Introducción

Este método describe y regula el método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte de una muestra de suelo, sometida previamente a un proceso de consolidación, cuando se le aplica un esfuerzo de cizalladura o corte directo mientras se permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una muestra a velocidad controlada, cerca de un plano de cizalladura determinado por la configuración del aparato de cizalladura. Generalmente se ensayan tres o más especímenes, cada uno bajo una carga normal diferente 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.

Los esfuerzos de cizalladura y los desplazamientos no se distribuyen uniformemente dentro de la muestra y no se puede definir una altura apropiada para el cálculo de las deformaciones por cizalladura. En consecuencia, a partir de este ensayo no pueden determinarse las relaciones esfuerzo-deformación o cualquier otro valor asociado, como el modulo de cizalladura.

La determinación de las envolventes de resistencia y el desarrollo de criterios para interpretar y evaluar los resultados del ensayo se dejan a criterios del ingeniero o de la oficina que solicita el ensayo.

Los resultados del ensayo pueden ser afectados por la presencia de partículas de suelo o fragmentos de roca, o ambos.

Las condiciones del ensayo, incluyendo los esfuerzos normales y la humedad, son seleccionadas para representar las condiciones de campo que se investigan. La velocidad de deformación debe ser lo suficientemente lenta para asegurar las condiciones de drenaje equivalentes a una presión instersticial nula.

Objetivos

Objetivo general

Determinar la deformación y el ángulo de fricción interno para una muestra de arena seca.

Objetivos específicos

Obtener la gráfica de distribución de esfuerzos cortantes vs deformación, para unas determinadas cargas aplicadas a dicha muestra.

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

Obtener la gráfica de esfuerzo normal contra cortantes máximos.

Materiales y equipos

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

Aparato de corte directo. Caja de corte. Tamiz 4 Deformímetros de carátula con lectura de 0.01mm de precisión (ó 0.0001”).

Equipo de cargas. Equipo necesario o disponible para moldeo o corte de la muestra. Balanza

Procedimiento

Este ensayo consiste en colocar el especimen del ensayo en una caja de cizalladura directa, aplicar un esfuerzo normal determinado, humedecer o drenar el especimen de ensayo, o ambas cosas, consolidar el especimen bajo el esfuerzo normal, soltar los marcos que contienen la muestra y desplazar un marco horizontalmente respecto al otro a una velocidad constante de deformación y medir la fuerza de cizalladura y los desplazamientos horizontales a medida que la muestra es cizallada.

El procedimiento seguido para la realización de este ensayo fue el siguiente:

1. Se pesó la caja de corte.

2. Seguido se le agrego el material (arena) y se ajustó.

3. Se volvió a pesar el sistema con el material en ella.

4. Se llevó a la máquina de corte directo y se ajustó el sistema en ella.

5. Se le aplicó una carga normal a la muestra.

6. Se le montaron lo respectivos pesos al sistema.

7. Se graduó hasta que quedara completamente horizontal.

8. Por último se tomaron los datos que la maquina nos arrojó.

Cálculos

Primero tomamos los valores de la deformación y los pasamos a cm, luego hacemos el área corregido que será de

Acorregida=( largo−deformacion )∗ancho

Calculamos la carga cortante a partir de la lectura dial de carga con la siguiente ecuación

0.4135∗X+1.9927

Donde x es el valor de la lectura.

La velocidad de carga de la maquina es de 0.75mm/min

Ahora para el esfuerzo cortante tenemos que:

EsfuerzoCortante= carga cortanteAcorregida

Ahora para el esfuerzo normal tenemos que:

Esfuerzo Normal= carga carganormalAcorregida

Para el cálculo de la deformación unitaria se usa 6.1 como 100 % y se compara con la lectura del deformimetro

En laboratorio solo se obtiene la lectura dial.

