ENSAYO DE CORTE DIRECTO1. INTRODUCCIONLa evaluacin de la resistencia al esfuerzo normal y cortante del suelo, permite cuantificar parmetros necesarios para solucionar problemas relacionados con la resistencia del terreno, que nos permite analizar problemas de la estabilidad de suelos tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras, la determinacin de la capacidad de soporte en cimentaciones, la presin lateral sobre estructuras de retencin de tierras. 2. OBJETIVOSDeterminar la cohesin y el ngulo de friccin interna de una muestra de suelo con la finalidad de obtener la resistencia al corte del suelo en anlisis.3. EQUIPO -MATERIALES

Mquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos piedras porosas, medir las cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a travs de las piedras porosas. Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien cilndricas de 6, 10 o 16 cm. de dimetro, con sus respectivas piedras porosas. Balanza, una de 0,1 gr. de precisin. Horno de secado con circulacin de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110 5 C. Agua destilada, Cuchillo. Cronmetro. Recipientes para determinar humedad.

4. PREPARACIN DE LA MUESTRAEl procedimiento depende del tipo de suelo y de las condiciones en que ser ensayado. El tamao mximo de las partculas para la caja de 10 cm de lado es de 3,35 mm.-Arena SecaSe ensaya generalmente a una densidad predeterminada, la muestra se prepara colocando el material en la caja de corte y compactndola en ella, el peso de la muestra se calcula por diferencia entre el peso de la caja con muestra y el peso de la caja vaca. El nivel a que se coloca es del orden de 5 mm por debajo del nivel superior.Coloque la placa ranurada, en la superficie de la muestra con las ranuras en direccin perpendicular al movimiento.Mida la distancia entre el borde superior de la caja y la superficie de la placa, en las cuatro esquinas o en el centro de los cuatro lados, el promedio de estos valores lo llamaremosX.Determine la altura de la muestra a partir de la expresin siguiente:H = B - (t1+ 2t2+ X)[cm]DondeB: Altura total de la cajat2: p + nqr/L-Arena seca densaSe recomienda vibrar la muestra al interior de la caja.-Arena seca sueltaDejar caer la muestra desde una pequea altura en el interior de la caja. Evite golpear la caja al instalarla, puesto que la arena suelta es muy sensible a los golpes.-Arena saturadaEn estas condiciones agregue agua a la muestra y colquela en la caja. No se debe obtener densidades bajas, slo densidades medias o altas.5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO-SUELO NO COHESIVO Pesar un plato grande de arena seca (o mojada con el contenido de humedad conocido con exactitud) con suficiente material para hacer por lo menos tres ensayos a la misma densidad. Ensamblar cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separacin existente entre las partes de la caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posicin. Obtener la seccin transversalAde la muestra. Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de la superficie del anillo y colocar el pistn de carga (incluyendo la piedra porosa) sobre la superficie del suelo. Tomar un nivel pequeo y verificar la nivelacin del pistn o bloque de carga. Pesar el recipiente de la arena para determinar el peso exacto del material utilizado en la muestra. Obtener a continuacin una referencia del espesor de la muestra de suelo marcando en varios puntos el borde del pistn o bloque de carga alrededor del permetro con respecto a la altura de la caja de corte.

Ejemplot= 1.92 g/cm3Volumende la caja = 365.84 cm3Entonces la masade ensayo ser de 702.4 g- Aplicar la carga normalPvdeseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento vertical (con precisin de 0,01 mm por divisin). Recordar incluir el peso del pistn de carga y la mitad superior de la caja de corte como parte del pesoPv.-Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debera ser ligeramente superior (al ojo) que el tamao ms grande de partculas presente en la muestra. A continuacin se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de fijacin provistos para tal propsito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente despus de separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistn de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.- Ajustar el deformmetro de cartula (0,01 mm/divisin) para medir el desplazamiento en cortante.-Para ensayos saturados, saturar la muestra llenando la caja de muestra y permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la saturacin.Asegurarse de que las piedra porosas que se encuentran en la caja de corte estn saturadas si el suelo al ensayarse contiene alguna humedad.-Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformmetro de carga, del deformmetro de desplazamiento cortante, y del deformmetro vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformacin unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas a desplazamientos horizontales de:5, 10, y cada 10 20 unidades de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0,5 a no ms de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformacin unitaria ms rpidas, pues existe el peligro de que se presente el pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformacin unitaria debera ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 min.-Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sobre por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad ojal dentro de los 5 g y no ms de 10 g respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso N 3.En el paso anterior usar un valor diferente dePvpara cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por ejemplo, 4, 8, 16 kg ms el peso del bloque o pistn de carga para esos tres ensayos o 5, 10, 20 kg, etc.).

