INFORME N 2 ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELOS COHESIVOS 1. OBJETIVOS: Este mtodo describe y regula el mtodo de ensayo para la determinacin de la resistencia al corte de una muestra de suelo. El ensayo se lleva a cabo deformando una muestra a velocidad controlada, cerca a un plano de cizalladura determinado por la configuracin del aparato de cizalladura. Ensayaremos 3 muestras usando diferentes cargas para determinar su efecto sobre la resistencia al corte y al desplazamiento y las propiedades de resistencia a partir de las envolventes de resistencia de Mohr. Uno de los prinsipales objetivos de este ensayo es hallar el angulo de friccion y la cohesin. Como objetivo adicional hallaremos los esfuerzo principales y el angulo de friccion critico Tambien hallaremos el contenido de humedad

2. TERMINOLOGIA: Las definiciones y el desarrollo del ensayo en si se encuentran en la norma ASTM: D3080 y MTC: Desplazamientos laterales relativos: desplazamiento horizontal de la mitad superior de la caja de corte respecto a al mitad inferior. Estado de esfuerzos en condiciones de falla: normalmente se acepta que la falla corresponde al maximo esfuerzo de corte alcanzado.

3. MARCO TERICO El mismo del informe N 1

4. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS:

APARATO DE CIZALLADURA: Instrumento construido para diseado contener y de

manera segura la caja de corte y aplicar las fuerzas, medir los desplazamientos y controlar la velocidad de desplazamiento. PIEDRAS POROSAS: Bloques permiten muestra a permeables el lo drenaje largo en de que la los

extremos superior e inferiorde la muestra. CAJA DE CORTE: Es circular o cuadrada hecha de acero bronce o aluminio con dispositivos para drenaje superior e inferior. ANILLO DE CORTE: Sirve para medir la fuerza de cizalladura en condiciones de ruptura. EQUIPO MICELANEO: Badejas corte, etc espatulas anillo de

1. DATOS Y PROCEDIMIENTOS: Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras del mismo tamao ,del mismo suelo, y esperando que tengan la misma densidad. Haciendo uso de un anillo de corte para suelos y un desmoldador nos ayudamos tambien de bandejas para apoyo y espatulas para corte. Tomamos las dimesiones de la muestra: D=2.5pulg=6.35cm H=2cm Mantenemos nuestras muestras ya moldeadas en lugares hermeticos mientras seguimos moldeando otras muestras y armando la caja de corte Armamos la caja de corte sin dejar la luz de 2mm. Colocamos cuidadosamente la muestra en el interior de la caja de corte ya armada. Llevamos el conjunto al aparato de corte sacamos los tornillos de sujecion, colocamos la carga vertical teniendo en cuenta la horizontalidad del brazo de palanca. Colocamos los marcadores en cero y ponemos a funcionar el aparato de corte paralelamente tomamos las lecturas. Luego del ensayo se peso las muestas y se las llevo al horno para su secado. Se repitio el proceso 3 veces con las siguientes cargas verticales: Fv1= 0Wp, Fv2= 10Wp, Fv=20 kg, Fv=30 kg, Fv=40 kg, Fv=60 kg, Fv=80 kg

En el siguiente cuadro se muestran los datos tomados:

Datos: Wpiston Fv2=10k Fv3=20k Fv4=30k Fv5=40kg Fv6=60k gf gf gf f gf Fh2 0,00 4,50 7,50 9,50 11,00 12,50 13,50 14,50 15,00 15,50 16,50 17,00 18,00 18,50 19,00 19,00 19,50 19,50 19,50 20,00 20,00 20,00 20,50 20,80 20,80 20,80 20,80 20,80 Fh3 0,00 1,00 4,00 8,00 11,00 12,50 13,50 14,50 15,00 15,50 16,00 16,50 16,50 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 Fh4 0,00 2,00 7,00 10,00 12,50 14,00 15,00 15,50 16,50 17,00 17,50 18,00 18,00 18,50 18,50 19,00 19,00 19,00 19,00 19,00 19,25 19,00 Fh5 0,00 3,00 6,00 8,00 10,00 11,00 12,00 13,50 14,00 14,50 15,00 15,00 15,50 16,00 16,00 16,50 16,50 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 Fh6 0,00 5,00 8,00 10,00 12,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 18,00 19,00 19,50 20,00 20,00 20,50 21,00 21,00 21,00 21,50 22,00 22,00 22,00 22,50 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,50 23,50 23,50 23,50 23,50 24,00 24,00 24,00 25,00 25,00 25,00 25,50 Fv7=80k gf Fh7 0,000 3,000 5,000 7,000 8,000 10,000 11,000 11,500 12,500 13,000 14,000 14,000 15,000 15,500 16,500 17,000 17,000 18,000 18,500 19,000 19,500 20,400 20,900 21,500 21,900 22,300 22,700 22,900 23,000 23,000 23,100 23,000