Para la carga de 20 kg:

deformimmetro (mm)

lectura dial (*0.002mm)

Carga Cortante

(kg)

Area corregida

(cm2)Esf. Cortante

(kg/cm2)Esf. Normal

(kg/cm2)Deformacion Unitaria (%)

0 0 0 0 0 0 00.1 4.2 3.729 37.149 0.1004 0.5384 0.1640.2 7.1 4.929 37.088 0.1329 0.5393 0.3280.3 9 5.714 37.027 0.1543 0.5401 0.4920.4 10.1 6.169 36.966 0.1669 0.5410 0.6560.5 11.5 6.748 36.905 0.1828 0.5419 0.8200.6 12.4 7.120 36.844 0.1932 0.5428 0.984

0.7 13.1 7.410 36.783 0.2014 0.5437 1.1480.8 15 8.195 36.722 0.2232 0.5446 1.3110.9 16.2 8.691 36.661 0.2371 0.5455 1.475

1 17 9.022 36.600 0.2465 0.5464 1.6391.25 19.1 9.891 36.448 0.2714 0.5487 2.049

1.5 21.1 10.718 36.295 0.2953 0.5510 2.4591.75 22.8 11.421 36.143 0.3160 0.5534 2.869

2 24.2 11.999 35.990 0.3334 0.5557 3.2792.5 26.9 13.116 35.685 0.3675 0.5605 4.098

3 28.9 13.943 35.380 0.3941 0.5653 4.9183.5 30.9 14.770 35.075 0.4211 0.5702 5.738

4 32.8 15.556 34.770 0.4474 0.5752 6.5575 36.1 16.920 34.160 0.4953 0.5855 8.1976 34.8 16.383 33.550 0.4883 0.5961 9.8367 42.5 19.566 32.940 0.5940 0.6072 11.4758 45.6 20.848 32.330 0.6449 0.6186 13.1159 48 21.841 31.720 0.6885 0.6305 14.754

Para la carga de 40 kg

deformimmetro (mm)

lectura dial (*0.002mm)

Carga Cortante

(kg)

Area corregida

(cm2)

Esf. Cortante (kg/cm2)

Esf. Normal (kg/cm2)

Deformacion Unitaria

(%)0 0 0 0 0 0 0

0.1 11.5 6.748 37.149 0.1816 1.0767 0.1640.2 14 7.782 37.088 0.2098 1.0785 0.3280.3 16.5 8.815 37.027 0.2381 1.0803 0.4920.4 18.5 9.642 36.966 0.2608 1.0821 0.6560.5 20.6 10.511 36.905 0.2848 1.0839 0.8200.6 22.6 11.338 36.844 0.3077 1.0857 0.9840.7 24.2 11.999 36.783 0.3262 1.0875 1.1480.8 26 12.744 36.722 0.3470 1.0893 1.3110.9 27.8 13.488 36.661 0.3679 1.0911 1.475

1 29 13.984 36.600 0.3821 1.0929 1.6391.25 32.7 15.514 36.448 0.4257 1.0975 2.049

1.5 35.7 16.755 36.295 0.4616 1.1021 2.4591.75 39.1 18.161 36.143 0.5025 1.1067 2.869

2 42 19.360 35.990 0.5379 1.1114 3.2792.5 47.3 21.551 35.685 0.6039 1.1209 4.098

3 51.4 23.247 35.380 0.6571 1.1306 4.9183.5 55.1 24.777 35.075 0.7064 1.1404 5.738

4 58 25.976 34.770 0.7471 1.1504 6.5575 63.6 28.291 34.160 0.8282 1.1710 8.1976 67.5 29.904 33.550 0.8913 1.1923 9.8367 73 32.178 32.940 0.9769 1.2143 11.4758 75.8 33.336 32.330 1.0311 1.2372 13.1159 79.1 34.701 31.720 1.0940 1.2610 14.754

Para la carga de 80 kg

deformimmetro (mm)

lectura dial (*0.002mm)

Carga Cortante

(kg)

Area corregida

(cm2)Esf. Cortante

(kg/cm2)Esf. Normal

(kg/cm2)Deformacion Unitaria (%)

0 0 0 0 0 0 00.1 16 8.609 37.149 0.2317 2.1535 0.1640.2 23 11.503 37.088 0.3102 2.1570 0.3280.3 28 13.571 37.027 0.3665 2.1606 0.4920.4 32.2 15.307 36.966 0.4141 2.1642 0.6560.5 36.6 17.127 36.905 0.4641 2.1677 0.8200.6 40 18.533 36.844 0.5030 2.1713 0.9840.7 43.8 20.104 36.783 0.5466 2.1749 1.1480.8 47.5 21.634 36.722 0.5891 2.1785 1.3110.9 50.4 22.833 36.661 0.6228 2.1822 1.475

1 54 24.322 36.600 0.6645 2.1858 1.6391.25 61 27.216 36.448 0.7467 2.1949 2.049

1.5 67.8 30.028 36.295 0.8273 2.2042 2.4591.75 73.8 32.509 36.143 0.8995 2.2135 2.869

