GENERAL.

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO: CC DE LA INGENIERÍAASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS II

PROYECTO:ESTUDIO DE SUELOS:RESISTENCIA

CORTANTE ENSAYO:Compresión Inconfinada

UBICACIÓN: CIUDAD UNIVERSITARIA UNC OPERADOR:

GRUPO DE ESTUDIOS A2

CALICATA: A-2 FECHA: 13/11/2015

POZO N° 1 SUELO:ARCILLOSO

OSCURO SIN OLOR

Fuente: Excel.

TABLA Nº 02: MUESTRA DE ENSAYO (INICIO):

DIAM.(pulg): 2,5ALT. (pulg) 6AREA (cm²): 31,67Vm (cm³): 482,6508Wmh (gr): 955

m (gr/cm³): 1,98

s (gr/cm³): 2,67

Fuente: Excel.

TABLA Nº 03: CONTENIDO DE HUMEDAD (INICIO):

Tara N° 1 2 3Wtara (gr) 28 27 27

Wt+Mh (gr): 55 79 73Wt+Ms (gr): 49 69 64w(%): 29% 24% 24%

w(%) PROMEDIO: 26%

Fuente: Excel.

TABLA Nº 04: VELOCIDAD DE CARGA:

Cte. Anillo Carga (kg) 0,1469 x división

Lect. Inicial (Defor.) X 0,001Velocidad de Carga 1.5% ( x min: 0,06" x min

Fuente: Excel.

TABLA Nº 05: PRIMER ENSAYO DE CARGA:

TIEMPO

LECT. DEF.

MUESTRA(0.001")

LECTURADEF. CARGA

(0.001")

DEFORM.MUESTRAL(pulg)

DEFORMUNITARI

AL/Lo

AREACORREGIDA

(cm)

CARGATOTAL

(Kg)

ESFUERZO(Kg/cm²)

0min 00seg 0 0 0,000 0,0000 31,67 0,0000 0,00

0min 15seg 15 26 0,015

0,0025 31,75 3,8194

0,12

0min 30seg 30 39 0,030

0,0050 31,83 5,7291

0,18

0min 45seg 45 51 0,045

0,0075 31,91 7,4919

0,23

1min 00seg 60 65 0,060

0,0100 31,99 9,5485

0,30

1min 15seg 75 76 0,075

0,0125 32,07 11,1644

0,35

1min 30seg 90 88 0,090

0,0150 32,15 12,9272

0,40

1min 45seg 105 97 0,105

0,0175 32,23 14,2493

0,44

2min 00seg 120 106 0,120

0,0200 32,32 15,5714

0,48

2min 15seg 135 110 0,135

0,0225 32,40 16,159

0,50

2min 30seg 150 113 0,150

0,0250 32,48 16,5997

0,51

2min 45seg 165 124 0,165

0,0275 32,57 18,2156

0,56

3min 00seg 180 124 0,180

0,0300 32,65 18,2156

0,56

3min 15seg 195 128 0,195

0,0325 32,73 18,8032

0,57

3min 30seg 210 128 0,210

0,0350 32,82 18,8032

0,57

3min 45seg 225 127 0,225

0,0375 32,90 18,6563

0,57

4min 00seg 240 0,240

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 01: ESFUERZO UNITARIO VS DEFORMACIÓN UNITARIA:

Fuente: Excel.

DE LA GRÀFICA OBTENEMOS:qu= 0,58 kg/cm2

si ε= 0,033520%ε= 0,0067

TABLA Nº 06: SEGUNDO ENSAYO DE CARGA:

TIEMPO

LECT. DEF.

MUESTRA

(0.001")

LECTURADEF. CARGA

(0.001")

DEFORM.MUESTRAL(pulg)

DEFORMUNITARI

AL/Lo

AREACORREGID

A(cm)

CARGATOTAL

(Kg)

ESFUERZO

(Kg/cm²)

0min 00seg 0 0 0,000 0,0000 31,67 0,0000 0,00

0min 15seg 15 15 0,01

5 0,0025 31,75 2,2035 0,07

0min 30seg 30 34 0,03

0 0,0050 31,83 4,9946 0,16

0min 45seg 45 52 0,04

5 0,0075 31,91 7,6388 0,24

1min 00seg 60 73 0,06

0 0,0100 31,99 10,7237 0,34

1min 15seg 75 86 0,07

5 0,0125 32,07 12,6334 0,39

1min 30seg 90 100 0,09

0 0,0150 32,15 14,6900 0,46

1min 45seg 105 110 0,10

5 0,0175 32,23 16,1590 0,50

2min 00seg 120 116 0,12

0 0,0200 32,32 17,0404 0,53

2min 15seg 135 127 0,13

5 0,0225 32,40 18,6563 0,58

2min 30seg 150 134 0,15

0 0,0250 32,48 19,6846 0,61

2min 45seg 165 136 0,16

5 0,0275 32,57 19,9784 0,61

3min 00seg 180 140 0,18

0 0,0300 32,65 20,5660 0,63

3min 15seg 195 143 0,19

5 0,0325 32,73 21,0067 0,64

3min 30seg 210 143 0,21

0 0,0350 32,82 21,0067 0,64

3min 45seg 225 146 0,22

5 0,0375 32,90 21,4474 0,65

4min 00seg 240 147 0,24

0 0,0400 32,99 21,5943 0,65

4min 15seg 255 146 0,25

5 0,0425 33,08 21,4474 0,65

4min 30seg 270 143 0,27

0 0,0450 33,16 21,0067 0,63

4min 45seg 285 142 0,28

5 0,0475 33,25 20,8598 0,63

5min 00seg 300 139 0,30

0 0,0500 33,34 20,4191 0,61

5min 15seg 315 137 0,31

5 0,0525 33,42 20,1253 0,60

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 02: ESFUERZO UNITARIO VS DEFORMACIÓN UNITARIA:

Fuente: Excel.

DE LA GRÀFICA OBTENEMOS:qu= 0,659 kg/cm2

si ε= 0,0420%ε= 0,008

TABLA Nº 07: TERCER ENSAYO DE CARGA:

TIEMPO

LECT. DEF.

MUESTRA

(0.001")

LECTURADEF. CARGA

(0.001")

DEFORM.MUESTRAL(pulg)

DEFORMUNITARI

AL/Lo

AREACORREGID

A(cm)

CARGATOTAL

(Kg)

ESFUERZO

(Kg/cm²)

0min 00seg 0 0 0,000 0,0000 31,67 0,0000 0,000min 15seg 15 14 0,015 0,0025 31,75 2,0566 0,060min 30seg 30 26 0,030 0,0050 31,83 3,8194 0,120min 45seg 45 39 0,045 0,0075 31,91 5,7291 0,181min 00seg 60 59 0,060 0,0100 31,99 8,6671 0,271min 15seg 75 76 0,075 0,0125 32,07 11,1644 0,351min 30seg 90 90 0,090 0,0150 32,15 13,2210 0,411min 45seg 105 100 0,105 0,0175 32,23 14,6900 0,462min 00seg 120 105 0,120 0,0200 32,32 15,4245 0,482min 15seg 135 108 0,135 0,0225 32,40 15,8652 0,492min 30seg 150 112 0,150 0,0250 32,48 16,4528 0,512min 45seg 165 121 0,165 0,0275 32,57 17,7749 0,553min 00seg 180 123 0,180 0,0300 32,65 18,0687 0,553min 15seg 195 122 0,195 0,0325 32,73 17,9218 0,553min 30seg 210 117 0,210 0,0350 32,82 17,1873 0,523min 45seg 225 110 0,225 0,0375 32,90 16,1590 0,494min 00seg 240 4min 15seg 255 4min 30seg 270 4min 45seg 285 5min 00seg 300 5min 15seg 315

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 03: ESFUERZO UNITARIO VS DEFORMACIÓN UNITARIA:

Fuente: Excel.