d 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00 220,00 240,00 260,00 280,00 300,00 320,00 340,00 360,00 380,00 400,00 420,00 440,00 460,00 480,00 500,00 520,00 540,00 560,00 580,00 600,00 620,00 640,00 660,00 680,00 700,00 720,00 740,00 760,00 780,00 800,00

Fh1 0,0000 0,3000 0,6000 1,0000 1,7000 2,2000 2,8000 3,5000 4,0000 4,7000 5,3000 5,7000 6,3000 6,8000 7,2000 7,7000 8,0000 8,4000 8,9000 9,1000 9,3000 9,5000 9,6000 9,8000 10,1000 10,3000 10,4000 10,5000 10,6000 10,7000 10,7000 10,8000 10,8000 10,8000 10,8000 10,9000 10,9000 10,9000 10,9000 10,9000 10,9000

820,00 840,00 860,00 880,00 900,00 920,00 940,00 960,00 980,00 1000,0 0 1020,0 0 1040,0 0 1060,0 0 1080,0 0 1100,0 0 1120,0 0

10,9000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 11,0000 10,9000 10,8000 10,8000 10,8000 10,6000

25,50 26,00 26,00 26,00 26,00 26,00 26,00

Los valores resaltados son los valores de las muestras a descartar por la ilogica de sus datos

1. CLCULOS Y RESULTADOS: Como primer paso calculamos el area de la seccion de la caja de corte: D= 6.35 cm

A= A=

2 .D 4

.(6.35) 2 4

A = 31.67cm 2 Pero en nuestro caso el area es cambiante debido a que la fuerza horizontal hace que el marco superior se desplazace haciendo que la muestar se deforme y a la vez cerrando el area de contacto en la zona de corte de la muestra de suelo.

AT =

D ( .D d .sen ) 2

Al valor del desplazamiento d arrojado por el aparato de corte se le multiplica por el factor (0.01) para obtener un desplazamiento d en milimetros: A los valores de las fuerzas horizontales arrojados por el aparato de corte se debe multiplicar por le factor de (0.3) para obtener un valor de la fuerza horizontal en kilogramos fuerza (Kgf). Aplicamos la formula del esfuerzo cortante () para las fuerzas horizontales y sus respectivas areas cambiantes

=

Fh A

d(mm) 0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1,4000 1,6000 1,8000 2,0000 2,2000 2,4000 2,6000 2,8000 3,0000 3,2000 3,4000 3,6000 3,8000

Resultados Fh2kgf 0,0000 1,3500 2,2500 2,8500 3,3000 3,7500 4,0500 4,3500 4,5000 4,6500 4,9500 5,1000 5,4000 5,5500 5,7000 5,7000 5,8500 5,8500 5,8500 6,0000 Fh3kgf 0,0000 0,3000 1,2000 2,4000 3,3000 3,7500 4,0500 4,3500 4,5000 4,6500 4,8000 4,9500 4,9500 5,1000 5,1000 5,1000 5,1000 5,1000 5,1000 5,1000 Fh4kgf 0,0000 0,6000 2,1000 3,0000 3,7500 4,2000 4,5000 4,6500 4,9500 5,1000 5,2500 5,4000 5,4000 5,5500 5,5500 5,7000 5,7000 5,7000 5,7000 5,7000 Fh5kgf 0,0000 0,9000 1,8000 2,4000 3,0000 3,3000 3,6000 4,0500 4,2000 4,3500 4,5000 4,5000 4,6500 4,8000 4,8000 4,9500 4,9500 5,1000 5,1000 5,1000 Fh6kgf 0,0000 1,5000 2,4000 3,0000 3,6000 4,2000 4,5000 4,8000 5,1000 5,4000 5,4000 5,7000 5,8500 6,0000 6,0000 6,1500 6,3000 6,3000 6,3000 6,4500 Fh7kgf 0,0000 0,9000 1,5000 2,1000 2,4000 3,0000 3,3000 3,4500 3,7500 3,9000 4,2000 4,2000 4,5000 4,6500 4,9500 5,1000 5,1000 5,4000 5,5500 5,7000 At (cm2) 31,669 2 31,542 2 31,415 2 31,288 2 31,161 2 31,034 2 30,907 3 30,780 3 30,653 3 30,526 4 30,399 4 30,272 5 30,145 6 30,018 7 29,891 8 29,764 9 29,638 1 29,511 2 29,384 4 29,257 7

