Universidad de Costa Rica - inii2.ucr.ac.cr · Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Implementación de la técnica de Etapas Múltiples en el ensayo de corte directo

Universidad de Costa Rica

Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil

Implementación de la técnica de Etapas Implementación de la técnica de Etapas Implementación de la técnica de Etapas Implementación de la técnica de Etapas Múltiples en el Múltiples en el Múltiples en el Múltiples en el ensayo de corte directoensayo de corte directoensayo de corte directoensayo de corte directo

Informe de Trabajo de Graduación para obtener el grado de Licenciado en Ingeniería Civil

Realizado por: José Luis Ugalde Herra

--- Diciembre 2006 ---

Ugalde Herra, José Luis Implementación de la técnica de Implementación de la técnica de Implementación de la técnica de Implementación de la técnica de Etapas Múltiples Etapas Múltiples Etapas Múltiples Etapas Múltiples en el en el en el en el ensayo de corte directoensayo de corte directoensayo de corte directoensayo de corte directo Proyecto de Graduación – Ingeniería Civil – San José, Costa Rica.

J. L. Ugalde H., 2006. 90 hojas: ils. – 11 refs.

Resumen En el campo de la geotecnia, como en cualquier otra área, el estudio y desarrollo de técnicas novedosas y con planteamientos ventajosos siempre será de gran importancia. Es por ello, que surge el motivo de este proyecto, en el cual se contribuye con el estudio de la técnica de Etapas Múltiples en el ensayo de corte directo y a la vez, se inicia con el empleo del nuevo equipo de corte directo del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LANAMME) de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica (UCR).

Primero se evaluó el estado operacional del aparato de corte directo, se analizó el nivel de exactitud de los deformímetros originales del equipo, se determinó la constante de calibración para el anillo de carga y se estimó la variación de la velocidad real entregada del aparato de corte directo con relación a la velocidad mostrada en el panel de control. Para el estudio de la técnica de Etapas Múltiples, se tomaron como base de comparación los resultados obtenidos con la manera convencional de realizar los ensayos de corte directo, se tomó como descripción base para esta técnica convencional la norma ASTM D-3080-04. El estudio comprendió la realización de pruebas en tres tipos de suelos, un limo de baja compresibilidad, una arcilla de alta plasticidad (cohesivos) y una arena de río bien graduada (no cohesivos). En todos los materiales estudiados se obtuvieron cinco resultados de los parámetros de resistencia del suelo (ángulo de fricción y cohesión) por cada técnica. En la arcilla se desarrollaron ensayos Consolidados-No Drenados (ensayos tipo CU), para el caso de la arena y por primera vez en un suelo limoso, se realizaron ensayos de corte directo Consolidados-Drenados (ensayos tipo CD). Esto da una idea del rango de velocidades en las que fue empleado el nuevo equipo de corte directo, las cuales fueron desde 0,06000 mm/min (ensayos CD en limo) hasta 0,50000 mm/min (ensayos CU en arcilla y CD en arena). Esto determina que es posible emplear el nuevo equipo de corte directo del LANAMME en cualquier rango de velocidad deseado.

De la evaluación del equipo de corte, se descartaron los deformímetros originales, pues no se encontraban en buenas condiciones. Ambos deformímetros fueron remplazados por deformímetros digitales calibrados por un laboratorio especializado en la calibración de estos equipos. Tanto, el anillo de carga como el motor del equipo de corte se encontraban en perfectas condiciones, el equipo de corte reportó una variación de la velocidad entregada con relación a la velocidad introducida en el panel de control de menos de un 1%, lo cual cumple con la norma ASTM D-3080-04, donde se limita esta diferencia a no mayor de un 5% de variación. Sí fue posible la obtención de resultados, mediante el empleo del nuevo equipo de corte directo usando la técnica de Etapas Múltiples y la convencional. Es posible la obtención de resultados mediante las Multietapas con solamente una muestra, mientras que mediante la forma convencional son necesarias tres muestras. Los resultados de los parámetros de resistencia, obtenidos mediante el empleo del nuevo equipo de corte directo, mostraron que no hubo mayor diferencia en la correlación de los datos mediante la técnica de Etapas Múltiples y la convencional. De los resultados obtenidos se concluye que, en ensayos tipo CD, la cohesión obtenida mediante la técnica convencional es aproximadamente 0,10 veces la cohesión obtenida con la técnica en etapas. El ángulo de fricción obtenido mediante la técnica convencional es aproximadamente 1,3 veces el de la técnica en etapas. Para ensayos tipo CU se obtuvo que la cohesión de la técnica convencional es aproximadamente 0,73 veces la de Etapas Múltiples. Mientras que el ángulo obtenido mediante la técnica convencional es aproximadamente 1,45 veces el de etapas.

Ing. Sergio Sáenz Aguilar, MSc. Escuela de Ingeniería Civil

Comité Asesor:

Ing. Sergio Sáenz A.

Ing. Jose Rodríguez

Ing. Marcia Cordero S.

Dedicatoria A mi madre y mis hermanos. Y con un cariño

muy especial a la familia Solís Alvarado.

Gracias a ellos he podido culminar una

etapa muy importante en mi vida.

Agradecimiento A todo el personal del Área de Geotecnia

del Laboratorio Nacional de Materiales

y Modelos Estructurales de la

Universidad de Costa Rica, Ing. Oscar

Valerio y los señores Manrique Vargas

y Oscar Navarrete, gracias por su

ayuda y observaciones durante la

realización de las pruebas. A los

profesores del comité asesor y a

todas las personas que de una u otra

manera contribuyeron a la realización

de éste trabajo.

- i -

Índice

Índice de figuras ..................................................................................................... iii

Índice de gráficos................................................................................................... iv

Índice de tablas ...................................................................................................... vii

Simbología ................................................................................................................. viii

1 Introducción....................................................................................................... 1

1.1 El problema y su importancia .......................................................... 1

1.1.1 El problema específico................................................................. 1

1.1.2 Importancia .......................................................................................... 4

1.2 Antecedentes ............................................................................................. 7

1.3 Objetivo General..................................................................................... 8

1.4 Objetivos Específicos ........................................................................... 8

1.5 Alcances y limitaciones ....................................................................... 8

1.5.1 Alcances................................................................................................ 8

1.5.2 Limitaciones ....................................................................................... 10

1.6 Metodología .............................................................................................. 11

1.6.1 Procedimiento convencional. ................................................. 11

1.6.2 Multietapas ....................................................................................... 13

1.6.3 Cálculos y gráficos..................................................................... 16

1.6.4 Observaciones................................................................................. 17

- ii -

2 Descripción del nuevo equipo de corte directo ........................ 17

2.1 Componentes ............................................................................................ 18

2.2 Características funcionales.......................................................... 24

3 Puesta en marcha del nuevo equipo de corte directo........... 27

4 Operación del nuevo equipo de corte mediante Etapas

Múltiples..................................................................................................................... 32

5 Parámetros de resistencia obtenidos .............................................. 36

5.1 Resultados en arcilla........................................................................ 41

5.2 Resultados en limo .............................................................................. 48

5.3 Resultados en arena........................................................................... 55

6 Conclusiones y Recomendaciones....................................................... 62

7 Bibliografía ....................................................................................................... 66

8 Anexos .................................................................................................................. 67

- iii -

Índice de figuras

Figura 1. Nuevo equipo de Corte Directo/Residual ELE del Laboratorio de

Geotecnia del LANAMME................................................................................................. 4

Figura 2. Curva de deformación contra la raíz cuadrada del tiempo.................... 14

Figura 3. Distribución general de la máquina de corte directo. ........................... 18

Figura 4. Arreglo general del anillo de carga y el mecanismo de transporte de la

caja de corte................................................................................................................... 19

Figura 5. Anillo de carga. ........................................................................................... 20

Figura 6. Caja de corte. ............................................................................................. 20

Figura 7. Ubicación de los deformímetros horizontal y vertical............................ 21

Figura 8. Colocación de los especímenes en la caja de corte............................. 22

Figura 9. Tablero de control...................................................................................... 23

Figura 10. Panel trasero de la máquina de corte directo .................................... 23

Figura 11. Equipo de vibración empleado para la compactación de las muestas

de arena. ................................................................................................................... 38

Figura 12. Proceso de remoldeo para la muestra de arcilla. .............................. 40

- iv -

Índice de gráficos

Gráfico 1. Curva de calibración del deformímetro de carga. .............................. 29

Gráfico 2. Gráfico de comprobación de la velocidad entregada por la máquina

de corte directo, velocidad: 0,03500 mm/min......................................................... 31

Gráfico 3. Gráfico de comprobación de la velocidad entregada por la máquina

de corte directo, velocidad: 0,04272 mm/min......................................................... 31

Gráfico 4. Curva granulométrica de la arena empleada en los ensayos, origen:

Río Toro Amarillo, Guápiles, Tajo Empresa Meco S.A............................................... 37

Gráfico 5. Envolvente de falla, ensayo convencional A, arcilla, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 41

Gráfico 6. Envolvente de falla, ensayo convencional B, arcilla, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 42

Gráfico 7. Envolvente de falla, ensayo convencional C, arcilla, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 42

Gráfico 8. Envolvente de falla, ensayo convencional D, arcilla, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 43

Gráfico 9. Envolvente de falla, ensayo convencional E, arcilla, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 43

Gráfico 10. Envolvente de falla, ensayo en Multietapas M1, arcilla, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 44


cuadrada. ................................................................................................................... 44


cuadrada. ................................................................................................................... 45

- v -


cuadrada. ................................................................................................................... 45


cuadrada. ................................................................................................................... 46

Gráfico 15. Envolventes promedio de falla, ensayo convencional y en

Multietapas, arcilla, caja de corte cuadrada. ............................................................. 47

Gráfico 16. Envolvente de falla, ensayo convencional A, limo, caja de corte

circular. ................................................................................................................... 48

Gráfico 17. Envolvente de falla, ensayo convencional B, limo, caja de corte

circular. ................................................................................................................... 49

Gráfico 18. Envolvente de falla, ensayo convencional C, limo, caja de corte

circular. ................................................................................................................... 49

Gráfico 19. Envolvente de falla, ensayo convencional D, limo, caja de corte

circular. ................................................................................................................... 50

Gráfico 20. Envolvente de falla, ensayo convencional E, limo, caja de corte

circular. ................................................................................................................... 50

Gráfico 21. Envolvente de falla, ensayo en Multietapas M1, limo, caja de corte

circular. ................................................................................................................... 51


circular. ................................................................................................................... 51


circular. ................................................................................................................... 52


circular. ................................................................................................................... 52


circular. ................................................................................................................... 53


Multietapas, limo, caja de corte circular..................................................................... 54

Gráfico 27. Envolvente de falla, ensayo convencional A, arena, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 55

- vi -

Gráfico 28. Envolvente de falla, ensayo convencional B, arena, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 56

Gráfico 29. Envolvente de falla, ensayo convencional C, arena, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 56

Gráfico 30. Envolvente de falla, ensayo convencional D, arena, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 57

Gráfico 31. Envolvente de falla, ensayo convencional E, arena, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 57

Gráfico 32. Envolvente de falla, ensayo en Multietapas M1, arena, caja de corte

cuadrada. ................................................................................................................... 58


cuadrada. ................................................................................................................... 58


cuadrada. ................................................................................................................... 59


cuadrada. ................................................................................................................... 59


cuadrada. ................................................................................................................... 60


Multietapas, arena, caja de corte cuadrada. .............................................................. 61

- vii -

Índice de tablas

Tabla 1. Especificaciones del equipo de corte directo. ...................................... 24

Tabla 2. Modos de operación del equipo de corte directo. .............................. 26

Tabla 3. Datos de la calibración del anillo de carga, según el fabricante. ........ 28

Tabla 4. Resultado de las pruebas de caracterización para las muestras

empleadas. ....................................................................................................................... 36

Tabla 5. Porcentajes de saturación (S) y humedades (W) para las muestras de

limo. ....................................................................................................................... 39

Tabla 6. Porcentajes de saturación (S) y humedades (W) para las muestras de

arcilla. ....................................................................................................................... 40

Tabla 7. Resumen de resultados de los ensayos en suelo arcilloso, ensayo CU.

....................................................................................................................... 46

Tabla 8. Parámetros de resistencia de la muestra de suelo arcilloso, ensayo

CU. ....................................................................................................................... 47

Tabla 9. Resumen de resultados de los ensayos en suelo limoso, ensayo CD.53

Tabla 10. Parámetros de resistencia de la muestra de suelo limoso, ensayo CD.

....................................................................................................................... 54

Tabla 11. Resumen de resultados de los ensayos en arena, ensayo CD. ........... 60

Tabla 12. Parámetros de resistencia de la muestra de arena, ensayo CD.......... 61

- viii -

Simbología

φ Ángulo de resistencia al corte del suelo

φC Ángulo de resistencia al corte, obtenida meditante la aplicación de la técnica convencional

φM Ángulo de resistencia al corte, obtenida meditante la aplicación de la técnica en Multietapas

A Área nominal de la muestra

Ph Carga horizontal aplicada sobre la muestra

Pv Carga vertical aplicada sobre la muestra

av Coeficiente de compresibilidad

cv Coeficiente de consolidación

R2 Coeficiente de correlación

k Coeficiente de permeabilidad

c Cohesión

cC Cohesión, obtenida meditante la aplicación de la técnica convencional

cM Cohesión, obtenida meditante la aplicación de la técnica en etapas

CR Constante del anillo de carga

CD Ensayo de corte directo Consolidado - Drenado

CU Ensayo de corte directo Consolidado – No Drenado

τ Esfuerzo cortante

σn Esfuerzo normal

GS Gravedad específica del suelo

SUCS Sistema Unificado de Clasificación de Suelos

t100 Tiempo necesario para que ocurra el 100% de la consolidación del suelo bajo una carga normal

t50 Tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación del suelo bajo una carga normal

tf Tiempo necesario para que ocurra la falla de la muestra de suelo en el ensayo de corte directo

Implementación de la técnica de Etapas Ugalde, j. Múltiples en el ensayo de corte directo

- 1 -

1111 Introducción Introducción Introducción Introducción

1.1 El problema y su importancia

1.1.1 El problema específico

Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son indispensables en

cualquier construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos parámetros se

obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorio.

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 el

terreno producto de la aplicación de una carga.

El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo

cortante de una muestra, valor que, entre otras cosas, será muy útil para el cálculo de la

estabilidad de taludes o para la capacidad de soporte. La resistencia al esfuerzo

cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción

fina del suelo y responsable, a su vez, del comportamiento plástico de éste y el

rozamiento interno entre las partículas granulares o fricción.