DE LA GRÀFICA OBTENEMOS:qu= 0,558 kg/cm2

si ε= 0,0320%ε= 0,006

CÍRCULO DE MORH:

ECUACIÓ DEL CÍRCULO: SiPor lo tanto:

Si:

Entonces:D= 0,599R= 0,2995

PARA OBTENER UN SEMICÍRCULO HACEMOS X=X`-R

Dando valores a x`, se tiene:

TABLA Nº 08: COORDENADAS QUE FORMAN EL SEMICÍRCULO DE MOHR:

X` Y0,000 00,013 0,0872811550,026 0,1220573640,039 0,1477836260,052 0,1686534910,065 0,18630620,078 0,201588690,091 0,2150069770,104 0,2268920450,117 0,2374742090,130 0,246921040,143 0,2553585710,156 0,2628840050,169 0,2695737380,182 0,2754886570,195 0,2806777510,208 0,2851806450,221 0,28902941

0,234 0,292249893

X2+Y 2=R2

Y 2=R2−X2

qu= 0,580Kg /cm2+0,659Kg /cm2+0,558Kg /cm 2

3=0,599Kg /cm2

0,247 0,294862680,260 0,2968838160,273 0,2983253260,286 0,2991955880,299 0,2994995830,312 0,2992390350,325 0,2984124660,338 0,2970151510,351 0,295038980,364 0,2924722210,377 0,2892991530,390 0,2854995620,403 0,2810480390,416 0,275913030,429 0,270055550,442 0,2634274090,455 0,2559687480,468 0,2476045230,481 0,2382393750,494 0,2277498630,507 0,215972220,520 0,2026820170,533 0,1875579910,546 0,1701117280,559 0,1495326050,572 0,1242738910,585 0,0904986190,598 0,0244540390,599 0

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 04: CÍRCULO DE MOHR:

Fuente: Excel.

DE LA GRÀFICA OBTENEMOS:c=qu/2= 0,599/2 0,2995

COHESIÓN: 0,2995 kg/cm2

POR LO TANTO:𝝉= 0,2995 kg/cm2

C. PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

1. Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tamaño (y, ojalá, a la misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamaño pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra.

Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado y preconsolidado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la preparación de la máquina de corte y los demás detalles del ensayo.

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.

3. 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. y ajustar el deformímetro de carátula vertical.

Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado.

4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una,pequeña separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más grande presente en el suelo, retroceder los tomillos de separación y empalmar la cabeza de carga en su sitio utilizando los tornillos fijos para tal propósito. 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.

Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser eximido fuera de la caja por la zona de separación —utilizar en esos casos cargas verticales pequeñas y/o hacer si puede requerir el hacer la consolidación antes de la separación de las cajas.

5. Acoplar el deformírnetro de deformación cortante, fijar en cero tanto el deíormímetro horizontal como el vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturación de la muestra.

6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformírnetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformación unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformírnetro de desplazamiento horizontal.

Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/'min. No utilizar tasas de deformación unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte esté entre dos lecturas. La tasa de defonnación unitaria debería ser tal que la muestra "falle" en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea de tipo CD. La velocidad de deformación para el ensayo CD debería ser tal que el tiempo para que la falla ocurra sea: tf = 50 t50 donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50%de la consolidación.

7. Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos 2 a 6 para dos o más muestras adicionales.

D. RESULTADOS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

TABLA Nº 09: INFORMACIÓN GENERAL.

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO: CC DE LA INGENIERÍAASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS II

PROYECTO:ESTUDIO DE SUELOS:RESISTENCIA

CORTANTE ENSAYO: Corte DirectoUBICACIÓN: CIUDAD UNIVERSITARIA UNC OPERADOR:

GRUPO DE ESTUDIOS A2

CALICATA: A-2 FECHA: 20/11/2015

POZO N° 1 SUELO:ARCILLOSO

OSCURO SIN OLOR

Fuente: Excel.

TABLA Nº 10: DATOS DENSIDAD.

Muestra (M) M1 M2 M3Wo (Recip + suelo) (gr) 298,3 276,7 279,1Wf (Recip + suelo) (gr) 154,5 140,3 154,4Wsuelo (gr) 143,8 136,4 142,7

Fuente: Excel.