Fh1kgf 0,0000 0,0900 0,1800 0,3000 0,5100 0,6600 0,8400 1,0500 1,2000 1,4100 1,5900 1,7100 1,8900 2,0400 2,1600 2,3100 2,4000 2,5200 2,6700 2,7300

4,0000 4,2000 4,4000 4,6000 4,8000 5,0000 5,2000 5,4000 5,6000 5,8000 6,0000 6,2000 6,4000 6,6000 6,8000 7,0000 7,2000 7,4000 7,6000 7,8000 8,0000 8,2000 8,4000 8,6000 8,8000 9,0000

2,7900 2,8500 2,8800 2,9400 3,0300 3,0900 3,1200 3,1500 3,1800 3,2100 3,2100 3,2400 3,2400 3,2400 3,2400 3,2700 3,2700 3,2700 3,2700 3,2700 3,2700 3,2700 3,3000 3,3000 3,3000 3,3000

6,0000 6,0000 6,1500 6,2400 6,2400 6,2400 6,2400 6,2400

5,1000 5,1000 5,1000

5,7750 5,7000

5,1000 5,1000 5,1000 5,1000

6,6000 6,6000 6,6000 6,7500 6,9000 6,9000 6,9000 6,9000 6,9000 7,0500 7,0500 7,0500 7,0500 7,0500 7,2000 7,2000 7,2000 7,5000 7,5000 7,5000 7,6500 7,6500 7,8000 7,8000 7,8000 7,8000

5,8500 6,1200 6,2700 6,4500 6,5700 6,6900 6,8100 6,8700 6,9000 6,9000 6,9300 6,9000

29,130 9 29,004 2 28,877 5 28,750 8 28,624 1 28,497 5 28,370 9 28,244 4 28,117 8 27,991 3 27,864 9 27,738 5 27,612 1 27,485 8 27,359 5 27,233 2 27,107 0 26,980 9 26,854 8 26,728 7 26,602 7 26,476 7 26,350 8 26,225 0 26,099 2 25,973 4

9,2000 9,4000 9,6000 9,8000 10,000 0 10,200 0 10,400 0 10,600 0 10,800 0 11,000 0 11,200 0

3,3000 3,3000 3,3000 3,3000 3,3000 3,3000 3,2700 3,2400 3,2400 3,2400 3,1800

7,8000 7,8000

25,847 7 25,722 1 25,596 5 25,471 0 25,345 6 25,220 2 25,094 9 24,969 6 24,844 4 24,719 3 24,594 3

Calculo de Contenido de Humedad

(%) =

W H 2O Wms

.100

Wmuestrahumeda + capsula

Wmh +cap

49,68 45,41 15,46 4,27 29,95

140,83 117,37 46,28 23,46 71,09

170,14 142,05 54,38 28,09 87,67

163,14 136,00 37,84 27,14 98,16

165,95 138,49 47,56 27,46 90,93

153,00 131,53 32,91 21,47 98,62

141,89 118,77 41,36 23,12 77,41

Wmuestraseca + capsula

Wms +cap

Wcapsula Wagua Wmuestraseca

Wcap WH2O Wms

Cont. de humed ad

w(%)

14,26

33,00

32,04

27,65

30,20

21,77

29,87

Los valores resaltados son los valores de las muestras a descartar por alejarse del rango del contenido de humedad

Multiplicamos a estos esfuerzos cortantes en (kgf/cm2) por el factor 98.1 para convertirlos a (kPa).

=

Fh 1kgf = A 1cm 2

2 9.81N (100cm) 2 1kgf (1m )

1kPa 1000Pa = 98.1kPa 5(kPa) 0,0000 2,7991 5,6208 7,5249 9,4444 10,4314 11,4264 12,9078 13,4413 13,9792 14,5217 14,5825 15,1321 15,6862 15,7528 16,3143 16,3842 16,9532 17,0264 17,1001 17,1745 17,2496 17,3253 17,4016 6(kPa) 0,0000 4,6652 7,4945 9,4061 11,3333 13,2763 14,2831 15,2981 16,3216 17,3535 17,4260 18,4712 19,0371 19,6078 19,6910 20,2693 20,8526 20,9422 21,0326 21,6266 22,2259 22,3230 22,4210 23,0316 23,6475 23,7526 23,8586 23,9655 24,0733 24,7078 24,8199 24,9331 25,0472 7(kPa) 0,0000 2,7991 4,6840 6,5843 7,5555 9,4831 10,4742 10,9955 12,0011 12,5331 13,5535 13,6104 14,6439 15,1960 16,2451 16,8087 16,8806 17,9504 18,5287 19,1119 19,7002 20,6995 21,2999 22,0079 22,5166 23,0297 23,5474 23,8613 24,0733 24,1821 24,3975 24,4026

d(mm) 0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1,4000 1,6000 1,8000 2,0000 2,2000 2,4000 2,6000 2,8000 3,0000 3,2000 3,4000 3,6000 3,8000 4,0000 4,2000 4,4000 4,6000 4,8000 5,0000 5,2000 5,4000 5,6000 5,8000 6,0000 6,2000 6,4000

1(kPa) 0,0000 0,2799 0,5621 0,9406 1,6056 2,0863 2,6662 3,3465 3,8404 4,5312 5,1310 5,5414 6,1505 6,6666 7,0888 7,6134 7,9438 8,3769 8,9138 9,1536 9,3955 9,6395 9,7837 10,0315 10,3844 10,6370 10,7882 10,9408 11,0947 11,2499 11,3010 11,4586 11,5110

2(kPa) 0,0000 4,1987 7,0261 8,9358 10,3889 11,8538 12,8547 13,8639 14,4014 14,9433 15,9738 16,5269 17,5727 18,1372 18,7065 18,7862 19,3631 19,4463 19,5302 20,1178 20,2054 20,2936 20,8922 21,2914 21,3856 21,4806 21,5765 21,6731

3(kPa) 0,0000 0,9330 3,7472 7,5249 10,3889 11,8538 12,8547 13,8639 14,4014 14,9433 15,4898 16,0408 16,1083 16,6666 16,7374 16,8087 16,8806 16,9532 17,0264 17,1001 17,1745 17,2496 17,3253

4(kPa) 0,0000 1,8661 6,5576 9,4061 11,8055 13,2763 14,2831 14,8200 15,8415 16,3894 16,9419 17,4991 17,5727 18,1372 18,2142 18,7862 18,8666 18,9477 19,0295 19,1119 19,4476 19,2790

6,6000 6,8000 7,0000 7,2000 7,4000 7,6000 7,8000 8,0000 8,2000 8,4000 8,6000 8,8000 9,0000 9,2000 9,4000 9,6000 9,8000 10,000 0 10,200 0 10,400 0 10,600 0 10,800 0 11,000 0 11,200 0

11,5639 11,6173 11,7792 11,8341 11,8894 11,9453 12,0016 12,0584 12,1158 12,2854 12,3443 12,4038 12,4639 12,5245 12,5857 12,6474 12,7097 12,7726 12,8361 12,7830 12,7292 12,7934 12,8581 12,6842

25,1623 25,8163 25,9360 26,0567 27,2693 27,3974 27,5266 28,2101 28,3443 29,0382 29,1775 29,3182 29,4601 29,6034 29,7480

Grafica esfuerzo cortente vs deformacion

Seguidamente con las fuerzas verticales y el peso del piston calculamos los esfuerzos normales para una misma seccion de area. Multiplicamos a estos esfuerzos normales en (kgf/cm2) por el factor 98.1 para convertirlos a (kPa).