Para conocer o determinar esta resistencia del suelo, en el laboratorio uno de los

equipos que se usa es el aparato de corte directo. El más típico es una caja de sección

cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades; dentro de ella se coloca la

muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical

de confinamiento y luego una carga horizontal creciente que origina el desplazamiento de

la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.

El ensayo de corte directo convencional consiste en someter una muestra situada dentro

de este anillo o caja a una carga normal constante y a un esfuerzo lateral que se va

incrementando de forma progresiva, de forma que se lleva la muestra hasta la falla.


- 2 -

Mientras, se mide el esfuerzo aplicado y el desplazamiento producido entre los dos

bloques. Datos que más tarde se proyectan en una gráfica a partir de la cual se puede

obtener la resistencia al corte de esa muestra para la carga normal aplicada, utilizando el

criterio Mohr-Coulomb.

El ensayo de corte directo en Etapas Múltiples o Multietapas, se basa en los mismos

principios que el ensayo convencional. La diferencia radica en que la muestra de suelo es

cargada sucesivamente bajo dos o más presiones normales o carga normal durante la

prueba. Por lo general siempre se usan tres cargas mínimo, mientras que en el corte

directo convencional la prueba se lleva cabo con una sola carga normal por muestra.

El procedimiento del ensayo de Etapas Múltiples plantea una clara ventaja, principalmente

económica y de tiempo, ante el método de corte directo convencional. Por lo tanto, en

un ensayo de corte directo en Multietapas es posible obtener resultados con solamente

una muestra; mientras que, con el ensayo convencional son necesarios al menos dos

muestras; o sea, se deben realizar al menos dos cortes. Sin embargo, lo más

recomendable en el ensayo convencional es analizar tres muestras.

El procedimiento del ensayo de corte directo en Multietapas presenta una serie de

ventajas en relación con la técnica convencional. Entre las ventajas que muestra la

técnica en etapas se pueden citar las siguientes: disminución del tiempo de ensayo

necesario para obtener resultados, disminución de la cantidad de muestras necesarias,

se disminuye el problema de dispersión de datos debido a que los resultados provienen

de un espécimen y no de tres como es el caso del ensayo convencional. Todas estas

ventajas son de consideración, ya que repercuten en factores muy importantes como el

costo y el tiempo necesarios para la obtención de resultados mediante estos análisis.

Resulta importante analizar las ventajas y desventajas del ensayo de corte directo en

relación a la técnica de Multietapas. Es claro que el ensayo en Multietapas presenta


- 3 -

ventajas que infieren en factores tan trascendentales como el costo y el tiempo de

ensayo, por lo que es necesario analizar el grado de validez que tienen sus resultados.

También es importante el estudio de esta técnica con el fin de determinar qué grado de

validez tiene con relación a la técnica convencional; esto, en cuanto varía el factor de

seguridad en los resultados obtenidos con la técnica en Multietapas en comparación con

la convencional. Lo anterior es posible al comparar las envolventes obtenidas con ambas

técnicas.

La intención con este estudio es evaluar y validar los resultados del ensayo en

Multietapas. Esto se hace comparando los resultados de ambas pruebas. Para ello se

analizan tres tipos de muestras, un suelo cohesivo de alta plasticidad (arcilla o arcilla

expansiva), un suelo friccionante (arenoso) y un limo de baja compresibilidad. De esta

manera se pretende determinar el rango de aplicabilidad del método en Multietapas. Es

importante saber si el método presenta alguna limitación debido al tipo de suelo

analizado o si los resultados son confiables para cualquier tipo de suelo; esto siempre en

comparación con la técnica convencional de realizar el ensayo de corte directo.

El ensayo de corte directo en Etapas Múltiples es posible realizarlo con éxito debido al

grado de control de la velocidad con que se aplica la carga, si el técnico del laboratorio

posee un equipo que le proporcione esta ventaja, él podrá entonces realizar con éxito el

ensayo en Etapas Múltiples, ya que si el técnico no está en capacidad de detener la

prueba a tiempo ésta se convertirá en un ensayo convencional y no en un ensayo en

etapas.

Actualmente el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LANAMME)

de la Universidad de Costa Rica ha adquirido un equipo de corte, ver Fig. 1 (aparato de

Corte Directo/Residual ELE International, No. serie UCR 221337, número de serie del

Laboratorio de Geotecnia del LANAMME MD-003) que hace posible este control de

velocidad y se realiza con éxito el ensayo en Multietapas. No obstante, hasta la fecha,


- 4 -

nadie ha puesto en marcha ni calibrado este equipo; razón por la cual este proyecto de

investigación pretende cumplir esta función.

Figura 1. Nuevo equipo de Corte Directo/Residual ELE del Laboratorio de Geotecnia del LANAMME.

Se hace necesario determinar la validez del ensayo de corte directo en Multietapas con

la operación de este nuevo equipo, lo que vendría en favor de la operación del

Laboratorio de Geotecnia del LANAMME, con la implementación de una técnica moderna

y ventajosa.

Con la realización de este trabajo se contribuye con el desarrollo del conocimiento

sobre el comportamiento de la técnica en etapas de los ensayos de corte.

Contribuyendo así, a la comprensión de los resultados de la técnica en Multietapas en el

ensayo de corte directo mediante al empleo de equipos similares a los presentes en el

LANAMME de la Universidad de Costa Rica.

1.1.2 Importancia

Debido a las importantes ventajas, mencionadas anteriormente, que plantea el ensayo de

corte directo en Etapas Múltiples en comparación con el ensayo de corte directo

convencional, resulta valioso identificar la veracidad de los resultados del ensayo en

Multietapas. Por tanto, es relevante el objetivo de este proyecto, que busca determinar

la posibilidad de obtener resultados con el equipo de Corte Directo/Residual ELE


- 5 -

International (MD-003) del LANAMME empleando la técnica de Etapas Múltiples y, que

estos resultados, se equiparen con los obtenidos mediante la técnica convencional.

Para aplicar la técnica de Etapas Múltiples en el ensayo de corte directo no es necesario

la adquisición de algún equipo especial ya que se puede emplear el equipo para corte

directo convencional, por lo que se obtienen ventajas sin la necesidad de nuevas

inversiones; simplemente con la implementación de una técnica.

La aplicación de los resultados del ensayo de corte directo son de gran importancia

cuando construyen muros de contención que se verán afectados por el empuje que

generan las diferentes capas del suelo debido a que las capas tienden a traslaparse

entre sí; especialmente cuando se aumenta el porcentaje de humedad en el suelo. Los

resultados de este tipo de ensayo son importantes en la determinación de la capacidad

de carga en bases y fundaciones para estructuras en arcillas homogéneas saturadas,

inmediatamente después de la construcción. Esto, debido a que el terreno bajo una

fundación es presionado por la falla y asume fallar por corte.

El valor de la resistencia o cohesión aparente, c, debido al deslizamiento de tierra es

aplicable en el uso de cálculos en los problemas de estabilidad a corto plazo. El ángulo

de resistencia al corte φ es requerido para obtener los coeficientes de presión o

coeficientes de empuje lateral en diferentes cálculos. Estos coeficientes son dados en

libros y textos de Ingeniería de Fundaciones.

Para el análisis a largo plazo en estabilidad de taludes, muros de contención, diques de

tierra, los parámetros c y φ son requeridos para determinar la resistencia al

deslizamiento. La estabilidad de taludes en una arcilla preconsolidada está basada en los

parámetros cr y σr de resistencia residual. Dado lo anterior, es claro que los resultados

de este tipo de ensayo pueden ser empleados en obras de gran importancia; es por

ello, que se debe de tener toda la certeza posible y confianza en dichas metodologías.


- 6 -

De lo anterior, se desprende la importancia del tipo de investigación que se ha

realizado, con la cual es posible evaluar la calidad de una de las pruebas de corte para

obtener dichos parámetros.

Este trabajo no sólo contribuirá con el estudio de la técnica en sí, sino que también

posee un valor práctico, debido a que le permitirá al Laboratorio de Geotecnia del

LANAMME a despejar las dudas que puedan tener en cuanto al empleo de esta técnica

con el nuevo aparato de Corte Directo/Residual ELE MD-003. Lo anterior le brindará una

herramienta más al laboratorio para tener certeza sobre el grado de veracidad de los

ensayos realizados con ésta técnica y a la vez, implementarla en los posteriores ensayos

que se realicen.

Con la implementación de la técnica de Etapas Múltiples se permiten alcanzar

posibilidades importantes en relación con las planteadas en el ensayo convencional. Se

logra así una disminución de aspectos como son: las muestras necesarias para obtener

un resultado de la prueba, el tiempo necesario del ensayo, disminución del costo del

ensayo y además, se disminuye el problema de dispersión de datos que se puede

presentar en el ensayo convencional.

Aspectos como los mencionados anteriormente se vuelven de gran importancia en

ensayos de corte directo Gigante, donde se tienen cajas de corte con dimensiones de

hasta 60x60x40cm, ya que es difícil obtener las muestras suficientes para realizar un

ensayo convencional. En ensayos con testigos de 100x100 mm alcanzar el número de

muestras suficientes para la realización de un ensayo convencional puede ser difícil, en un

ensayo de corte directo gigante este factor se complica aún más.

Cuando se da la aparición de nuevas técnicas que presentan ventajas importantes en

relación a las técnicas existentes, resulta importante su estudio para descartarlas o

aprobarlas sobre la base de una razón apropiada y que se sustente en un estudio serio,


- 7 -

imparcial y analítico; con esto se evita la simple aceptación de la técnica por sus

ventajas aparentes.

1.2 Antecedentes

El ensayo de corte directo es el más antiguo de los ensayos de la Mecánica de Suelos

y, todavía hoy, se continua utilizado para estudiar los suelos en rotura, debido a su

sencillez de ejecución. Sin embargo, su procedimiento ha variado muy poco durante todo

este tiempo. Dicho procedimiento se encuentra normado por la “American Society of

Testing and Materials” (ASTM). La norma de la ASTM que se encuentra actualmente

vigente para esta prueba es la ASTM D-3080-04, establecida por el comité D18.05.

En Costa Rica se introduce por primera vez la técnica de Etapas Múltiples en 1991 por

Rodolfo Jiménez en su investigación por determinar los parámetros de resistencia al

corte en suelos residuales procedentes del Cerro Santo Cristo de Ochomogo,

Carretera San José-Cartago.

La técnica de corte directo en Etapas Múltiples se ha estudiado muy poco, a pesar de

presentar ventajas importantes. Aunque actualmente se cuenta con las condiciones

necesarias para llevar a cabo la técnica de Etapas Múltiples en el ensayo de corte

directo y de presentar ventajas importantes, el ensayo no se ha extendido ni ha venido a

sustituir al ensayo de corte directo convencional en su totalidad. El poco empleo de la

técnica en etapas se puede deber al escaso estudio que se ha llevado a cabo en

relación a la técnica de Etapas Múltiples. El ensayo de corte directo en Etapas Múltiples

presenta el inconveniente que se pueden desarrollar varios planos de falla, por lo que

son pocos los que han confiado en los resultados de dicha prueba, pero no han

desarrollado estudios profundos ni específicos en el análisis de dicha técnica. A pesar

de lo mencionado anteriormente, sí se cuenta con investigadores (Solís, V. 1998) que

en el desarrollo de sus investigaciones, ha implementado esta técnica, debido a las

ventajas de tiempo que posee dicha metodología.


- 8 -

1.3 Objetivo General

- Implementar la técnica de Etapas Múltiples en el ensayo de corte directo

mediante el empleo del nuevo aparato de Corte Directo/Residual ELE MD-003

del Laboratorio de Geotecnia del LANAMME, como desarrollo de una prueba

alternativa e importante para determinar las características de resistencia del

suelo.

1.4 Objetivos Específicos

- Determinar el ángulo de fricción y la cohesión (parámetros de resistencia) de

suelos cohesivos y suelos granulares mediante el ensayo de corte directo en

Etapas Múltiples y la técnica convencional.

- Identificar ventajas y desventajas en el ensayo de corte directo en Multietapas

en relación con el ensayo de corte directo convencional.

- Establecer un procedimiento operacional para el nuevo equipo de corte del

LANAME, (aparato de Corte Directo/Residual ELE International, MD-003).

- Determinar velocidades adecuadas para la realización del ensayo de corte

directo en Etapas Múltiples para diferentes tipos de suelos.

1.5 Alcances y limitaciones

1.5.1 Alcances

- El presente estudio ha pretendido lograr una evaluación de un procedimiento de

laboratorio en la caracterización de suelos; por lo tanto, para los fines de este

proyecto, no se limita a un sitio de estudio en particular, sino, por cubrir una

gama de suelos que se pueden presentar en la práctica, arcilla, arena y limo.

- En este proyecto se ha pretendido alcanzar una comparación de cinco resultados

por tipo de ensayo, es decir comparar cinco resultados del ensayo de corte

directo en Etapas Múltiples contra cinco resultados de la técnica convencional,


- 9 -

para cada tipo de suelo; y tener como resultado un total de quince ensayos por

cada técnica convencional y Multietapas, para lograr un total de treinta ensayos.

- Para la determinación de la validez de los resultados del ensayo de corte directo

en Etapas Múltiples se aceptaron como verdaderos los resultados del ensayo

convencional. Lo anterior, por la aceptación de los resultados que la prueba

convencional ha tenido a lo largo de los años. También, debido a la vigencia que

ha mantenido la técnica durante todo este tiempo. Sin embargo, no se debe

olvidar que la prueba de Triaxial es el ensayo que mejor reproduce las

condiciones del suelo en el laboratorio; por ende, brinda mejores resultados que

la prueba de corte directo.

- Esta investigación se refiere a dos técnicas de ensayo de corte específico:

ensayos de corte directo convencional y en Multietapas. Por esta razón no se

realizaron ningún otro tipo de ensayo con los cuales se puedan determinar los

mismos parámetros estudiados; como por ejemplo, los ensayos Triaxiales

convencionales y en Multietapas.

- Para llevar a cabo estos ensayos se empleó el nuevo equipo de corte del

LANAMME, específicamente el aparato de Corte Directo/Residual ELE

International con la serie #221337 de la UCR. Su número de serie del

Laboratorio de Geotecnia del LANAMME es el MD-003.

- No se han realizado ensayos in situ con los cuales es posible determinar

parámetros de cohesión y ángulo de fricción para corroborar los datos del

ensayo de corte directo en Multietapas, únicamente se ha empleado la técnica

convencional de corte directo para la evaluación de los resultados en Etapas

Múltiples.


