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8/17/2019 PASTILLA-1.docx

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INTRODUCCION

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.

OBJETIVOS

• Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del

suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.

• Determinar el ángulo de fricción interna: “Φ

•

Determinar la co!esión: “c


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ENSAYO DE CORTE DIRECTO

1 Generalidades

"uando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de

fundación. #stos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden

ocurrir de tres maneras:

$. %or deformación elástica de las part&culas.

'. %or cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación

del l&quido e(istente en los !uecos entre las part&culas.

). %or deslizamiento de las part&culas, que pueden conducir al deslizamiento

de una gran masa de suelo.

#l primer caso es despreciable para la mayor&a de los suelos, en los niveles de

esfuerzo que ocurren en la práctica. #l segundo caso corresponde al fenómeno de

la consolidación. #l tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastróficos y para

evitarla se debe !acer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de

la resistencia al corte de suelo. #l análisis debe asegurar, que los esfuerzos de

corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen

adecuado de modo que la obra siendo segura, sea económicamente factible de

llevar a cabo.


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*emos que

es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el

del suelo.

%or tanto el problema de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de

los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda

la +ecánica de uelos. #n efecto, una valoración correcta de este concepto

constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de -(ito

cualquier aplicación de la +ecánica de uelos al análisis de la estabilidad de las

obras civiles.

#l procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo

cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al más sencillo

de los casos que pueden presentarse en la práctica: aquel en que se prueba el

material en estado seco.

2 Corte Directo

#l ensayo de corte directo consiste en !acer deslizar una porción de suelo,

respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción


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de una fuerza de corte !orizontal incrementada, mientras se aplica una carga

normal al plano del movimiento.

2.1 Principio del ensayo de corte directo:

Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro

categor&as:

a. esistencia al corte de un suelo no co!esivo /arenas y gravas0 que es

prácticamente independiente del tiempo.

b. esistencia al corte drenado para suelos co!esivos, en que el desplazamiento

debe ser muy lento para permitir el drena1e durante el ensayo.

c. esistencia al corte residual, drenado, para suelos tales como arcillas en las

que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.

d. esistencia al corte para suelos muy finos ba1o condiciones no drenadas en que

el corte es aplicado en forma rápida.

2.2 Ensayos de resistencia al es!er"o de corte en s!elos

Los tipos de ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de los

suelos en Laboratorio son: "orte Directo, "ompresión 2ria(ial, "ompresión

imple.


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Durante muc!os a3os, la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante fue

prácticamente la 4nica usada para la determinación de la resistencia de los suelos:

!oy, a4n cuando conserva inter-s práctico debido a su simplicidad, !a sido

sustituida en buena parte por las pruebas de compresión 2ria(ial.

2.# Clasiicaci$n de ensayos de corte directo

2.#.1 Ensayos no consolidados % no drenados

#l corte se inicia antes de consolidar la muestra ba1o la carga normal /vertical0. i

el suelo es co!esivo, y saturado, se desarrollará e(ceso de presión de poros. #ste

ensayo es análogo al ensayo 2ria(ial no consolidado 5 drenado.

2.#.2 Ensayo consolidado % no drenado

e aplica la fuerza normal, se observa el movimiento vertical del deform&metro

!asta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante. #ste ensayo

puede situarse entre los ensayos tria(iales consolidado 5 no drenado y

consolidado 5 drenado.

2.#.# Ensayo consolidado % drenado

La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte !asta que se !aya

desarrollado todo el asentamiento6 se aplica a continuación la fuerza cortante tan

lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la

muestra. #ste ensayo es análogo al ensayo 2ria(ial consolidado 5 drenado.

%ara suelos no co!esivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, est- la

muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es

demasiado rápida. %ara materiales co!esivos, los parámetros de suelos están


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marcadamente influidos por el m-todo de ensayo y por el grado de saturación, y

por el !ec!o de que el material est- normalmente consolidado o

sobreconsolidado. 7eneralmente, se obtienen para suelos sobreconsolidados dos

con1untos de parámetros de resistencia: un con1unto para ensayos !ec!os con

cargas inferiores a la presión de preconsolidación y un segundo 1uegos para

cargas normales mayores que la presión de reconsolidación. Donde se sospec!e

la presencia de esfuerzo de preconsolidación en un suelo co!esivo ser&a

aconse1able !acer seis o más ensayos para garantizar la obtención de los

parámetros adecuados de resistencia al corte.