TABLA Nº 11: CONTENIDO DE HUMEDAD.

Muestra (M) M1 M2 M3

Wt+mh (gr) 38,4 47,7 50,6Wh(gr) 11,0 20,0 21,2Wtara (gr) 27,4 27,7 29,4Ww (gr) Ws (gr) w(%)

Fuente: Excel.

TABLA Nº 12: DATOS MUESTRA DE CORTE.

Muestra (M) M1 M2 M3

Lado (cm) 6 6 6Altura (cm) 2 2 2Area (cm²) 36 36 36Vm (cm³) 72 72 72

Vel. de carga (mm/min) 0,5 0,5 0,5

Fuente: Excel.

TABLA Nº 13: DENSIDAD NATURAL.

Muestra (M) M1 M2 M3

m (gr/cm³) 1,997 1,894 1,982

Fuente: Excel.

TABLA Nº 14: ESFUERZO NORMAL.

Muestra (M) M1 M2 M3

n (kg/cm²) 0,295 0,572 1,128

Fuente: Excel.

TABLA Nº 15: CARAG NORMAL.

Muestra (M) M1 M2 M3Pa (Marco y Placa) (kg) 0,604 0,604 0,604Pb (Percha de carga) (kg) 10 20 40Pv (kg) 10,604 20,604 40,604

Fuente: Excel.

TABLA Nº 16: DATOS MUESTRA DE CORTE.

Muestra (M) M1 M2 M3

(kg/N° div.) 0,446379 0,446379 0,446379

Fuente: Excel.

TABLA Nº 17: ENSAYO DE CARGA (10 KG) - MUESTRA 1.

Tiempo(min)

Desplaz. Hz(cm)

Area Corr.(cm²)

Def. Carga(N° Div)

Fza. Corte(kg)

Esf. Cort.(kg/cm²)

0 0 36,000 0,000 0,000 0,000 0,500

0,025

35,850 7,100 3,169 0,088

1,000

0,050

35,700 15,200 6,785 0,190

1,500

0,075

35,550 28,300 12,633 0,355

2,000

0,100

35,400 43,200 19,284 0,545

2,500

0,125

35,250 56,000 24,997 0,709

3,000

0,150

35,100 65,000 29,015 0,827

3,500

0,175

34,950 71,800 32,050 0,917

4,000

0,200

34,800 75,000 33,478 0,962

4,500

0,225

34,650 77,800 34,728 1,002

5,000

0,250

34,500 79,800 35,621 1,032

5,500

0,275

34,350 80,900 36,112 1,051

6,000

0,300

34,200 81,600 36,425 1,065

6,500

0,325

34,050 81,900 36,558 1,074

7,000

0,350

33,900 79,600 35,532 1,048

7,500

0,375

8,000

0,400

8,500

0,425

9,000

0,450

9,500

0,475

10,000

0,500

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 05: ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACIÓN–MUESTRA 1:

Fuente: Excel.

TABLA Nº 18: ENSAYO DE CARGA (20 KG) - MUESTRA 2.

Tiempo(min)

Desplaz. Hz(cm)

Area Corr.(cm²)

Def. Carga(N° Div)

Fza. Corte(kg)

Esf. Cort.(kg/cm²)

0 0 36,000 0,000 0,000 0,000 0,500

0,025 35,850 1,600 0,714 0,020

1,000

0,050 35,700 10,600 4,732 0,133

1,500

0,075 35,550 20,300 9,061 0,255

2,000

0,100 35,400 32,000 14,284 0,404

2,500

0,125 35,250 46,000 20,533 0,583

3,000

0,150 35,100 58,500 26,113 0,744

3,500

0,175 34,950 67,300 30,041 0,860

4,000

0,200 34,800 73,700 32,898 0,945

4,500

0,225 34,650 78,000 34,818 1,005

5,000

0,250 34,500 82,300 36,737 1,065

5,500

0,275 34,350 84,800 37,853 1,102

6,000

0,300 34,200 86,900 38,790 1,134

6,500

0,325 34,050 89,000 39,728 1,167

7,000

0,350 33,900 90,500 40,397 1,192

7,500

0,375 33,750 91,300 40,754 1,208

8,000

0,400 33,600 90,800 40,531 1,206

8,500

0,425

9,000

0,450

9,500

0,475

10,000

0,500

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 06: ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACIÓN–MUESTRA 2:

Fuente: Excel.

TABLA Nº 19: ENSAYO DE CARGA (40 KG) - MUESTRA 3.

Tiempo(min)

Desplaz. Hz(cm)

Area Corr.(cm²)

Def. Carga(N° Div)

Fza. Corte(kg)

Esf. Cort.(kg/cm²)

0 0 36,000 0,000 0,000 0,000 0,500

0,025 35,850 17,900 7,990 0,223

1,000

0,050 35,700 35,300 15,757 0,441

1,500

0,075 35,550 51,000 22,765 0,640

2,000

0,100 35,400 64,200 28,658 0,810

2,500

0,125 35,250 74,300 33,166 0,941

3,000

0,150 35,100 82,100 36,648 1,044

3,500

0,175 34,950 88,200 39,371 1,126

4,000

0,200 34,800 92,200 41,156 1,183

4,500

0,225 34,650 95,100 42,451 1,225

5,000

0,250 34,500 97,800 43,656 1,265

5,500

0,275 34,350 99,000 44,192 1,287

6,000

0,300 34,200 99,600 44,459 1,300

6,500

0,325 34,050 99,900 44,593 1,310

7,000

0,350 33,900 99,500 44,415 1,310

7,500

0,375 33,750 98,600 44,013 1,304

8,000

0,400

8,500

0,425

9,000

0,450

9,500

0,475

10,000

0,500

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 07: ESFUERZO DE CORTE VS DEFORMACIÓN–MUESTRA 3:

Fuente: Excel.

TABLA Nº 20: ENVOLVETE DE FALLA – ESFUERZO CORTANTE VS ESFUERZO NORMAL

ENSAYO NORMAL CORTANTE1 0,295 1,0762 0,572 1,2153 1,128 1,31

Fuente: Excel.

GRÁFICO Nº 08: ESFUERZO DE CORTE 𝝉 VS ESFUERZO NORMAL σn.

Fuente: Excel.

Del gráfico nº 08 obtenemos:

Cohesión c = 0,975 kg/cm2

El Angulo de fricción interna φ:

φ=Arctg (1,320−0,975)1−0

φ=19,034 º

V.- CONCLUSIONES:

Se logró evaluar la resistencia al corte de muestras de suelo cohesivo, en este caso arcilla oscura, aplicando los métodos de compresión simple y corte directo.

Del ensayo de compresión inconfinada se determinó aproximadamente el esfuerzo al corte 𝝉 de una muestra de arcilla, para ello se asumió que se trató de un suelo cohesivo puro con φ=0, por lo cual el resultado es 𝝉=c=0,2995 kg/cm2.

Del ensayo de corte directo se determinó los parámetros de cohesión c=0,976 kg/cm2 y el ángulo de fricción interna φ=19,034 º.

Según la figura nº 04 del marco teórico podemos deducir que el suelo ensayado tiene una consistencia blanda ya que 0,25 kg/cm2<0,2995 kg/cm2<0,50 kg/cm2.

V.- RECOMENDACIONES:

Se debe tomar mucho cuidado al momento de tomar las lecturas respectivas en el deflectometro para así no tener problemas al momento de realizar los cálculos.

Se debe colocar las muestras en recipientes húmedos mientras esperan su turno para la máquina de compresión, para prevenir su desecamiento.

Las lecturas en el deflectometro se deben realizar hasta que empiece a disminuir.

V.- BIBLIOGRAFÍA:

Mecánica de suelos – JUAREZ BADILLO. Apuntes de clase.

VI.- ANEXOS:

Foto nº 07: preparando la muestra para ensayo de compresión simple.

Foto nº 08: Muestra de suelo cohesivo luego de haber ensayado con compresión simple.