2 78.7 34.535 35.990 0.9596 2.2228 3.2792.5 87 37.967 35.685 1.0640 2.2418 4.098

3 93.9 40.820 35.380 1.1538 2.2612 4.9183.5 100.2 43.425 35.075 1.2381 2.2808 5.738

4 105.5 45.617 34.770 1.3120 2.3008 6.5575 114 49.132 34.160 1.4383 2.3419 8.1976 122.5 52.646 33.550 1.5692 2.3845 9.8367 133.1 57.030 32.940 1.7313 2.4287 11.4758 140.1 59.924 32.330 1.8535 2.4745 13.1159 143.9 61.495 31.720 1.9387 2.5221 14.754

Ahora representaremos estos datos la siguiente grafica que a la cual se le denominara esfuerzo cortante vs deformación:

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.50

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

11.11.21.31.41.51.61.71.81.9

22.1

80 kg20 kg40 kg

Deformcion (mm)

Esfu

erzo

cort

ante

(kg/

cm2)

Lo cual de esta grafica tomaremos un punto máximo por cada curva lo cual están en la siguiente tabla:

carga (kg)

Puntos picos (kg/cm2)

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

20 0.688547 0.63051702

40 1.093964 1.26103405

80 1.938693 2.5220681

Con estos datos que tenemos en la tabla anterior nos sirven para graficar de resistencia al corte lo cual será de la siguiente forma:

0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = 0.66219045842857 x + 0.266182500000002

Linea de resistencia al corte

linea de re-sistencia

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Esfu

erzo

cort

ante

(kg/

cm2)

Esta grafica nos permite encontrar el valor del ángulo de fricción interna entre partículas a partir de la ecuación y = 0.6622x + 0.2662

∅=tan−1 (0.6622 )=33°30' 45' '

Esta misma nos permite decir que la cohesión C de este suelo y es 0.2662 kg/cm2

Conclusión

Con los datos anteriormente calculados podemos inferir una serie de observaciones tales:

Al graficar los respectivos esfuerzos cortantes a los que esta soportado nuestra muestra contra la deformación que ocurre en dicha muestra al aplicarle una carga, se observa una tendencia de proporcionalidad, es decir, que a medida que aumenta el esfuerzo sobre la masa de suelo se incrementa dicha deformación hasta alcanzar el máximo valor de esfuerzo soportado por el suelo y a partir del cual la deformación comienza a presentar características constantes evidenciadas en la gráfica con lo cual se sustenta o se suscita el hecho de que la curva se comporta constante hacia arriba.

Los valores de los puntos máximos en las respectivas curvas de cortante contra deformación implican que al aplicar una carga mucho mayor que la anterior la resistencia al cortante aumentara proporcionalmente al aumentar la carga aplicada, hasta el instante donde las cargas actuante se igualan a la resistencia presentada por el suelo, es decir, se presenta una falla en la configuración estructural interna del suelo.

Con los respectivos esfuerzos cortantes máximos obtenidos en la respectiva grafica cortante vs deformación, y al graficar estos en función del esfuerzo normal se obtuvo una línea de

C

tendencia, la cual no pasa por el origen de los ejes coordenados los que nos ratifica que este suelo presenta cohesión, además, la ecuación de la anterior línea de tendencia está dada por y = 0.6622x + 0.2662, donde la tangente de la pendiente (0,6622) arroja como resultado la magnitud del Angulo de fricción interna de aproximadamente 33.30°,

Como una posible fuente de error podríamos identificarlos siguientes factores:

Lecturas erróneas en las tomas de datos. Des-calibración del deformimetro previo a su uso. No realizar correctamente el proceso de reacomodamiento de las partículas de la arena en el molde.

El ensayo de corte directo cumplió a cabalidad los objetivos propuestos al inicio de la práctica, se logro determinar la magnitud del ángulo de fricción preexistente en el interior de la estructura en una muestra de suelo arenoso y suelta. Lo cual induce a una cohesión de 0.27 kg/cm2 .

Recomendaciones

Para mejorar el grado de confiabilidad de los resultados obtenidos en el laboratorio nosotros recomendamos:

Realizar lecturas confiables en el Deformímetro de caratula. Hacer un buen montaje del sistema a la hora de colocar la muestra. Seguir todas las especificaciones de la norma, para que no se produzcan errores

considerables, ya que al hacer un área pequeña estos tomaran mayor importancia. Dar los golpes estipulados para la colocación de la arena densa en la caja.