- 10 -

1.5.2 Limitaciones

- Dado el tipo de proyecto las principales limitaciones que se presentan están

referidas a las mismas limitaciones que poseen los ensayos de corte directo

convencional y Etapas Múltiples; entre las cuales, se pueden citar las

relacionadas con la superficie de falla que es una superficie de rotura inducida y

puede darse la opción de que no represente el plano más débil. Con Multietapas

cabe la posibilidad que la superficie de falla no sea la misma en cada etapa de

carga normal y la distribución de tensión, en la superficie de falla, no sea

uniforme.

- El área de contacto del plano de corte disminuye en la medida que se produce el

desplazamiento horizontal relativo entre ambas mitades de la caja; esto no es

demasiado significativo, cuando las muestras fallan a deformaciones muy bajas.

- El empleo del nuevo aparato de Corte Directo/Residual ELE International MD-003

limita los ensayos a especímenes pequeños, de 60 mm y 100 mm cuadrado y

muestras de 2,42 pulg y 2,5 pulg de diámetro únicamente.

- No se pueden medir presiones intersticiales; de modo que, la única manera de

controlar el drenaje es controlando la velocidad de desplazamiento horizontal.

- Cuando se diseñó la caja de corte, se supuso que la superficie de falla real sería

plana y que el esfuerzo cortante tendría una distribución uniforme a lo largo de

ésta; sin embargo, con el tiempo se estableció que estas suposiciones no

siempre son válidas

- Al emplear en el ensayo una muestra muy pequeña, los errores de preparación

son relativamente importantes.


- 11 -

1.6 Metodología

En esta sección se describen las metodologías empleadas en los ensayos realizados,

tanto con la técnica convencional como con la de Etapas Múltiples; así como, todas las

relaciones matemáticas necesarias para la obtención de los parámetros de resistencia

del suelo mediante el ensayo de corte directo y una serie de observaciones relacionadas

con el tipo de ensayo desarrollado en este proyecto de graduación.

1.6.1 Procedimiento convencional.

- Método para suelos no cohesivos. Se pesa una muestra de arena (seca o de

humedad conocida) suficiente para hacer tres ensayos a la misma densidad. Se

ensambla la caja de corte, se obtiene la sección (A) de la muestra y se coloca la

arena en la caja junto al pistón de carga y la piedra porosa.

o Se aplica la carga vertical (Pv) y se coloca el dial para determinar el

desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga en el

peso Pv). En ensayos consolidados se comienza cuando el asentamiento se

ha detenido; en suelos no cohesivos, esto puede hacerse a partir de la

aplicación de Pv.

o 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 cinco, diez y cada diez o veinte 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 tres y cinco minutos. Se repite el

procedimiento por lo menos en tres muestras más, utilizando un valor


- 12 -

distinto de carga vertical (se sugiere doblar la carga por cada muestra

siguiente).

- Método para suelos cohesivos. Se moldean tres o cuatro 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 coloca la muestra en la caja de corte,

las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal Pv 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.

o Luego, se separan las mitades de la caja 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. Se acopla

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).

o Se aplica la carga de corte tomando lecturas de los indicadores de carga

horizontal, de desplazamientos de corte y vertical (cambios de volumen). En

ensayos de deformación controlada, las lecturas se toman a

desplazamientos horizontales de cinco, diez y cada diez o veinte unidades.

o La tasa de deformación unitaria debe ser la misma que en el caso anterior

(no más de 2 mm/min) tal que el tiempo de falla oscile entre cinco y diez

minutos, a menos que el ensayo sea consolidado drenado. La velocidad de

deformación para este último, debería ser tal que el tiempo para que


- 13 -

ocurra la falla (tf) sea: tf = 50* t50, donde t50 es el tiempo necesario para

que ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga normal Pv.

o 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.

1.6.2 Multietapas

- El procedimiento para aplicar la técnica de etapas múltiples es muy similar al

procedimiento descrito para el ensayo convencional, esta técnica se basa en los

mismos conceptos, pero presenta la diferencia de realizarse en etapas.

- En el caso de ensayos no drenados 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

tres y cinco minutos, para materiales no cohesivos y de cinco a diez minutos para

materiales cohesivos.

- Para el caso de ensayos drenados, primero se debe de determinar la velocidad

de aplicación del ensayo, esto está relacionado con la consolidación de las

muestras.

- La consolidación de arcillas es un fenómeno que ocurre en un intervalo de tiempo

y, para propósitos prácticos, es necesario conocer o determinar la tasa de

consolidación cuando ocurren los asentamientos. La primera teoría de

consolidación para arcillas fue propuesta por Terzaghi en 1925. Posteriormente,

Taylor (1948) desarrolló soluciones aproximadas para la ecuación diferencial

resultante.


- 14 -

Las derivaciones matemáticas de la teoría se basan en las siguientes suposiciones:

» El suelo es un material homogéneo compuesto por arcilla y agua.

» La saturación es completa.

» La compresibilidad del agua es despreciable.

» La compresibilidad de las partículas sólidas es despreciable.

» Los cambios volumétricos ocurren solamente por reacomodo de las partículas y

flujo (expulsión) de agua.

» El flujo de agua es unidireccional y coincide con la dirección de la compresión.

» La ley de Darcy gobierna el proceso de migración del agua de los poros.

» Las cargas aplicadas producen deformaciones unitarias pequeñas en el suelo y, por

lo tanto, el coeficiente de compresibilidad av, y el coeficiente de permeabilidad k,

permanecen constantes durante el proceso de consolidación.

- A partir de la consolidación de un espécimen debido a una carga normal se

obtiene una curva de deformación contra la raíz cuadrada del tiempo (ver Fig. 2.)

Figura 2. Curva de deformación contra la raíz cuadrada del tiempo.

o El valor de la raíz de t100 se obtiene de la intersección de la línea tangente

a la parte recta temprana de la curva con la prolongación horizontal del

punto que representa el 100% de la consolidación.

Raíz del tiempo (min)

Deform

ación (mm)

100t

H

Superficie Porosa

Superficie Porosa


- 15 -

o El valor de t100 se obtiene al multiplicar el valor de la raíz de t100 por él

mismo.

o El valor de t100 se relaciona con el tiempo de falla mediante la siguiente

ecuación empírica:

tf = 12,7 * t100 (min) 1

o El coeficiente de consolidación, cv, se puede obtener de la siguiente

ecuación

cv = 0,103 H2 * 1/t100 [m

2/año]

donde H es el espesor del espécimen y t100 esta en minutos.

- Una vez determinada la velocidad, para cualquier tipo de ensayo, se procede a

realizar el corte de la misma forma que en el ensayo de corte directo. Esto puede

ser mediante tensión controlada o deformación controlada.

- Para lograr una etapa del ensayo, se debe detener el ensayo cuando se logre

determinar que se ha alcanzado la falla.

- A la misma muestra se le aplica el doble de la carga normal anterior. Para ensayos

CD o CU se espera el tiempo necesario hasta que suceda la consolidación del

espécimen bajo la nueva carga PV; de este modo se da inicio a la segunda etapa.

De igual forma, se debe detener la prueba cuando en esta etapa cuando se está

cerca de la falla de la muestra para luego terminar con la tercera etapa.

- Se debe tener el cuidado de determinar cuándo se tiene que detener la prueba;

si pasa mucho tiempo (se deforma demasiado el espécimen) el ensayo se puede

convertir en un ensayo convencional.

1 Gibson y Henkel, 1954.


- 16 -

- En un ensayo en etapas múltiples se reduce el número de cortes a simplemente

uno; en el cual, el espécimen es sometido a tensiones efectivas normales distintas

durante la prueba de corte (al menos tres diferentes). Así, se obtienen los

resultados suficientes para determinar la envolvente de rotura de la muestra y de

este modo, determinar su ángulo de fricción y el valor de la cohesión de la

muestra.

1.6.3 Cálculos y gráficos

Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no

cohesivos.

- Se grafican en escala natural las curvas de deformación, donde la ordenada será

la deformación horizontal y la abscisa el tiempo necesario de las distintas

probetas. Se obtiene la máxima deformación horizontal. Con los valores de carga

vertical y tangencial se calcula la tensión tangencial y la tensión normal.

- Gráficamente se pueden obtener el esfuerzo cortante (τ) y el esfuerzo normal (σn),

mediante las siguientes expresiones:

τ = Ph / A ( kg/cm2 ) y σn = Pv / A ( kg/cm

2 )

donde:

Pv = carga vertical aplicada (kg)

Ph = carga horizontal aplicada (kg)

A = área nominal de la muestra (cm2)

- Con los datos de τ y σn de cada una de las probetas, se traza la recta intrínseca

y de ella se obtiene c y φ, donde c es la ordenada de la recta hasta el punto cero

de las abscisas y φ el ángulo que forma la horizontal con la recta intrínseca.

- Es posible trazar además la curva de deformaciones verticales, donde se llevan en

ordenadas las deformaciones (asentamiento-hinchamiento) y en abscisas el


- 17 -

tiempo, con este grafico se puede ver la variación volumétrica de la muestra

durante el ensayo.

1.6.4 Observaciones.

- La velocidad del ensayo debe ser la estipulada, principalmente en ensayos

drenados, en donde si la velocidad es muy rápida la presión de poros no es capaz

de disiparse.

- Es fundamental que en ensayos consolidados, ésta se realice completamente. Las

lecturas de los comparadores (diales) y de las fuerzas tangenciales aplicadas

deben hacerse con especial cuidado, al igual que el trazado de las curvas. La

ventaja de este tipo de ensayos es la simplicidad y velocidad de avance para

suelos cohesivos.

- Es conveniente recordar que el propósito de efectuar ensayos de corte en el

laboratorio es reproducir las situaciones del terreno, pero como las condiciones

in situ están en etapa de investigación, el mejor ensayo de laboratorio será aquel

con el cual mejor se entiendan y controlen las condiciones de fatiga y

deformación; tal como ocurre en un ensayo triaxial.

- Las muestras de suelos cohesivos, se deben moldear (en lo posible) dentro de

una cámara húmeda.

- En arcillas muy blandas, el separar las mitades de la caja de corte se realizará

cuidadosamente porque el material podría ser extruido fuera de la caja por la zona

de separación, en estos casos se deben utilizar cargas verticales pequeñas.

2222 Descripción del Descripción del Descripción del Descripción del nuevo nuevo nuevo nuevo equipo de corte directoequipo de corte directoequipo de corte directoequipo de corte directo

A partir de la figura 3 y hasta la figura 10 se presentan las especificaciones generales

del nuevo equipo de corte directo empleado durante las pruebas. También se describe la

metodología de operación utilizada durante las pruebas; la cual, puede ser tomada como

base para el desarrollo de futuras pruebas con este equipo.


- 18 -

2.1 Componentes

Figura 3. Distribución general de la máquina de corte directo.

Soporte de la carga

Tornillo de soporte del brazo de carga


- 19 -

Figura 4. Arreglo general del anillo de carga y el mecanismo de transporte de la caja de corte.

1. Balines. 2. Carril superior. 3. Marco inferior. 4. Eje de carga horizontal. 5. Deformímetro para medir desplazamiento vertical. 6. Brazo para ubicación del deformimetro. 7. Tornillo.

8. Deformímetro para medir desplazamiento horizontal. 9. Brazo guía del cuello de cisne. 10. Tornillo. 11. Tornillos fijadores de la caja de corte directo. 12. Cuello de cisne 13. Yugo de carga vertical. 14. Pin de carga vertical. 15. Tornillo de desagüe.


- 20 -

Figura 5. Anillo de carga.

Figura 6. Caja de corte.

1. Adaptador acanalado 2. Acople ajustable 3. Soporte del cuello de cisne 4. Calibrador 5. Cuello de cisne

1U. Sección superior de la caja de corte. 1L. Sección inferior de la caja de corte 2U. Tapa superior. 2L. Tapa de fondo. 3U. Piedra porosa superior. 3L. Piedra porosa inferior. 4. Tornillos de alineación. 5. Tronillos de separación.

Piedra porosa adicional, para ensayos con muestras de 20 mm de espesor


- 21 -

Figura 7. Ubicación de los deformímetros horizontal y vertical.

1. Deformímetro para medir el desplazamiento vertical. 2. Sujetador del deformimetro. 3. Brazo para ubicación del deformimetro. 4. Tornillo. 5. Deformímetro para medir el desplazamiento horizontal. 6. Sujetador del deformimetro. 7. Brazo guía del cuello de cisne. 8. Tornillo.


- 22 -

Figura 8. Colocación de los especímenes en la caja de corte.

Pieza de madera para desmoldar la muestra

Caja para moldeo de la muestra.

Caja para moldeo de la muestra.

Piedra porosa y tapa de fondo en posición.


- 23 -

Figura 9. Tablero de control.

Figura 10. Panel trasero de la máquina de corte directo

Hacia adelante Hacia adelante, máxima velocidad

Hacia atrás, máxima velocidad Hacia atrás Enter

1. Conexión eléctrica. 2. Interruptor ON/OFF. 3. Selector fusibles/voltaje. 4. Conexión de salida RS232.


- 24 -

2.2 Características funcionales

La nueva máquina de corte directo está provista con un microprocesador de control, con

pantalla LCD, tablero sensitivo de contacto, variación de velocidad desde 0,00001

hasta 9,99999 mm/min y con capacidad de emplear muestras cuadradas arriba de los

100 mm de lado.

La máquina de corte, también, cuenta con un una salida RS232 para conectarse con un

computador de escritorio o personal desde el cual es posible llevar el control del

ensayo, lo que permite realizar pruebas de duración prolongada, como por ejemplo

aquellas que necesiten más de un día para su realización.

Tabla 1. Especificaciones del equipo de corte directo.

CaracterísticasCaracterísticasCaracterísticasCaracterísticas

Largo Ancho Altura Dimensiones

320 mm 1135 mm 1260 mm

Tamaño máximo de muestra 100 mm

Máxima carga normal 1000 kg

Muestras cuadradas de 60 mm de lado 10:1 proporción máxima de esfuerzo

100 Kg 2,8 N/mm2

Máxima carga de corte 4,5 KN

Peso 70 Kg

FuenteFuenteFuenteFuente: ELE internacional.

Este equipo de corte directo está diseñado para multiplicar la carga normal por diez, es

decir que si se coloca un peso de un kilogramo en el soporte para la carga, sobre la

muestra se estará aplicando una carga de 10 kilogramos; por esto, se dice que el

equipo posee un brazo de palanca de diez.


- 25 -

El anillo de carga del equipo de corte directo tiene una capacidad de 4,5 KN, el cual no

se recomienda se empleé más allá del 80% de su capacidad.

Descripción de los controles:

El interruptor de encendido y apagado (ver Fig. 10) se encuentra en el panel

trasero de la máquina de corte. Cuando este interruptor se coloca en ON, al inicio el

tablero de control se mostrara de la siguiente manera por espacio de unos dos

segundos:

Una vez que una serie de revisiones automáticas electrónicas sean hechas y esta revisión

es realizada con éxito, la pantalla del panel de control aparecerá de la siguiente manera:

O

Si el equipo se encuentra conectado a un computador la pantalla del panel de control

aparecerá como lo siguiente:

La notación X.XXXXX indica la última velocidad que se empleó en el equipo de corte

directo, es decir, la última velocidad almacenada en la memoria del equipo de corte.


- 26 -

Con la tecla [MODE] es posible seleccionar distintos modos de operación que dispone

el equipo de corte directo, estos modos de operación se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 2. Modos de operación del equipo de corte directo.

Nombre Nombre Nombre Nombre Descripción Descripción Descripción Descripción

Manual Modo de control desde el Tablero de Control

Serial Modo de operación vía interfase RS232

Set 0 Datum Modo de operación de dato o punto de regreso, punto cero.

Set-Up Configuración de las opciones del sistema (unidades, tipo, contraste,

diagnóstico) FuenteFuenteFuenteFuente: ELE internacional.

Cuando la tecla [Mode] es repetidamente oprimida se pasará por los distintos modos de

operación en el siguiente orden: Manual, Serial, Set 0 Datum y finalmente por Set-Up,

cuando se muestre el modo deseado se debe de oprimir la tecla [Enter] para que este

modo de operación quede seleccionado o presione [Esc] para cancelar la acción y volver

al modo de operación establecido anteriormente.

En modo Manual la pantalla de control se verá de la siguiente forma:

La línea superior mostrará el estado del sistema y la velocidad actual. Dicha velocidad se

puede cambiar en cualquier momento mediante el tablero digital, la nueva velocidad se

mostrará en la línea inferior, en el lugar marcado por los símbolos #, una vez escrita la

velocidad deseada y presionando la tecla [Enter], la nueva velocidad quedará activada.

El motor del equipo de corte es controlado mediante los botones de control (ver Fig.

9):

[Stop] Cancela todo movimiento del motor.

[Forward] Mueve hacia adelante la caja de corte a la velocidad presente.

[Reverse] Mueve hacia atrás la caja de corte a la velocidad presente.


- 27 -

[Fast Forward] Mueve hacia adelante la caja de corte a la máxima velocidad.

[Fast Reverse] Mueve hacia atrás la caja de corte a la máxima velocidad.

[Run] Mueve hacia adelante la caja de corte a la velocidad presente.

[Pause] Pone en pausa el motor, durante esta pausa se puede

introducir una nueva velocidad mediante el tablero de control, al volver a oprimir la tecla

de pausa, la máquina continuará hacia delante con la nueva velocidad.

Para seleccionar el modo de operación Set 0 Datum presione la tecla [Mode] hasta que

la pantalla se muestre de la siguiente forma:

Una vez que la pantalla se muestre de esta manera presione la tecla [Ent] para dejar

activo este modo de operación.

Cuando este modo de operación, Punto de Retorno (Set 0 Datum), está activo se

establece un punto cero o de retorno, el símbolo aparece en la línea superior de la

pantalla cuando este punto esté definido, cada vez que se oprima la tecla [ ] la máquina

retornara a este punto a la máxima velocidad y se detendrá al llegar a dicho punto. Este

punto de retorno se borra al volver al modo Manual.

3333 Puesta en marcha del nuevo Puesta en marcha del nuevo Puesta en marcha del nuevo Puesta en marcha del nuevo equipo de equipo de equipo de equipo de cortecortecortecorte directodirectodirectodirecto

Para la puesta en marcha del nuevo equipo de corte directo del LANAMME, se debió

realizar una evaluación funcional y operacional del equipo, con el objetivo de determinar

el estado en que se encontraba el equipo, debido a que se trata de un equipo nuevo; y

que además, tenía un periodo aproximado de un año sin uso.


- 28 -

El primer componente evaluado fue el anillo de carga. Este accesorio no se había

empleado antes y contaba con la calibración del fabricante, por cuanto no fue necesario

realizar ninguna evaluación.

Para el anillo de carga fue necesario calcular la constante del anillo. Esta operación se

realizó con la información de la calibración del anillo, la cual es proporcionada por el

mismo fabricante del anillo de carga. Los datos empleados para la determinación de la

constante del anillo de carga, así como el gráfico resultante (ver gráfico 1) se muestran

a continuación.

Tabla 3. Datos de la calibración del anillo de carga, según el fabricante.

CargaCargaCargaCarga (kN)(kN)(kN)(kN)

DivisionesDivisionesDivisionesDivisiones CCCCRRRR

(N/div)(N/div)(N/div)(N/div)

0,0 0,0 0,000

0,6 193,1 3,107

0,8 257,6 3,106

1,2 390,2 3,075

1,6 521,4 3,069

2,0 655,3 3,052

2,4 788,1 3,045

2,8 919,0 3,047

3,2 1055,1 3,033

3,6 1188,1 3,030

4,0 1327,7 3,013

4,5 1494,6 3,011

PromedioPromedioPromedioPromedio,,,, C C C CRRRR (N/div)(N/div)(N/div)(N/div) 3,053,053,053,05

FuenteFuenteFuenteFuente: ELE internacional.


- 29 -

Gráfico 1. Curva de calibración del deformímetro de carga.

Calibracion del Deformimetro de Carga F6773. Equipo Corte

Directo CD003

3,000

3,020

3,040

3,060

3,080

3,100

3,120

0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0 1600,0

Lecturas del Defomimetro de Carga (div)

Constate del Anillo C

R (

N/div

)

SerieSerieSerieSerie PromedioPromedioPromedioPromedio

3,05

Los siguientes accesorios analizados fueron los deformímetros vertical y horizontal,

dichos elementos no contaban con ninguna prueba de calibración previa. Durante la

calibración de estos elementos se determinó que ambos medidores estaban

defectuosos. Debido a esto, fueron remplazados por dos deformímetros digitales

nuevos y calibrados por un laboratorio especializado en calibración de equipos de

laboratorio.

El último elemento por analizar, fue el estado del motor del aparato de corte, en relación

a la variación de la velocidad entregada por el equipo y la registrada en el panel de

control.

La verificación para determinar cuál es la variación entre la velocidad introducida en el

panel de control y la velocidad real durante las prueba consistió en medir la velocidad


- 30 -

real del equipo mediante mediciones directas. Para ello, se emplearon un deformímetro

digital, para determinar el recorrido del carrusel de transporte y un cronómetro, con el

cual se determinaba el tiempo que le tomaba realizar determinado intervalo de longitud,

ambos instrumentos contaban con la certificación de la calibración realizada por un

laboratorio especializado.

La comprobación de la velocidad entregada se llevó a cabo mediante la medición de dos

velocidades distintas; ambas dentro de un rango de velocidades establecidas como

velocidades bajas. Dicho rango de velocidad se consideró como una condición de

ensayo critico, pues es más probable que el motor tienda a presentar mayores

variaciones a la hora de entregar una velocidad baja que en el caso de velocidades altas.

De los gráficos 2 y 3, en la página siguiente, se observa que el porcentaje de variación

entre la velocidad que se muestra en el panel de control del equipo y el promedio de la

velocidad determinada mediante mediciones directas es de 0,57% y 0,74%. Lo que

demuestra que en promedio el equipo posee una variación de la velocidad menor al uno

por ciento.

Del análisis realizado al equipo de corte, en cuanto a la velocidad entregada, se

comprobó que el nuevo equipo de corte directo del LANAMME cumple lo estipulado en

la norma ASTM D 3080, en la cual, dice que el equipo empleado en estos ensayos no

debe presentar una variación en la velocidad teórica y la real de ± 5%.


- 31 -

Gráfico 2. Gráfico de comprobación de la velocidad entregada por la máquina de corte directo, velocidad: 0,03500 mm/min

Calibración de la velocidad del Aparato de Corte (tiempo medido cada 0,02mm=10div)

Ajuste promediod = 0,03480 t

R2 = 0,99998

Ajuste teóricod = 0,03500 t

R2 = 1,00000

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo, t (min)

Dis

tan

cia

, d

(m

m)

Promedio Teorico Linear (Promedio) Linear (Teorico)

Gráfico 3. Gráfico de comprobación de la velocidad entregada por la máquina de corte directo,

velocidad: 0,04272 mm/min

Calibración de la velocidad del Aparato de Corte (tiempo medido cada 0,02mm=10div)

Ajuste promediod = 0,04240 t

R2 = 0,99998

Ajuste teóricod = 0,04272 t

R2 = 1,00000

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tiempo, t (min)

Dis

tan

cia

, d

(m

m)

Promedio Teorico Linear (Promedio) Linear (Teorico)


- 32 -

4444 Operación Operación Operación Operación del del del del nuevo nuevo nuevo nuevo equipoequipoequipoequipo de corte de corte de corte de corte mediante mediante mediante mediante Etapas MúlEtapas MúlEtapas MúlEtapas Múltiples tiples tiples tiples

A continuación se describen una serie de pasos generales para el adecuado empleo del

equipo de corte directo mediante la técnica de Etapas Múltiples.

1. Una vez conectada la máquina a la corriente eléctrica, se coloca el interruptor

de encendido ubicado en el panel trasero de la máquina en la posición ON, ver

Fig. 10.

2. La pantalla del tablero de control se mostrará de la siguiente manera por

espacio de unos dos segundos:

Una vez que una serie de revisiones automáticas electrónicas sean hechas y toda esta

revisión es realizada con éxito la pantalla del panel de control aparecerá de la siguiente

manera:

O

Si el equipo se encuentra conectado a un computador la pantalla del panel de control

aparecerá de la siguiente manera:


- 33 -

La notación X.XXXXX indica la última velocidad que se empleó en el equipo de corte

directo, es decir, la última velocidad almacenada en la memoria del equipo de corte.

3. Se Introduce la velocidad a la que se desea realizar el ensayo, para ello utilice el

teclado numérico del tablero de control, ver Fig. 9, cuando se a terminado de

digitar la velocidad deseada se debe oprimir la tecla [Ent] para que la velocidad

quede activada en el equipo.

4. Asegurarse de que la caja de transporte, donde se coloca la caja de corte,

esté en la posición inicial del ensayo, para ello oprima la tecla para que la caja

de transporte regrese al punto inicial a máxima velocidad.

5. Inundar la caja de transporte, para ensayos con la muestra sumergida, antes de

comenzar a inundar la caja de transporte se debe verificar que el tornillo de

desagüe esté colocado, ver Fig. 4.

6. Introducir la caja de corte en la caja de transporte una vez realizado el moldeo o

preparación de la muestra y colocado en la caja de corte.

7. Colocar el yugo de carga vertical, ver Fig. 4, en posición sobre la caja de corte

y acomodar el deformímetro vertical sobre el centro del tornillo del yugo de

carga vertical.

8. Se lleva la caja de corte hacia adelante (alrededor de 1,2 mm); esto, debido a

que existe un espacio “muerto” entre el anclaje de la parte superior de la caja de

corte y el cuello de cisne. Cuando se coloca la caja de corte en la caja de

transporte, los anclajes de la caja de corte y del cuello de cisne no quedan en

contacto, es por ello necesario llevarlos al tope manualmente para poder iniciar la

prueba; de no hacerse, se estaría registrando una deformación horizontal sin


- 34 -

tener alguna indicación de carga horizontal en el anillo de carga. Esto es más

importante tenerlo presente en ensayos a velocidades muy bajas, pues el

recorrido invertido en velocidades bajas puede tomar una cantidad de tiempo

importante; en el cual, no se estaría realizado parte del ensayo, por no tener en

contacto adecuado los anclajes entre la caja de corte y el cuello de cisne.

9. Una vez que se tiene seguridad de que los anclajes entre la caja de corte y el

cuello de cisne están en contacto, se debe de ajustar la caja de corte a la caja

de transporte mediante el ajuste de los tornillos fijadores de la caja de corte, ver

Fig. 4. Al realizar este ajuste se puede perder el contacto entre los anclajes; es

por ello, que se debe revisar que esto no haya sucedido.

10. Teniendo la caja de corte asegurada a la caja de transporte y un contacto entre

los anclajes, se procede a remover los tornillos de alineación (ver Fig. 4) que

sujetan las dos mitades de la caja de corte.

11. Se ponen los deformímetros vertical y horizontal, así como el anillo de carga en

cero.

12. Ya colocadas las pesas para la carga normal deseada en el soporte de carga, se

mueve el tornillo de soporte del brazo de carga para que deje actuar esta carga

normal sobre la muestra. Dejar la muestra consolidar en caso de realizar un ensayo

consolidado.

13. Para dar inicio a la prueba de corte directo oprima la tecla [Run].

14. Para aplicar la técnica de Multietapas se debe detener la prueba hasta percibir

que se está alcanzando el máximo esfuerzo. Cuando se tienen unas cuantas

mediciones constantes, se debe tener en cuenta que no se debe continuar


- 35 -

demasiado la prueba, pues se puede convertir en un ensayo convencional. Cuando

se obtengan unas cuantas mediciones constantes se detiene la máquina

oprimiendo la tecla [Stop], esto completa la primera etapa del ensayo. Se coloca

la siguiente carga en el soporte de la carga y se deja que ocurra la consolidación,

en el caso de un ensayo consolidado y se reanuda la prueba oprimiendo la tecla

[Run], esto inicia la segunda etapa. Se sigue este mismo procedimiento para

realizar la tercera etapa.

15. Cuando se alcance la falla de la muestra, en la tercera etapa, oprima la tecla

[Stop] para detener la máquina de corte. Remueva el yugo de carga de la caja de

corte; para ello, primero apoye el brazo de carga sobre el tornillo de soporte,

después remueva los tornillos fijadores de la caja de corte, ahora puede quitar la

caja de corte de la caja de transporte.

16. Si se va a tomar una muestra de humedad del espécimen, retírelo de la caja de

corte con cuidado e introduzca la muestra en el horno después de haber tomado

el peso húmedo.

17. Se debe limpiar la caja de corte y sus partes, se retira el tornillo de desagüe

de la caja de transporte y se deja limpia y seca la caja de transporte para su

próximo ensayo y así, evitar la oxidación del equipo.

18. Retornar la caja de transporte a su posición inicial y apague la máquina de corte

colocando el interruptor en la posición OFF ubicado en el panel trasero de la

máquina, ver Fig. 10.

19. Debe dejarse el área de trabajo limpia y ordenada, así como todo el equipo

utilizado durante el ensayo.


- 36 -

5555 Parámetros de resistencia obtenidosParámetros de resistencia obtenidosParámetros de resistencia obtenidosParámetros de resistencia obtenidos

Los materiales empleados en esta investigación corresponden a un suelo limoso extraído

mediante la técnica de “Queso” en la zona de Patio de Agua en las Nubes de Coronado,

una arena del Río Toro Amarillo procedente del tajo de la empresa Meco S.A. en

Guápiles; y por último, se empleó un suelo arcilloso muestreado en la Urbanización

Quiribrí en Limón centro, la cual fue remoldeada debido al alto grado de contaminación

que presentaba la muestra.

Tabla 4. Resultado de las pruebas de caracterización para las muestras empleadas.

Resultados en arResultados en arResultados en arResultados en arcillacillacillacilla

Gravedad específica, GS 2,59

Límite Líquido 69,84

Límite Plástico 23,02

Índice de Plasticidad 46,82

Clasificación SUCSClasificación SUCSClasificación SUCSClasificación SUCS CHCHCHCH.... Arcilla inorgánica de alta plasticidad. Arcilla inorgánica de alta plasticidad. Arcilla inorgánica de alta plasticidad. Arcilla inorgánica de alta plasticidad.

Resultados en Resultados en Resultados en Resultados en limolimolimolimo

Gravedad específica, GS 2,72

Límite Líquido 36,24

Límite Plástico 34,51

Índice de Plasticidad 1,72

Clasificación SUCSClasificación SUCSClasificación SUCSClasificación SUCS ML.ML.ML.ML. Limo inorgánico Limo inorgánico Limo inorgánico Limo inorgánico dededede poca poca poca poca compresibilidadcompresibilidadcompresibilidadcompresibilidad. . . .

ReReReResultados en arenasultados en arenasultados en arenasultados en arena

D10 O,20 mm

D30 O,49 mm

D60 1,20 mm

CU 6,00

CC 2,04

Clasificación SUCSClasificación SUCSClasificación SUCSClasificación SUCS SW.SW.SW.SW. Arena bien graduada, ningún fino. Arena bien graduada, ningún fino. Arena bien graduada, ningún fino. Arena bien graduada, ningún fino.


- 37 -

Gráfico 4. Curva granulométrica de la arena empleada en los ensayos, origen: Río Toro Amarillo, Guápiles, Tajo Empresa Meco S.A.

Dist r ibución Gr anul omét r ica, aná l is is por

t amizad o, Ar ena.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0100,1001,00010,000

Ta mañ o d el t a miz (mm)

Po

rc

en

ta

je

Pa

sa

nd

o (

%)

Número

oe malla #4 #8 #10 #16 #30 #50 #100 #200

4,75 2,36 2,00 1,19 0,600 0,300 0,150 0,075

Para la confección de las muestras de arena se siguió el siguiente procedimiento:

1. Se colocó una muestra de arena seca de aproximadamente 140 g en la caja de

corte cuadrada de 6 cm de lado.

2. Se vibró la muestra de arena por un tiempo de 5 minutos hasta alcanzar la marca

establecida de 2,2 cm de alto, en la Fig. 11 se puede ver el equipo empleado para

realizar la vibración de las muestras de arena.

Después de haber cumplido el tiempo establecido de vibrado, se corrobora que el nivel

de la muestra de arena seca se encuentre justo en la marca de los 2,2 cm, realizada


- 38 -

esta comprobación, se coloca la caja de corte junto con la muestra de arena en la

maquina de corte directo para proceder con el ensayo. Al seguir este procedimiento se

establece una densidad promedio de las muestras de arena seca de 1,76 g/cm3.

Figura 11. Equipo de vibración empleado para la compactación de las muestas de arena.

En el caso del limo, como se menciono anteriormente, este fue muestreado mediante la

técnica de “Queso”, de esta muestra se moldearon los especímenes necesarios para la

realización de los ensayos de corte directo convencionales y en Etapas Múltiples. En la

tabla 5 se presentan los resultados de humedades y porcentajes de saturación

obtenidos de cada muestra de limo ensayada.


- 39 -

Tabla 5. Porcentajes de saturación (S) y humedades (W) para las muestras de limo.

MuestraMuestraMuestraMuestra WWWWiniiniiniini SSSSiniiniiniini WWWWfinfinfinfin SSSSfinfinfinfin

A1 50% 65% 62% 80%

A2 50% 63% 64% 82%

A3 57% 71% 61% 76%

M1 51% 60% 64% 75%

B1 49% 64% 61% 81%

B2 54% 65% 60% 73%

B3 49% 62% 52% 65%

M2 51% 63% 59% 73%

C1 49% 63% 61% 79%

C2 52% 66% 67% 84%

C3 53% 66% 56% 69%

M3 46% 57% 57% 69%

D1 52% 66% 67% 84%

D2 49% 64% 56% 73%

D3 47% 61% 51% 65%

M4 48% 62% 59% 76%

E1 48% 61% 63% 80%

E2 47% 61% 56% 72%

E3 49% 65% 51% 68%

M5 49% 67% 56% 76%

Promedio ConvencionalPromedio ConvencionalPromedio ConvencionalPromedio Convencional 50%50%50%50% 64%64%64%64% 59%59%59%59% 75%75%75%75%

Promedio MultietapasPromedio MultietapasPromedio MultietapasPromedio Multietapas 49%49%49%49% 62%62%62%62% 59%59%59%59% 74%74%74%74%

El remoldeo de la muestra de arcilla se basó en la metodología del ensayo de

compactación de Proctor Estándar. Se mezclaron 2200 g de suelo arcilloso más 500 ml

de agua, una vez que se obtiene una muestra homogénea, se coloca la mezcla de suelo y

agua en el molde de proctor, compactando en tres capas, con 25 golpes del martillo de

Proctor Estándar por cada capa. Después se retira el molde de la muestra de suelo y se

moldean los especímenes para la realización del ensayo de corte. En la figura 12 se

ilustra los resultados obtenidos con el procedimiento anteriormente descrito. En la tabla

6 se presentan los resultados de humedades y porcentajes de saturación obtenidos de

cada muestra de arcilla ensayada.


- 40 -

Figura 12. Proceso de remoldeo para la muestra de arcilla.

Tabla 6. Porcentajes de saturación (S) y humedades (W) para las muestras de arcilla.

MuestraMuestraMuestraMuestra WWWWiniiniiniini SSSSiniiniiniini WWWWfinfinfinfin SSSSfinfinfinfin

A1 31% 87% 34% 95%

A2 32% 89% 34% 96%

A3 32% 89% 35% 99%

M1 32% 90% 35% 99%

B1 29% 86% 34% 98%

B2 29% 89% 32% 98%

B3 29% 88% 33% 98%

M2 30% 89% 34% 99%

C1 30% 86% 35% 100%

C2 30% 81% 36% 99%

C3 30% 90% 34% 100%

M3 30% 91% 33% 99%

D1 28% 85% 32% 95%

D2 27% 83% 30% 92%

D3 30% 86% 34% 98%

M4 29% 87% 32% 95%

E1 31% 86% 36% 99%

E2 32% 89% 35% 97%

E3 32% 89% 35% 95%

M5 32% 84% 38% 99%

Promedio ConvencionalPromedio ConvencionalPromedio ConvencionalPromedio Convencional 30% 87% 34% 97%

Promedio MultietapasPromedio MultietapasPromedio MultietapasPromedio Multietapas 31% 88% 35% 98%


- 41 -

A continuación se presentan las envolventes de falla obtenidas en cada ensayo para cada

tipo de suelo, los ensayos fueron denominados de la A a la E para el caso de la técnica

convencional y de M1 a M5 en el caso de la técnica en Etapas Múltiples. Las cargas

normales empleadas seleccionadas corresponden a cargas típicas empleadas en los

ensayos de corte directo.

5.1 Resultados en arcilla

Para los ensayos de corte directo en arcilla se empleó una caja de corte cuadrada de 6

cm de lado, se aplicó una velocidad de 0,5 mm/min y las cargas normales aplicadas

fueron las siguientes: 1 Kg, 2 Kg y 4 Kg. Para así, estar en el rango de 0,28 a 1,11

Kg/cm2 de esfuerzo en las muestras durante las pruebas.

Gráfico 5. Envolvente de falla, ensayo convencional A, arcilla, caja de corte cuadrada.

Parámetros de resistencia del suelo. Ensayo de Corte Directo. Norma

ASTM 3080-04.

τ = 0,5463 σ + 0,5093R2 = 0,9919

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

Esfuerzo Normal σ σ σ σ (kg/cm2)

Esfuerzo Cortante ττ ττ (kg/cm2)

Resistencia al Corte, muestra

consolidada-no drenada. Ensayo CU

c = 0,51 Kg/cm2

φ = 28,7º


- 42 -

Gráfico 6. Envolvente de falla, ensayo convencional B, arcilla, caja de corte cuadrada.


ASTM 3080-04.

τ = 0,5371 σ + 0,5102

R2 = 1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

Esfuerzo Normal σσσσ (kg/cm2)

Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (

kg

/cm

2)



c = 0,51 Kg/cm2

φ = 28,3º

Gráfico 7. Envolvente de falla, ensayo convencional C, arcilla, caja de corte cuadrada.

Parámetros de resistencia del suelo. Ensayo de Corte Directo. Norma ASTM

3080-04.

τ = 0,9586 σ + 0,1569

R2 = 0,9497

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/

cm2 )



c = 0,16 Kg/cm2

φ = 43,8º


- 43 -

Gráfico 8. Envolvente de falla, ensayo convencional D, arcilla, caja de corte cuadrada. Parámetros de resistencia del suelo. Ensayo de Corte Directo. Norma ASTM

3080-04.

τ = 0,2924 σ + 0,5728

R2 = 0,4694

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/c

m2)

Resistencia al Corte, muestra consolidada-no

drenada. Ensayo CU

c = 0,57 Kg/cm2

φ = 16,3º

Gráfico 9. Envolvente de falla, ensayo convencional E, arcilla, caja de corte cuadrada.


3080-04.

τ = 0,6367 σ + 0,3716

R2 = 0,9806

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2


Esfuer

zo C

ortante ττ ττ

(kg/c

m2)



c = 0,38 Kg/cm2

φ = 32,5º


- 44 -

Gráfico 10. Envolvente de falla, ensayo en Multietapas M1, arcilla, caja de corte cuadrada.

Parámetros de resistencia del suelo. Ensayo de Corte Directo en

Multietapas.

τ = 0,3632 σ + 0,5292

R2 = 0,832

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/c

m2)


consolidada- no drenada. Ensayo CU

c = 0,53 Kg/cm2

φ = 20,0º



Multietapas.

τ = 0,4717 σ + 0,6406

R2 = 0,9741

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4


Esfuer

zo C

ort

ante

ττ ττ (kg/c

m2)



c = 0,64 Kg/cm2

φ = 25,3º


- 45 -



Multietapas.

τ = 0,4892 σ + 0,6682

R2 = 0,9712

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/c

m2)



c = 0,67 Kg/cm2

φ = 26,1º



Multietapas.

τ = 0,223 σ + 0,5959

R2 = 0,9999

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3


Esfuer

zo C

ort

ante

ττ ττ (kg/c

m2)


consolidada-drenada. Ensayo CU

c = 0,56 Kg/cm2

φ = 12,6º


- 46 -



Multietapas.

τ = 0,3692 σ + 0,4691

R2 = 0,9617

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (

kg

/cm

2)



c = 0,47 Kg/cm2

φ = 20,3º

Tabla 7. Resumen de resultados de los ensayos en suelo arcilloso, ensayo CU.

CONVENCIONALCONVENCIONALCONVENCIONALCONVENCIONAL MULTIETAPASMULTIETAPASMULTIETAPASMULTIETAPAS

No. EnsayoNo. EnsayoNo. EnsayoNo. Ensayo RRRR2222 CohesiónCohesiónCohesiónCohesión (kg/cm(kg/cm(kg/cm(kg/cm2222))))

Ángulo F.Ángulo F.Ángulo F.Ángulo F. (Grados)(Grados)(Grados)(Grados)

CohesiónCohesiónCohesiónCohesión (kg/cm(kg/cm(kg/cm(kg/cm2222))))


RRRR2222 No. EnsayoNo. EnsayoNo. EnsayoNo. Ensayo

Serie A 0,9919 0,5093 28,65 0,5292 19,96 0,8320 M1

Serie B 1,0000 0,5102 28,24 0,6406 25,25 0,9741 M2

Serie C 0,9497 0,1569 43,79 0,6682 26,07 0,9712 M3

Serie D 0,4694 0,5728 16,30 0,5959 12,57 0,9999 M4

Serie E 0,9806 0,3716 32,48 0,4691 20,26 0,9629 M5

PromedioPromedioPromedioPromedio 0,87830,87830,87830,8783 0,420,420,420,42 29,8929,8929,8929,89 0,580,580,580,58 20,8220,8220,8220,82 0,94800,94800,94800,9480 PromedioPromedioPromedioPromedio

Desv. SDesv. SDesv. SDesv. Std.td.td.td. 0,230,230,230,23 0,170,170,170,17 7,267,267,267,26 0,080,080,080,08 5,395,395,395,39 0,070,070,070,07 Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.


- 47 -

Tomando el promedio de cada esfuerzo máximo, obtenido de cada uno de los ensayos,

es posible realizar una envolvente general para las técnicas desarrolladas, con el fin de

apreciar las posibles diferencias en los factores de seguridad de las técnicas aplicadas.

Es así, como se realizó el siguiente grafico, el cual presenta las dos envolventes

generales o promedio de las dos técnicas estudiadas.

Gráfico 15. Envolventes promedio de falla, ensayo convencional y en Multietapas, arcilla, caja de corte cuadrada.


Multietapas y Convencional. Norma ASTM 3080-04.

τ = 0,5952 σ + 0,423

R2 = 0,9981τ = 0,385 σ + 0,5802

R2 = 0,9985

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (kg/

cm2 )

CONVENCIONAL MULTIETAPAS



c = 0,42 Kg/cm2

φ = 30,8º

c = 0,58 Kg/cm2

φ = 21,1º

Producto de la envolvente anterior se obtiene como resultado la siguiente tabla:

Tabla 8. Parámetros de resistencia de la muestra de suelo arcilloso, ensayo CU.



ÁnÁnÁnÁngulo F.gulo F.gulo F.gulo F. (Grados)(Grados)(Grados)(Grados)




PromedioPromedioPromedioPromedio 0,9981 0,42 30,76 0,58 21,06 0,9985 PromedioPromedioPromedioPromedio


- 48 -

5.2 Resultados en limo

Para los ensayos de corte directo en las muestras de suelo limoso, se empleó una caja

de corte circular de 6,3 cm de diámetro, se aplicó una velocidad de 0,06 mm/min; la

cual, se determinó como lo explica la norma ASTM D 3080 para pruebas bajo

condiciones consolidadas y drenadas, las cargas normales aplicadas fueron las

siguientes: 5,48 Kg; 10,48 Kg y 20,48 Kg para estar en el rango de 1,5 a 6 Kg/cm2

de esfuerzo en las muestras durante las pruebas.

Gráfico 16. Envolvente de falla, ensayo convencional A, limo, caja de corte circular.


ASTM 3080-04.

τ = 0,561 σ − 0,011R

2 = 1

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (kg/

cm2 )


consolidada-drenada. Ensayo CD

c = -0,01 Kg/cm2

φ = 29,3º


- 49 -

Gráfico 17. Envolvente de falla, ensayo convencional B, limo, caja de corte circular.


ASTM 3080-04.

τ = 0,5597 σ + 0,0269

R2 = 0,9986

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (kg/

cm2 )



c = 0,03 Kg/cm2

φ = 29,2º

Gráfico 18. Envolvente de falla, ensayo convencional C, limo, caja de corte circular.


3080-04.

τ = 0,6438 σ − 0,0176R

2 = 0,9916

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5


Esfuerzo C

ortante ττ ττ

(kg/cm

2 )



c = -0,02 Kg/cm2

φ = 32,8º


- 50 -

Gráfico 19. Envolvente de falla, ensayo convencional D, limo, caja de corte circular. Parámetros de resistencia del suelo. Ensayo de Corte Directo. Norma ASTM

3080-04.

τ = 0,5347 σ + 0,2243

R2 = 0,9999

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0


Esfuer

zo C

ortante ττ ττ

(kg/cm

2)



c = 0,22 Kg/cm2

φ = 28,1º

Gráfico 20. Envolvente de falla, ensayo convencional E, limo, caja de corte circular.

Parámetros de Resistencia del Suelo. Ensayo de Corte Directo. Norma ASTM

3080-04.

τ = 0,6032 σ − 0,0809R2 = 1

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0


Esfuerzo

Cortante ττ ττ (kg/cm

2 )



c = -0,08 Kg/cm2

φ = 31,1º


- 51 -

Gráfico 21. Envolvente de falla, ensayo en Multietapas M1, limo, caja de corte circular.


Multietapas.

τ = 0,4356 σ + 0,2552

R2 = 0,9988

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/

cm2 )



c = 0,26 Kg/cm2

φ = 23,5º



Multietapas.

τ = 0,3622 σ + 0,6475

R2 = 0,9742

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/

cm2)



c = 0,65 Kg/cm2

φ = 19,9º


- 52 -



Multietapas.

τ = 0,4122 σ + 0,3992

R2 = 0,9913

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (kg/

cm2 )



c = 0,40 Kg/cm2

φ = 22,4º



Multietapas.

τ = 0,4234 σ + 0,3356

R2 = 0,9861

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (k

g/cm

2)



c = 0,34 Kg/cm2

φ = 23,0º


- 53 -



Multietapas.

τ = 0,4398 σ + 0,4031

R2 = 0,9848

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (k

g/cm

2 )



c = 0,40 Kg/cm2

φ = 23,7º

Tabla 9. Resumen de resultados de los ensayos en suelo limoso, ensayo CD.




CoheCoheCoheCohesiónsiónsiónsión (kg/cm(kg/cm(kg/cm(kg/cm2222))))



Serie A 1,0000 -0,0110 29,29 0,2552 23,54 0,9988 M1

Serie B 0,9986 0,0269 29,24 0,6475 19,91 0,9742 M2

Serie C 0,9916 -0,0176 32,77 0,3992 22,40 0,9913 M3

Serie D 0,9999 0,2243 28,13 0,3356 22,95 0,9861 M4

Serie E 1,0000 -0,0809 31,10 0,4031 23,74 0,9848 M5


Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std. 0,000,000,000,00 0,120,120,120,12 1,831,831,831,83 0,150,150,150,15 1,541,541,541,54 0,010,010,010,01 Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.


- 54 -

A continuación se presenta la envolvente promedio de falla de las técnicas convencional

y en Etapas Múltiples obtenidas para la muestra de suelo limoso.

Gráfico 26. Envolventes promedio de falla, ensayo convencional y en Multietapas, limo, caja de corte circular.



τ = 0,581 σ + 0,0294R2 = 0,9998

τ = 0,4139 σ + 0,409

R2 = 0,9911

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (k

g/cm

2)




c = 0,03 Kg/cm2

φ = 30,2º

c = 0,41 Kg/cm2

φ = 22,5º


Tabla 10. Parámetros de resistencia de la muestra de suelo limoso, ensayo CD.







PromedioPromedioPromedioPromedio 0,9998 0,0294 30,16 0,4090 22,48 0,9911 PromedioPromedioPromedioPromedio


- 55 -

5.3 Resultados en arena

Para los ensayos de corte directo en las muestras de material granular o arena, se empleó una

caja de corte cuadrada de 6,0 cm de diámetro, se aplicó una velocidad de 0,5 mm/min y las

cargas normales aplicadas fueron las siguientes: 5,54 Kg; 10,54 Kg y 20,54 Kg para estar en

el rango de 1,54 a 5,71 Kg/cm2 de esfuerzo en las muestras durante las pruebas.

Gráfico 27. Envolvente de falla, ensayo convencional A, arena, caja de corte cuadrada.


ASTM 3080-04.

τ = 0,9747 σ + 0,1354R2 = 0,9971

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (k

g/c

m2 )



c = 0,14 Kg/cm2

φ = 44,3º


- 56 -

Gráfico 28. Envolvente de falla, ensayo convencional B, arena, caja de corte cuadrada.


ASTM 3080-04.

τ = 0,9254 σ + 0,1685

R2 = 0,9999

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (k

g/cm

2 )



c = 0,17 Kg/cm2

φ = 42,8º

Gráfico 29. Envolvente de falla, ensayo convencional C, arena, caja de corte cuadrada.


3080-04.

τ = 0,9503 σ + 0,0443

R2 = 0,9999

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5


Esfuer

zo C

ortante

τ τ τ τ ( k

g/cm

2)



c = 0,04 Kg/cm2

φ = 43,5º


- 57 -

Gráfico 30. Envolvente de falla, ensayo convencional D, arena, caja de corte cuadrada. Parámetros de resistencia del suelo. Ensayo de Corte Directo. Norma ASTM

3080-04.

τ = 0,9361 σ − 0,0149

R2 = 0,9996

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (k

g/cm

2)



c = 0,00 Kg/cm2

φ = 43,1º

Gráfico 31. Envolvente de falla, ensayo convencional E, arena, caja de corte cuadrada.


3080-04.

τ = 1,0025 σ − 0,05

R2 = 0,9973

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (k

g/cm

2)



c = 0,00 Kg/cm2

φ = 45,1º


- 58 -

Gráfico 32. Envolvente de falla, ensayo en Multietapas M1, arena, caja de corte cuadrada.


Multietapas.

τ = 0,6128 σ + 0,4503

R2 = 0,9991

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (k

g/cm

2 )



c = 0,45 Kg/cm2

φ = 31,5º



Multietapas.

τ = 0,6211 σ + 0,5584

R2 = 0,995

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (k

g/cm

2 )



c = 0,65 Kg/cm2

φ = 31,9º


- 59 -



Multietapas.

τ = 0,7551 σ + 0,5006

R2 = 0,9947

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0


Esfuer

zo C

ortante

τ τ τ τ (kg/

cm2 )



c = 0,51 Kg/cm2

φ = 37,1º



Multietapas.

τ = 0,6292 σ + 0,4461

R2 = 0,9974

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0


Esfuer

zo C

ortante

ττ ττ (k

g/cm

2 )



c = 0,46 Kg/cm2

φ = 32,2º


- 60 -



Multietapas.

τ = 0,7244 σ + 0,5396

R2 = 0,9953

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0


Esf

uer

zo C

ort

ante

ττ ττ (k

g/cm

2 )



c = 0,54 Kg/cm2

φ = 35,9º

Tabla 11. Resumen de resultados de los ensayos en arena, ensayo CD.


No. EnsayoNo. EnsayoNo. EnsayoNo. Ensayo RRRR2222 CohesióCohesióCohesióCohesiónnnn (kg/cm(kg/cm(kg/cm(kg/cm2222))))





Serie A 0,9971 0,1354 44,27 0,4503 31,50 0,9991 M1

Serie B 0,9999 0,1685 42,78 0,6475 31,85 0,9950 M2

Serie C 0,9999 0,0443 43,54 0,5135 37,06 0,9947 M3

Serie D 0,9996 0,0000 43,11 0,4568 32,18 0,9974 M4

Serie E 0,9973 0,0000 45,07 0,5396 35,92 0,9953 M5


Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std. 0,000,000,000,00 0,080,080,080,08 0,920,920,920,92 0,080,080,080,08 2,592,592,592,59 0,000,000,000,00 Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.Desv. Std.


- 61 -

A continuación se presenta la envolvente promedio de falla de las técnicas convencional

y en Etapas Múltiples obtenidas para las muestras de arena.

Gráfico 37. Envolventes promedio de falla, ensayo convencional y en Multietapas, arena, caja de corte cuadrada.



τ = 0,9577 σ + 0,0569R

2 = 0,9992

τ = 0,6692 σ + 0,5053R2 = 0,9964

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0


Esf

uer

zo C

ort

ante

τ τ τ τ (kg/

cm2 )




c = 0,06 Kg/cm2

φ = 43,8º

c = 0,51 Kg/cm2

φ = 33,8º


Tabla 12. Parámetros de resistencia de la muestra de arena, ensayo CD.







Promedio 0,9992 0,0569 43,76 0,5053 33,79 0,9964 Promedio


- 62 -

6666 Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones y Recomendaciones

Mediante el empleo del nuevo equipo de corte directo del Laboratorio Nacional de

Materiales y Modelos Estructurales, MD-003, es posible la realización, tanto de

ensayos de corte directo en Etapas Múltiples como con la técnica convencional. Con

este nuevo equipo se establecieron los parámetros de resistencia de suelos cohesivos y

granulares. Lo que significa, que el nuevo equipo de corte directo no plantea ninguna

limitante en cuanto al tipo de suelo que se tenga que analizar mediante ensayos de corte

directo.

Para la determinación de los parámetros de resistencia mediante la técnica de Etapas

Múltiples fue necesario el empleo de una muestra de suelo; mientras que con la técnica

convencional, se necesitaron tres muestras. Así se comprueba la ventaja de la técnica en

etapas, de utilizar un menor número de muestras para la obtención de resultados. Esta

ventaja también tiene su efecto en el factor económico de la prueba, pues al necesitar

una sola muestra para la obtención de resultados, se reduce su costo económico al

reducirse a un solo corte y no a tres como lo requiere la técnica convencional. También

se debe mencionar que el menor número de muestras necesarias implica una disminución

importante del tiempo necesario para la obtención de resultados.

Con el nuevo equipo de corte directo se lograron realizar tanto ensayos de corte

directo Consolidados-Drenados como Consolidados-No Drenados; lo que indica, que el

nuevo equipo de corte directo se puede emplear con éxito en una variedad de

velocidades, lo que anteriormente significaba una limitante con los equipos viejos de

corte directo del laboratorio.

Con la realización de éste trabajo y el empleo del nuevo equipo de corte directo fue

posible realizar por primera vez ensayos de corte directo Consolidados-Drenados

(ensayos tipo CD) en suelos finos, específicamente en limos de baja compresibilidad.


- 63 -

Estos limos fueron muestreados en la localidad de Las Nubes de Patio de Agua de

Coronado.

La realización de ensayos de corte directo Consolidados-Drenados plantea un avance en

el Laboratorio de Geotecnia del LANAMME, por cuanto el nuevo equipo de corte directo

hace posible la realización de ensayos que anteriormente no se podían llevar a cabo con

los equipos presentes en el laboratorio. La ejecución de este tipo de pruebas, en suelos

cohesivos, es viable debido a la capacidad con que cuenta el motor del nuevo equipo de

corte directo de variar su velocidad.

Los antiguos equipos de corte directo del laboratorio de geotecnia del LANAMME no

cuentan con la capacidad de variar la velocidad entregada del motor, dichos equipos

operan en una determinada velocidad fija. Este motivo los hace recomendables para ser

empleados en ensayos de corte directo en suelos granulares o arenosos únicamente.

Mientras que el nuevo equipo de corte es capaz de ser utilizado en una mayor variedad

de ensayos de corte directo que a su vez, sean pruebas más apropiadas para otros

tipos de suelos.

El nuevo equipo de corte directo del Laboratorio de Geotecnia del LANAMME hace

posible la realización de todos los tipos de ensayos de corte directo en cualquier tipo

de suelo. Se pueden llevar a cabo tanto ensayos drenados, como no drenados,

consolidados y no consolidados, sin importar el tipo de suelo para analizar, pues la

máquina puede operar en un rango de velocidades muy amplio, desde las velocidades

bajas necesarias para permitir que ocurra la liberación de la presión de poro en suelos

finos, así como velocidades altas para la realización de ensayos no drenados en suelos

finos o ensayos drenados en suelos granulares.

Según lo recomendado en la norma ASTM D 3080-04, el equipo de corte que se

emplee para la realización de los ensayos de corte directo no debe presentar una


- 64 -

variación de la velocidad entregada de ±5,0%. Del estudio realizado al nuevo aparato

de corte se logró comprobar que el equipo presentaba una variación en la velocidad

introducida en el panel de control y la velocidad real de menos del 1%.

Los ajustes correlacionales de los resultados de ambas técnicas se encuentran en un

nivel parecido y muy alto; esto revela el grado de calidad en los resultados que es

posible obtener con el nuevo equipo de corte directo. Se logran en ocasiones, ajustes

de grado 1 (R2 = 1) que indica que los resultados presentan una correlación entre sí,

de muy alto nivel; ajustándose de forma perfecta al comportamiento esperado. Se puede

concluir que ambas técnicas presentan un nivel de correlación de los resultados bastante

bueno y similar. La ventaja en la disminución de la dispersión o la similitud de resultados

planteada mediante la técnica en etapas, no fue posible corroborar debido a los tipos de

suelos ensayados y las formas de muestreo empleadas.

De los datos mostrados en las tablas 8, 10 y 12, obtenidas a partir de las envolventes

promedio de falla, se pueden establecer las siguientes relaciones entre la técnica

convencional y la técnica en Etapas Múltiples: en la arcilla, ensayo CU, se obtuvo que la

cohesión aplicando la técnica convencional es un 73% veces la cohesión obtenida

mediante Etapas Múltiples, en el caso del ángulo de fricción, mediante la forma

convencional se obtuvo que era 1,46 veces el ángulo mediante la técnica en etapas.

Para el caso del limo, ensayo CD, se determinó que la cohesión resultado de la técnica

convencional es 0,70 veces la cohesión en Etapas Múltiples, en el caso del ángulo de

fricción obtenido mediante la técnica convencional, es de aproximadamente 1,34 veces

el ángulo resultado de aplicar Etapas Múltiples.

Finalmente, en las arenas, los resultados obtenidos revelan que la cohesión obtenida

mediante la forma convencional es un 11% de la cohesión que se obtuvo al aplicar

Etapas Múltiples en el ensayo de corte directo. El ángulo de fricción de las arenas


- 65 -

alcanzado al aplicar la técnica convencional es de 1,30 veces el ángulo que se obtuvo al

aplicar Multietapas.

Lo anterior se resume en las siguientes relaciones:

Arcilla, ensayo tipo CU

cC = 0,73 cM φC = 1,46 φM

Limo, ensayo tipo CD

cC = 0,07 cM φC = 1,34 φM

Arena, ensayo tipo CD

cC = 0,11 cM φC = 1,30 φM

Dadas las características del nuevo equipo de corte directo del LANAMME, mediante el

cual se pueden realizar ensayos drenados en suelos cohesivos y la poca investigación

existente que involucra la técnica en Etapas Múltiples, ya que la técnica en etapas posee

ventajas considerables en relación con la técnica convencional, es importante

recomendar el desarrollo de investigaciones que aprovechen estas características del

equipo de corte y que además impliquen el uso de la técnica en Multietapas.

Implementar un equipo de adquisición de datos para la nueva maquina de corte directo

del LANAMME. Actualmente, el empleo del nuevo equipo de corte para la realización de

ensayos de corte directo drenados en arcillas no resulta práctico, debido al tiempo

prolongado necesario para que ocurra la falla; el tiempo de falla en este tipo de suelos

es de alrededor de las veinticuatro horas. Mediante un equipo de adquisición de datos,

todo el proceso de medición de las pruebas se realizaría de manera automática, esto

evitaría la necesidad de contar con personal técnico durante todo el desarrollo de la

prueba de corte.


- 66 -

7777 Bibliografía Bibliografía Bibliografía Bibliografía

1. ASTM Internacional. “D3080-04 Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils

Under Consolidated Drained Conditions.” Subcomité D18.05. 2005. 2. Bogantes González, Roy Adolfo. “Propuesta de Zonificación Geotécnica para el Área

Metropolitana.” Trabajo final de graduación de Licenciatura en Ingeniería Civil, UCR. San José, Costa Rica. Julio 1999.

3. Bowles, Joseph. “Manual de laboratorio de suelos en Ingeniería Civil.” McGraw-Hill. México,

1981. 4. ELE International. “Operating Instructions Digital Direct-Residual Shear Apparatus 26-

2114.” England. 5. Head, KH. “Manual of soil laboratory testing.” Pentech. London, Sydney 1982. 6. Iglesias Pérez, Celso. “Mecánica del suelo.” Síntesis, Madrid 1997. 7. Jiménez Rojas, Rodolfo. “Determinación de los parámetros de resistencia al corte en suelos

residuales.” Trabajo final de graduación de Licenciatura en Ingeniería Civil, UCR. San José, Costa Rica. Diciembre 1991.

8. Lambe, William. “Mecánica de suelos.” Limusa Wiley. México, 1972. 9. Solís Zamora, Vania. “Determinación de la resistencia al corte en limos de baja plasticidad.”

Trabajo final de graduación de Licenciatura en Ingeniería Civil, UCR. San José, Costa Rica. Julio 1998.

10. Sowers, George B. “Introducción a la mecánica de suelos y cimentaciones.” Limusa.

México, 1972. Referencias en línea http://www.eleusa.com Fecha de consulta agosto del 2006.


- 67 -

8888 AnexosAnexosAnexosAnexos


- 68 -

Anexo A. Detalle del nuevo equipo de corte directo según el fabricante.


- 69 -

Suelo C O R T E

Aparato de Corte Directo/Residual ASTM D-3080; AASHTO T-236; BS-1377.

n Sistema de impulsión controlado por microprocesador. n Gran pantalla de LED en el tablero. n Entrada directa de velocidades de corte mediante teclado

sensible al tacto. n Aproximación rápida y vuelta a datos de inicio. n Control de velocidad totalmente variable desde 0,00001 mm

(0,000001 pulg.) hasta 9,99999 mm (0,399999 pulg.) por minuto.

n Acepta muestras de hasta 100 mm (4 pulg.) cuadrados uti lizando cajas de corte opcionales.

El Aparato de Cor te Directo/Residual ELE utiliza un sistema de impulsión controlado por microprocesador, dirigido por menú, con entrada desde teclado para una precisa configuración y control de velocidad de cor te.

El uso de un sistema de impulsión controlado por microprocesador y entrada por teclado proporciona a la unidad una amplia gama de características, que incluyen pausa y reposicionamiento de velocidad durante el ensayo, interface RS232C para control de la computadora, programación del operario de funciones de velocidad y control, diagnósticos de auto-comprobación y muchas otras características. Un retorno a los datos de inicio proporciona un medio positivo de inver tir la caja de cor te cuando se está preparando para una nueva prueba o continuando con procedimientos de ensayo residual.

Los conmutadores de límite de desplazamiento hacia adelante/hacia atrás se incorporan en el sistema como característica estándar y se controlan mediante la electrónica.

La electrónica está alojada en un alojamiento de estilo moderno, que se puede ajustar para una óptima visión. El aparato está en una caja robusta y duradera y ha sido diseñado para montaje en banco.

El aparato se suministra completo preparado para su transpor te, con gancho para pesar y dispositivo de carga de palanca de relación 10:1

Especificaciones Tamaño de muestra. Acepta muestras de 2,42 pulg., 2,5 pulg. de diámetro;

y de 60 mm y 100 mm cuadrado utilizando los conjuntos de caja de cor te accesorios (no incluidos).

Gama de velocidad. Variable en unidades inglesas o métricas entre 0,00001 mm (0,000001 pulg.) y 9,99999 mm (0,399999 pulg.) por minuto.

Fuerza de corte. 4,5 kN (1.000 lbf) máxima.

Carga vertical. 1.000 kN (2.200 lbf) utilizando una relación de palanca de 10:1.

Dimensiones. 1.010 mm de largo x 290 mm de ancho x 440 mm de alto (39,7 pulg. x 11,4 pulg. x 17,3 pulg. ).

Peso. Neto 82 kg (181 libras).

Información para órdenes

Nota: La Caja de Corte, los indicadores de dial, los transductores, el anillo sonda y las pesas de carga no están incluidos; ordenar por separado.

EI26-2112/02. 110-120 vCA, 50/60 Hz, 1 ø. EI26-2112/01. 220-240 vCA, 50/60 Hz, 1 ø.

Accesorios

Nota: Vea la página siguiente para una lista completa de Conjuntos de Caja de Corte.

EI26-2112/20. Sopor te para montaje en suelo. EI25-0440. Indicador de dial ver tical. Métrico. EI25-0445. Indicador de dial ver tical. Inglés. EI88-4110. Indicador de dial horizontal. Métrico. EI88-4100. Indicador de dial horizontal. Métrico. EI78-0060. Anillo de carga de compresión. 2 kN (450 libras). EI78-0080. Anillo de carga de compresión/tensión. 2 kN (450 libras). EI78-0160. Anillo de carga de compresión. 3kN (650 libras). EI78-0180. Anillo de carga de compresión/tensión. 3 kN (650 libras). EI78-0260. Anillo de carga de compresión. 4,5 kN (1.000 libras). EI78-0280. Anillo de carga de compresión/tensión. 4,5 kN (1.000 libras). EI25-0535. Conjunto de Pesas. Conjunto de cuatro pesas de 1 kg, cinco

pesas de 4 kg y cuatro pesas de 16 kg. EI25-0537. Conjunto de Pesas. Conjunto de cuatro pesas de 1 kg, tres

pesas de 4 kg y una pesa de 16 kg.


- 70 -

Conjuntos de Caja de Corte ASTM D-3080; AASHTO T-236; BS-1377.

Suelo C O R T E

Conjunto para Ensayos de Corte Directo/Residual ASTM D-3080; AASHTO T-236; BS-1377.

El conjunto incluye todos los equipos básicos necesarios para llevar a cabo ensayos de cor te directo/residual sobre especímenes de suelo de 2,5 pulg. de

Todos los Conjuntos de Caja de Cor te ELE están diseñados para acomodarse en el carro de las Máquinas de Cor te Directo/Residual de la serie EI26-2112. Se suministran completos con dos piedras porosas, una piedra de retención y una almohadilla de carga. Todos los conjuntos se pueden utilizar para ensayos de cor te rápidos o aplicaciones de ensayo de cor te drenado/residual.

Información para órdenes EI26-2181. Conjunto de Caja Cuadrada de Cor te de 60 x 60 mm. EI26-2197. Conjuntos de Caja de Cuadrada Cor te de 100 x 100 mm. EI26-2213. Conjunto de Caja de Cor te de 62 mm (2,5 pulg.) de diámetro. EI26-2223. Conjuntos de Caja de Cor te de 60 mm (2,42 pulg.) de diámetro.

Accesorios EI26-2185. Cor tador de Muestras Cuadradas de 60 x 60 mm. EI26-2189. Herramienta de extrusión de muestras de 60 x 60 mm. EI26-2201. Cor tador de Muestras Cuadradas de 100 x 100 mm. EI26-2205. Herramienta de extrusión de muestras de 100 x 100 mm. EI26-2217. Cor tador de Muestras de 60 mm (2,5 pulg.) de diámetro. EI26-2221. Herramienta de extrusión de muestras de 60 mm (2,5 pulg.)

de diámetro.

Piezas de repuesto EI26-2181/10. Piedra porosa cuadrada de 60 x 60 mm. EI26-2197/10. Piedra porosa cuadrada de 100 x 100 mm. EI26-2213/10. Piedra porosa de 62 mm (2,5 pulg.) de diámetro. EI26-2223/10. Piedra porosa de 60 mm (2,42 pulg.) de diámetro.

diámetro, o especímenes cuadrados de 60 mm.

Información para órdenes

El conjunto incluye: 1 Aparato de Cor te Directo/Residual. 1 Caja de Cor te de 2,5 pulg. de diámetro, o cuadrada de 60 mm . 1 Cor tadora de Espécimen de 2,5 pulg. de diámetro, o cuadrada

de 60 mm. 1 Cuadrante Indicador Ver tica. 1 Cuadrante Indicador Horizontal. 1 Anillo de Carga de Compresión/Tensión. 1 Juego de Pesas.

EI2100/02. 110vCA, 50/60 Hz, 1ø, inglés. EI2100/01. 220vCA. 50/60 Hz, 1ø, inglés. EI2101/02. 110vCA, 50/60 Hz, 1ø, métrico. EI2101/01. 220vCA. 50/60 Hz, 1ø, métrico.


- 71 -

Anexo B. Gráficos de esfuerzo vrs deformación horizontal, muestra de suelo tipo

arcilloso.

Los siguientes gráficos se obtuvieron de las pruebas realizadas en el suelo arcilloso

remoldeado, se empleó la caja de corte cuadrada de 6 cm de lado.

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, A1 (Caja cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Deformación (mm)

Esfuerzo ττ ττ (kg/cm2)

Deformación Vertical Deformación Horizontal

Gráfico Esfuerzo vs Deformación A2 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,0 1,0 2 ,0 3,0 4,0 5 ,0 6,0

Deformación (mm)



Gráfico Esfuerzo vs Deformación, A3 (Caja CUADRADA)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Deformación (mm)



Gráfico Esfuerzo vs Deformación, B1 (Caja Cuadrada)

0 ,0

0,1

0 ,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,7

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Deformación (mm)




- 72 -

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, C1 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)




0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 ,0 0,5 1,0 1,5 2 ,0 2,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)




0,0

0,2

0,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)

Esfuerzo ττ ττ (kg/cm

2)


Gráfico Esfuerzo vs Deformación, D1 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 ,0 0,5 1,0 1,5 2 ,0 2,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0 ,1

0 ,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,7

0 ,8

0 ,9

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3,0 3,5 4 ,0 4,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2 ,0 2,5 3 ,0 3,5

Deformación (mm)Esfuerzo ττ ττ (kg/cm2)



- 73 -

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, d2 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0,1

0,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,7

0 ,8

0 ,9

1,0

0 ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3 ,0 3,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)



Gráfico Esfuerzo vs Deformación, E1 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0,1

0,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,7

0 ,8

0 ,9

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)


Gráfico Esfuerzo vs Deformación, M1 (Caja cuadrada)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 2,0 4 ,0 6,0 8,0 10 ,0 12,0

Deformación (mm)


2)

Deformación Horizontal

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


- 74 -

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, M4 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5 ,0 6,0

Deformación (mm)


2)

Series3

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, M5 (Caja Cuadrada)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, M2 (Caja cuadrada)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, M3 (Caja Circular)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5,0 6,0 7,0

Deformación (mm)



Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


- 75 -

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, A1 (Caja Circular)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

Deformación (mm)




0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

Deformación (mm)




0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 1,0 2,0 3,0 4 ,0 5,0 6,0 7,0

Deformación (mm)



Gráfico Esfuerzo vs Deformación, B1 (Caja Circular)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,0 1,0 2,0 3,0 4 ,0 5,0 6,0 7,0

Deformación (mm)



Anexo C. Gráficos de esfuerzo vrs deformación horizontal, muestra de suelo tipo limoso.

Los siguientes gráficos se obtuvieron de las pruebas realizadas en el suelo limoso, se empleó la

caja de corte circular de 6,3 cm de diámetro.


- 76 -

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, b2 (Caja Circular)

0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

0,0 2 ,0 4 ,0 6,0 8 ,0 10,0 12,0

Deformación (mm)


2)


Gráfico Esfuerzo vs Deformación, B3 (Caja Circular)

0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

3 ,5

4 ,0

4 ,5

5 ,0

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4 ,0 5 ,0 6 ,0 7 ,0 8,0 9 ,0 10,0



Gráfico Esfuerzo vs Deformación, C1 (Caja Circular)

0,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4 ,0 5 ,0 6 ,0 7 ,0 8,0 9 ,0 10,0

Deformación (mm)




0,0

0 ,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5 ,0 6 ,0 7 ,0 8,0 9 ,0 10,0

Deformación (mm)




0,0

1,0

2,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5 ,0 6 ,0 7 ,0 8,0 9 ,0 10,0

Deformación (mm)


2)


Gráfico Esfuerzo vs Deformación, D1 (Caja Circular)

0,0

0,2

0,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4 ,0 5 ,0 6 ,0 7 ,0 8 ,0

Deformación (mm)


2)



- 77 -


0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5 ,0 6 ,0 7,0 8 ,0 9 ,0

Deformación (mm)




0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

3 ,5

4 ,0

4 ,5

5 ,0

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5 ,0 6 ,0 7,0 8 ,0 9 ,0

Deformación (mm)



Gráfico Esfuerzo vs Deformación, E1 (Caja Circular)

0,0

0,2

0,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

0 ,0 1,0 2 ,0 3 ,0 4,0 5,0 6 ,0 7 ,0

Deformación (mm)


2)



0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

0 ,0 2 ,0 4 ,0 6 ,0 8 ,0 10,0 12,0

Deformación (mm)


2)



0,0

1,0

2,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

0 ,0 2 ,0 4 ,0 6 ,0 8 ,0 10,0 12,0 14,0

Deformación (mm)


2)



0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4 ,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Deformación (mm)



Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


- 78 -


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

Deformación (mm)



Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10 ,0 12,0 14,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 2,0 4,0 6 ,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


- 79 -

Anexo D. Gráficos de esfuerzo vrs deformación horizontal, muestra de arena.

Los siguientes gráficos se obtuvieron de las pruebas realizadas en arena, se empleó la

caja de corte cuadrada de 6 cm de lado.

Gráfico Esfuerzo vs Deformación, A1 (Caja cuadrada)

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Deformación (mm)


2)


Gráfico Esfuerzo vs Deformación, A2 (Caja Cuadrada)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5 4,0

Deformación (mm)




0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Deformación (mm)




0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Deformación (mm)




- 80 -


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

1,0

2,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

7 ,0

0 ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3 ,0 3,5 4 ,0 4 ,5




0,0

0,2

0,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

3 ,5

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)




0,0

1,0

2,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

7 ,0

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0 3 ,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)




0,0

0,2

0,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)




- 81 -


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

1,0

2,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

0 ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3 ,0 3,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)




0,0

0,2

0,4

0 ,6

0 ,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3 ,0 3 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

0,5

1,0

1,5

2 ,0

2 ,5

3 ,0

3 ,5

0 ,0 0 ,5 1,0 1,5 2 ,0 2 ,5 3 ,0

Deformación (mm)


2)



0,0

1,0

2,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

7 ,0

0 ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2 ,5 3 ,0 3,5 4 ,0 4 ,5

Deformación (mm)


2)



0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10 ,0 12,0 14,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


- 82 -


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5 ,0 6,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


0 ,0

1,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5 ,0

Deformación (mm)



Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5 ,0 6,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6 ,0 7,0

Deformación (mm)


2)


Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3


- 83 -

Anexo E. Ensayo de Consolidación para la muestra de limo.

A continuación se presenta el resultado del ensayo de consolidación realizado en la muestra de

limo para la determinación del tiempo de falla y de este modo establecer la tasa de deformación

necesaria para realizar un ensayo de corte directo drenado según como lo determina la norma

ASTM D 3080-04.

Referencia del ensayo de consolidación: ASTM D 2435-04.

Se define la consolidación como el asentamiento o deformación plástica debido a la reducción en

la relación de vacíos de un amasa de suelo que es función del tiempo y del exceso de presión de

poros.

Ensayo de consolidación unidimensional, registro de cargas.

Datos de la Cápsula de consolidación:

Diámetro interno: 63,44 mm

Altura inicial Ho: 19,11 mm

Peso del anillo + suelo: 144,64 g

Peso del anillo: 62,93 g

Densidad del agua γW: 1,00 g/cm3

Datos de la humedad inicial de la muestra

Peso Cápsula + suelo húmedo: 311,93 g

Peso Cápsula + suelo seco: 240,27 g

Peso Cápsula: 106,54 g

Datos de la humedad final de la muestra

Peso Cápsula + suelo húmedo: 153,44 g

Peso Cápsula + suelo seco: 123,37 g

Peso Cápsula: 72,49 g

Datos de la pastilla.

Área pastilla (cm2) 31,61

Volumen inicial (cm3) 60,41

Volumen de los sólidos inicial (cm3) 19,55

Altura de los sólidos inicial (cm) 0,62

Peso del suelo húmedo (g) 81,71

GS 2,72


- 84 -

Ensayo de consolidación unidimensional, registro de cargas.

Proyecto: Proyecto de Graduación. Implementación de la Técnica de Etapas Múltiples en el Ensayo de

Corte Directo.

Localización: Patio de Agua de las Nubes de Coronado Profundidad:

Muestra: número 1 Consolidómetro: De mesa

Descripción: Fecha: 12/09/05

Observaciones: Operador: José L. Ugalde

Carga: 0,772 kg Presión sobre el espécimen: 47,92 kPa - 0,49 kg/cm2 Incremento de presión: 0 kPa Fecha: 12/090/05

Carga: 1,544 kg Presión sobre el espécimen: 95,84 kPa - 0,98 kg/cm2 Incremento de presión: 47,92 kPa – 0,49 kg/cm2 Fecha: 13/12/05

Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm) Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm)

9:20:00 0:00:00 0,0 0,000 08:18:00 0:00:00 93,5 0,237

9:20:06 0:00:06 77,0 0,196 08:18:06 0:00:06 152,0 0,386

9:20:15 0:00:15 79,5 0,202 08:18:15 0:00:15 157,0 0,399

9:20:30 0:00:30 80,5 0,204 08:18:30 0:00:30 161,0 0,409

9:21:00 0:01:00 82,0 0,208 08:19:00 0:01:00 166,0 0,422

9:22:00 0:02:00 83,5 0,212 08:20:00 0:02:00 169,0 0,429

9:24:00 0:04:00 85,0 0,216 08:22:00 0:04:00 172,0 0,437

9:28:00 0:08:00 86,0 0,218 08:26:00 0:08:00 176,0 0,447

9:35:00 0:15:00 87,0 0,221 08:33:00 0:15:00 179,0 0,455

9:50:00 0:30:00 89,0 0,226 08:48:00 0:30:00 182,0 0,462

10:20:00 1:00:00 90,0 0,229 09:18:00 1:00:00 185,0 0,470

11:20:00 2:00:00 91,0 0,231 10:18:00 2:00:00 189,0 0,480

13:20:00 4:00:00 93,0 0,236 12:18:00 4:00:00 193,5 0,491

17:20:00 8:00:00 93,5 0,237 16:18:00 8:00:00 196,0 0,498

Carga: 3,088 kg Presión sobre el espécimen: 191,67 kPa - 1,95 kg/cm2 Incremento de presión: 95,84 kPa - 0,98 kg/cm2 Fecha: 14/09/05


Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm) Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm)

08:42:00 0:00:00 200,0 0,508 10:10:00 0:00:00 470,0 1,194

08:42:06 0:00:06 350,0 0,889 10:10:06 0:00:06 766,0 1,946

08:42:15 0:00:15 360,0 0,914 10:10:15 0:00:15 795,0 2,019

08:42:30 0:00:30 372,0 0,945 10:10:30 0:00:30 812,0 2,062

08:43:00 0:01:00 381,0 0,968 10:11:00 0:01:00 830,0 2,108

08:44:00 0:02:00 391,0 0,993 10:12:00 0:02:00 848,0 2,154

08:46:00 0:04:00 400,0 1,016 10:14:00 0:04:00 878,0 2,230

08:50:00 0:08:00 420,0 1,067 10:18:00 0:08:00 895,0 2,273

08:57:00 0:15:00 428,0 1,087 10:25:00 0:15:00 905,0 2,299

09:12:00 0:30:00 435,0 1,105 10:40:00 0:30:00 916,0 2,327

09:42:00 1:00:00 442,0 1,123 11:10:00 1:00:00 925,0 2,350

10:42:00 2:00:00 449,0 1,140 12:10:00 2:00:00 933,0 2,370

12:42:00 4:00:00 456,0 1,158 14:10:00 4:00:00 941,0 2,390

16:42:00 8:00:00 461,0 1,171 18:10:00 8:00:00 947,0 2,405


- 85 -

Continuación

Proyecto: Proyecto de Graduación. Implementación de la Técnica de Etapas Múltiples en el Ensayo de

Corte Directo.

Localización: Patio de Agua de las Nubes de Coronado Profundidad:

Muestra: número 1 Consolidómetro: De mesa

Descripción: Fecha: 12/09/05

Observaciones: Operador: José L. Ugalde


Carga: kg Presión sobre el espécimen: kPa Incremento de presión: kPa Fecha:

Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm) Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm)

08:28:00 0:00:00 958,0 2,433

08:28:06 0:00:06 1330,0 3,378

08:28:15 0:00:15 1360,0 3,454

08:28:30 0:00:30 1380,0 3,505

08:29:00 0:01:00 1400,0 3,556

08:30:00 0:02:00 1418,0 3,602

08:32:00 0:04:00 1431,0 3,635

08:36:00 0:08:00 1445,0 3,670

08:43:00 0:15:00 1456,0 3,698

08:58:00 0:30:00 1477,5 3,753

09:28:00 1:00:00 1494,5 3,796

10:28:00 2:00:00 1505,0 3,823

12:28:00 4:00:00 1514,0 3,846

16:28:00 8:00:00 1524,0 3,871

Carga: Proceso de descarga Presión sobre el espécimen: Incremento de presión: Fecha: 23/10/03

Carga: Presión sobre el espécimen: Incremento de presión: Fecha:

Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm) Hora

Tiempo

Transcurrido

(hh:mm:ss)

Lectura

Micrómetro

(x10-4pulg)

Deformación

(mm)

08:20:00 02:00:00 1547,0 3,929

10:20:00 04:00:00 1530,5 3,887

12:20:00 06:00:00 1509,5 3,834

14:20:00 08:00:00 1484,5 3,771

15:20:00 09:00:00 1458,0 3,703

15:40:00 09:20:00 1315,0 3,340

15:40:00 09:20:00 0,0 0,000


- 86 -

Resultados Resultados de la pastilla antes de la prueba.

Altura inicial (cm) 1,911

Peso suelo seco (g) 133,73

% WO 53,59

γγγγw (kg/m3) 1,353

γγγγd (kg/m3) 0,881

Razón de Vacíos 2,091

Resultados de la pastilla después de la prueba.

Altura final (cm) 1,518

Peso suelo seco (g) 50,88

% Wf 59,10

γγγγw (kg/m3) 1,687

γγγγd (kg/m3) 1,060

Razón de vacíos 1,567

Cálculo del coeficiente de consolidación (CV) mediante el método de Taylor.

Día d (mm) √√√√ t90 CV (Taylor) Cc Av (m/min) Mv (kpa-1) K (m/min) Carga (KN)

12/09/05 0,950 2,50 0,1223 0,023 8,015E-04 2,626E-04 3,152E-04 151,47

13/09/05 0,937 2,83 0,0929 0,145 9,130E-04 3,035E-04 2,767E-04 302,93

14/09/05 0,913 2,60 0,1046 0,368 1,157E-03 3,994E-04 4,097E-04 605,87

15/09/05 0,865 2,70 0,0870 0,666 1,046E-03 3,878E-04 3,310E-04 1211,73

16/09/05 0,796 2,60 0,0796 0,804 6,311E-04 2,571E-04 2,007E-04 2423,46

PROMEDIO 0,401 9,098E-04 3,221E-04 3,066E-04

DESV. ESTANDAR 0,3323 2,056E-04 6,783E-05 7,650E-05

Día d (mm) CV (Taylor) Cc √√√√ t90 Carga (KN) Esfuerzo

(kPa)

Esfuerzo

(kg/cm2)

12/09/05 0,950 0,1223 0,023 2,50 151,47 47,92 0,49

13/09/05 0,937 0,0929 0,145 2,83 302,93 95,84 0,98

14/09/05 0,913 0,1046 0,368 2,60 605,87 191,67 1,95

15/09/05 0,865 0,0870 0,666 2,70 1211,73 383,35 3,91

16/09/05 0,796 0,0796 0,804 2,60 2423,46 766,69 7,82

PROMEDIO 0,401 2.65

DESV. ESTANDAR 0,3323 --


- 87 -

Gráfico 1. Relación de vacíos contra esfuerzos

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,00

2,10

1 10 100 1000

Esfuerzos (kPa)

Re

lac

ión

de

va

cío

s,

e


(escala natural)

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,00

2,10

0 200 400 600 800 1000

Esfuerzos (kPa)

Re

lació

n d

e v

ac

íos,

e


- 88 -

Gráfico 3. Deformación unitaria contra esfuerzo.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

10 100 1000

Esfuerzos (kPa)

Defo

rmació

n u

nit

ari

a

Gráfico 4. Deformación unitaria contra

esfuerzo. 0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 200 400 600 800 1000

Esfuerzos (kPa)

Defo

rmació

n u

nitari

a


- 89 -

Gráfico 5. Coeficiente de consolidación contra

relación de vacíos. Método de Taylor.

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

0,0 0,1 1,0Coeficiente de Consol ida ción, C V

Rela

ció

n d

e V

acío

s, e

Gráfico 6. Coeficiente de consolidación contra

relación de vacíos. Método de Casagrande.

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

2,20

0,0 0,1 1,0

Coeficiente de consolidación, C V

Re

lac

ión

de

va

cío

s, e


- 90 -

Gráfico 7. Deformación unitaria contra esfuerzo.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 1 10

Esfuerzos (kg/cm 2 )

Defo

rmació

n u

nit

ari

a


1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,00

2,10

0 1 10

Esfuerzos (kg/cm 2 )

Rela

ció

n d

e v

acío

s, e

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Universidad de Costa Rica - inii2.ucr.ac.cr · Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Implementación de la técnica de Etapas Múltiples en el ensayo de corte directo