# &!nda'entos para el an(lisis del ensayo % )ey de co!lo'*

#l ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del

ensayo. 8 sea, induce la ocurrencia de una falla a trav-s de un plano de

localización predeterminado. obre este plano act4an dos fuerzas /o esfuerzos0:

un esfuerzo normal debido a una carga vertical /%v0 aplicada e(ternamente y un

esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga !orizontal /%!0. #stos

esfuerzos se calculan simplemente como:

n + P, -A t + P -A

Donde 9 es el área nominal de la muestra /o de la ca1a de corte0 y usualmente no

se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento

lateral de la muestra /%!0.La relación entre los esfuerzos de corte de falla / t f 0 y

los esfuerzos normales / n 0 en suelos, se muestra en la figura ;.'$ y puede

representarse por la ecuación siguiente:

t + c / 0 n < t


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=ig. ;.'$ elación entre los esfuerzos de corte má(imo y los esfuerzos normales.

La l&nea recta obtenida se conoce como #nvolvente de falla

#.1 Ec!aci$n de alla de corte de Co!lo'*

#n $>>? "oulomb observó que si el empu1e que produce un suelo contra un muro

de contención produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que está

retenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. #l postuló que

la má(ima resistencia al corte, t, en el plano de falla esta dada por

t + c / s tan 3

Donde s es el esfuerzo normal total en el plano de falla

1 es el ángulo de fricción del suelo

c es la co!esión del suelo

La utilización de la ecuación de "oulomb no condu1o siempre a dise3os

satisfactorios de estructuras de suelo. La razón para ello no se !izo evidente !asta

que 2erzag!i publicó el principio de esfuerzos efectivos.

%udo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzos

cortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultado

4nicamente de la resistencia a la fricción que se produce en los puntos de

contacto entre part&culas6 la magnitud de -sta depende solo de la magnitud de los

esfuerzos efectivos que soporta el esqueleto de suelo. %or tanto, cuanto más


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grande sea el esfuerzo efectivo normal a un plano de falla potencial, mayor será la

resistencia al corte en dic!o plano. #ntonces, si se e(presa la ecuación de

"oulomb en t-rminos de esfuerzos efectivos, se tiene:

t + c4 / s4 tan 34

#n la cual los parámetros c@ y 1@ son propiedad del esqueleto de suelo,

denominadas co!esión efectiva y ángulo de fricción efectiva, respectivamente.

%uesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo,

los análisis de estabilidad se !arán entonces, en t-rminos de esfuerzos efectivos.

in embargo, en ciertas circunstancias el análisis puede !acerse en t-rminos de


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esfuerzos totales y por tanto, en general, se necesitará determinar los parámetros

de resistencia al corte del suelo en esfuerzos efectivos y en esfuerzos totales. #s

decir, los valores de c@, 1@ y c, 1. #stos se obtienen, a menudo en ensayos de

laboratorio realizados sobre muestras de suelo representativas mediante el

ensayo de corte directo /92+ DA)BCBA>'0 o el ensayo de compresión 2ria(ial

/92+ DA'CB;A>B0.

#.2 Co'ponentes de la resistencia al corte

De la ley de "oulomb se desprende que la resistencia al corte de suelos en

t-rminos generales tiene dos componentes:

a0 &ricci$n /t 0 que se debe a la trabazón entre part&culas y al roce entre

ellas cuando están sometidas a esfuerzos normales.

b0 Coesi$n /C0 que se debe a fuerzas internas que mantienen unidas a las

part&culas en una masa.

"omo en la ecuación 5 t f c E 0 n < tg Φ e(isten dos cantidades

desconocidas /c y 0, se requiere obtener dos valores, como m&nimo de esfuerzo

normal y esfuerzo cortante para obtener una solución.

"omo el esfuerzo cortante t y el esfuerzo normal 0n tienen el mismo significado

dado en la construcción del c&rculo de +o!r, en lugar de resolver una serie de

ecuaciones simultáneas para c y para t , es posible dibu1ar en un plano de e1es

cordenados los valores de t contra n para los diferentes ensayos /generalmente

con t como ordenada0, dibu1ar una l&nea a trav-s del lugar geom-trico de los

puntos, y establecer la pendiente de la l&nea como el ángulo y la intersección con

el e1e t como la co!esión c.

%ara materiales no co!esivos, la co!esión deber&a ser cero por definición y la

ecuación de "oulomb se convierte en:


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t + 0 n


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PROCEDIMIENTO

uelo co!esivo

A +oldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tama3o /y, o1alá, a la

misma densidad0 tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de

tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Gtilizar un anillo cortante de manera que el

tama3o pueda ser controlado bastante apro(imadamente. "ualquier muestra con

un peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar

moldear otra muestra. HIu- constituye “apreciable comparado con el tama3o de

la muestra /del orden de ; cmJ ( 'B a '; mm de espesor0 es un asunto de criterio

personalK


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A etroceder la separación y el agarre de los tornillos gu&a en la parte superior de

la ca1a de corte y ensamblar las dos partes. 9segurarse de que las piedras

porosas están saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. +edir las

dimensiones de la ca1a de corte para calcular el área de la muestra.

A "olocar cuidadosamente la muestra dentro de la ca1a de corte. La muestra debe

a1ustar perfectamente en la ca1a y llenarla !asta cerca de ; mm de la parte

superior de la ca1a de corte. "olocar el bloque o pistón de carga en su sitio sobre

el suelo, la carga normal %v y a1ustar el deform&metro de carátula vertical.

%ara un ensayo consolidado es necesario controlar el deform&metro vertical igual

que para el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación

!aya terminado.

A eparar cuidadosamente las mitades de la ca1a de corte de1ando una peque3a

separación apenas mayor que el tama3o de la part&cula más grande presente en

el suelo, retroceder los tornillos de separación y empalmar la cabeza de carga en

su sitio utilizando los tornillos fi1os para tal propósito. 9segurarse de que la carga

normal refle1e la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior

de la ca1a de corte. er e(tremadamente cuidadoso al separar la ca1a de corte

cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser e(truido


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fuera de la ca1a por la zona de separación A utilizar en esos casos cargas

verticales peque3as yo !acer si puede requerir el !acer la consolidación antes de

la separación de ca1as.

A 9coplar el deform&metro de deformación constante, fi1ar en cero tanto el

deform&metro !orizontal como el vertical. %ara ensayos saturados, es necesario

llenar la ca1a de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se

produzca la saturación de la muestra.

A "omenzar la carga !orizontal /cortante0 y tomar lecturas del deform&metro de

carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales /de cambio de

volumen0. i el ensayo se !ace a deformación unitaria controlada tomar estas

lecturas a desplazamientos !orizontales de ;, $B y cada $B ó 'B unidades del

deform&metro de desplazamiento !orizontal. Gtilizar una tasa de deformación

unitaria del orden de B.; a no más de ' mmmin. Fo utilizar tasas de deformación

unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte est- entre

dos lecturas. La tasa de deformación unitaria deber&a ser tal que la muestra “falle

en ; a $B min a menos que el ensayo sea de tipo con drena1e. %uede !acerse una

gráfica de la lectura de deformación vertical contra el log del tiempo similar a la del

ensayo de consolidación del suelo.

A emover el suelo y tomar una muestra para contenido de !umedad. epetir los

pasos ' a ? para dos o más muestras adicionales. i el suelo está preconsolidado

y se utilizan seis muestras para el ensayo, es preciso asegurarse de utilizar un

rango de tres cargas normales a cada lado del esfuerzo de preconsolidación.


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CARGAS A)T6RAS

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24/28

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7 7 7

7.; 1= =.2 7.1#2;278 1 7.# 7.778=


25/28

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7.2 7 7 7 1 7.# 7.778

7.=1

7.#7.778=


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27/28

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.0000.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

f(x) = 0.51x + 0.25


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CONCLUCIONES

e logró determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante

del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.

e logró determinar el ángulo de fricción interna que es de:

e logró determinar la co!esión que es de:

BIBLIOGRAFIA

+anual de laboratorio de Mng. +arco Toyos aucedo.

alvador icardo 5 +ontero Ouan "arlos, +anual de #nsayos de +ecánica

de uelos, 'BB.

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