Fv: fuerza vertical A: area : esfuerzo normal Wp: peso del piston (Fv+Wp) (kgf) 0,4800 10,4800 20,4800 30,4800 40,4800 60,4800 80,4800 n(kgf/c m2) 0,015 0,331 0,647 0,962 1,278 1,910 2,541

1 2 3 4 5 6 7

Fv(kgf) 0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 60,000 80,000

Wp(kgf) 0,4800 0,4800 0,4800 0,4800 0,4800 0,4800 0,4800

A(cm2) 31,670 31,670 31,670 31,670 31,670 31,670 31,670

n(kPa) 1,487 32,463 63,438 94,414 125,390 187,341 249,292

Confrontamos los valores de los esfuerzos cortantes maximos vs esfuerzos normales en la siguiente tabla.

1 2 3 4

(kPa) 12,8581 21,6731 17,3253 19,4476

n(kPa) 1,4868 32,4625 63,4382 94,4139

5 6 7

17,4016 29,7480 24,4026

125,389 6 187,341 0 249,292 3

Grafica esfuerzos cortantes mximos vs Esfuerzos normales.

= 15.44 + (0.046) nPero:

= c + (tan ) nEntonces: c tan =15.44 =0.046 =2.64

elimnando los datos desconfiables del ensayo obtenemos los siguientes resultados Arrojando los siguientes resultados Grafica esfuerzos cortantes vs deformaciones

Confrontando los valores de los esfuerzos cortantes maximos vs sus respectivos esfuerzos normales. (kPa) 12,8581 17,3253 19,4476 24,4026 n(kPa) 1,4868 63,4382 94,4139 249,2923

1 3 4 7

Grafica esfuerzos cortantes maximos vs esfuerzos normales

= 13.99 + (0.044) n

Intercepto = Cohecion (c) = punto de paso = c= Pendiente o Slope = tangente del angulo de friccion = tan= Angulo de friccion = = = calculo de esfuerzos principales 1 y 2

13,990 41 kPa 0,0442 3 0,0442 0 rad 2,5322 9

cr =

+ 45 2

cr =

46,266

31 = n n .c. t oa ntnc rr

(kPa) 1 12,8581

n(kPa) 1,4868

cr 46,266

1(kPa) 16,354

3(kPa) 11,371

3 4 7

63,438 94,414 249,292 24,4026 3

17,325 19,448

46,266 46,266 46,266

83,471 116,901 277,508

46,113 74,966 224,89 0

1. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: En nuestro caso nuestro material granular tiene un angulo de friccion interna es:

= 2.53 Al obtener valores de angulo de friccion tan bajos como en nuestro caso concluimos que se trata de un suelo cohesivo Segun las caracteristicas de los suelos. Los parametros resistentes de los suelos son: Arcillas: elevada cohesion y angulo de friccion interna Limos: valores moderados de cohesion y angulo de friccion interna Arenas:si estan totalmente secas o completamente saturadas no tienen cohesion para valores intermedios de humedad pueden presentar pequeos valores de cohesion asi que se podrian considerar cero. Y el angulo de friccion es elavado. En nuestro caso la muestra de suelo tiene un contenido de humedad de ahi la cohesion:

c = 13.99kPa c = 0.1426kgf Nuestra ecuacion quedaria de la siguiente manera:

= 0.044. n + 13.99 Antes de hacer funcionar el aparato de corte se debe tener en cuenta la horizontalidad del brazo de palanca donde se coloca la pesa para la fuerza vertical. Antes de hacer funcionar el aparato de corte sacar los tornillos de sujecion mas no los de nivelacion.

1. BIBLIOGRAFIA: Mecanica de suelos de Peter L. Berry David Reid Manual de laboratorio de suelos en ingenieria civil por Joseph E. Bowles. http://www.unalmed.edu.co/~geotecni/GG-24.pdf

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratori o/cortedirecto.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_corte_directo_%22in_situ%22