Fig.5.26Detalles del ensayo y la caja de corte directo

En la figura 5.26 se aprecian los siguientes componentes: (a) Deformmetro para medir desplazamientos verticales (b) barra de carga (c) pasadores de alineacin (d) tornillos para separar las partes de la caja de corte (e) bordes estriados para retener la muestra (f) espacio mayor que el tamao de la mxima partcula en la muestra(g) Deformmetro(h) juego de tornillos para fijar en posicin la cabeza de carga.-SUELO COHESIVO-Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras al mismo tamao (y, ojal, a la misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamao pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra. [Qu constituye apreciable comparado con el tamao de la muestra (del orden de 5 cm x 20 a 25 mm de espesor) es un asunto de criterio personal]-Retroceder la separacin y el agarre de los tornillos gua en la parte superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas estn saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el rea de la muestra.-Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarlahasta cerca de 5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistn de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normalPvy ajustar el deformmetro de cartula vertical.Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformmetro vertical igual que para el ensayo de consolidacin para determinar cuando la consolidacin haya terminado.-Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequea separacin apenas mayor que el tamao de la partcula ms grande presente en el suelo, retroceder los tornillos de separacin y empalmar la cabeza de carga en su sitio utilizando los tornillos fijos para tal propsito. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal ms el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda porque parte del material puede ser extruido fuera de la caja por la zona de separacin- utilizar en esos casos cargas verticales pequeas y/o hacer si puede requerir el hacer la consolidacin antes de la separacin de cajas.- Acoplar el deformmetro de deformacin constante, fijar en cero tanto el deformmetro horizontal como el vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturacin de la muestra.-Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformmetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformacin unitaria controlada tomar estas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 20 unidades del deformmetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0.5 a no ms de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformacin unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico de corte est entre dos lecturas. La tasa de deformacin unitaria debera ser tal que la muestra falle en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea de tipo con drenaje. Puede hacerse una grfica de la lectura de deformacin vertical contra el log del tiempo similar a la del ensayo de consolidacin del suelo.-Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos 2 a 6 para dos o ms muestras adicionales. Si el suelo est preconsolidado y se utilizan seis muestras para el ensayo, es preciso asegurarse de utilizar un rango de tres cargas normales a cada lado del esfuerzo de preconsolidacin.6. CLCULOSLos siguientes clculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.a. Densidad de la muestra:

Si durante el ensayo ocurren asentamientos importantesla densidad vara de la siguiente forma:=Hx0H

:Densidad en funcin del asentamiento.H : Altura inicial de la muestra: Asentamiento (Deformacin vertical)0 :Densidadinicial

b.Calculo de Esfuerzos normales=Donde:Pv= Carga aplicada normalA = Area de la muestra(100 cm2)Los esfuerzos normales con los que se trabajar son:N1= 0, 25(Kg/cm2)N2= 1,00(Kg/cm2)N3=4.0 (Kg/cm2)c.Calculo del Esfuerzo Cortante Ultimo

T= Fuerza rasante dada por el anillo de carga

d.Construir la Envolvente de Falla-Dibujar el valor del esfuerzocortantecontra el esfuerzo Normal.-Trazar una lnea recta a travs de lospuntos dibujados.-Obtener el intercepto de cohesin (si existe) con el eje ordenado y medir la pendiente de la lnea para obtener el ngulo de friccin interno.

e.Deformacin Unitaria-Dibujar una curva de esfuerzo de deformacin Unitaria contra esfuerzo cortante.-Entregar el dato de deformacin mximaen milmetros

f. Esfuerzos de corte y cambios de volumenConfeccione un grfico que lleve en las abscisas el desplazamiento y en las ordenadas los esfuerzos de corte. Usando la misma escala para los desplazamientos horizontales, confeccione otro grfico, llevando en las ordenadas los cambios de volumen. Las curvas para un set de ensayos, deben ir en un solo grafico, como se indica en la figura 5.27.

g. Envolvente de CoulombConfeccione un grfico llevando en las ordenadas el esfuerzo de corte de falla, y en abscisas los esfuerzos normales. Las escalas vertical y horizontal deben ser las mismas. Dibuje una lnea que represente a los puntos del grfico. Si el suelo es granular y no cohesivo, esta recta debera pasar por el origen (c=0) que puede considerarse como otro punto del ensayo. Esta recta es la llamada envolvente de falla o de Coulomb.Determine la inclinacin de esta recta(tg ),que indica el ngulo de friccin interna. Determine la interceccin con eleje vertical que nos indica la cohesin del suelo.Fig. 5.27Grficos tpicos para un ensayo de corte7. CONCLUISONES Y RECOMENDACIONESConclusiones: El ensayo es relativamente rpido y fcil de llevar a cabo. Se ha encontrado que los parmetros de suelo y c obtenidos por el mtodo de corte directo son casi tan confiables como los valores triaxiales, por tanto son resultados que se pueden adoptar para disear de acuerdo al tipo de obra requerida. Antes de corregir la desviacin la cohesin del suelo es de 0.79 y el ngulo de friccin interna de 9.09, una vez realizada la regresin lineal, el valor de la cohesin es de 0.74 y el ngulo de friccin interna de 7.45.

Recomendaciones Se pueden necesitar seis muestras si el suelo est inalterado. Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la preparacin de la mquina de corte y los dems tipos de ensayo. La manivela de la mquina de corte directo debe manejarse a una velocidad constante todo el tiempo que dure el ensayo.

ANEXO DE FOTOGRFIA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO