PRACTICA Nº 11 ENSAYO DE CORTE DIRECTO.

Transcripción

1 PRACTICA Nº 11 ENSAYO DE CORTE DIRECTO. OBJETIVO: Determinar los parámetros de cohesión y ángulo de fricción interna del material. Parámetros que gobierna la ley de resistencia al esfuerzo cortante de los suelos. DEFINICIONES: La resistencia cortante de una masa de suelo: es la resistencia interna por área unitaria que la masa de suelo ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de él. Criterio de falla de Mohr- Coulomb: Mohr (1900) presentó una teoría sobre la ruptura de los materiales. Esta teoría afirma que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante. La relación funcional entre un esfuerzo normal y un esfuerzo cortante sobre un plano de falla se expresa como: f = f ( σ ) Donde: f = esfuerzo cortante sobre el plano de falla. σ = esfuerzo normal sobre el plano de falla. La envolvente de falla definida por la ecuación anterior, para la mayoría de problemas de mecánica de suelos, es suficiente aproximar el esfuerzo cortante sobre el plano de falla como una función lineal del esfuerzo normal (Coulomb, 1776). Esta relación se escribe como: 1

2 f = c + σ nn tanφ (Criterio de falla Mohr- Coulomb) Donde: c = cohesión. φ = ángulo de fricción interna. tanφ = µ = pendiente de la recta. Esfuerzo cortante, φ C Esfuerzo normal, σ PRUEBA DE CORTE DIRECTO EN EL LABORATORIO: El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento. El equipo consiste en una caja de corte metálica cuadrada (6x6) cm o (12x12) cm, en la que se coloca la muestra de suelo. La caja está cortada horizontalmente en dos partes, extensómetro, pizones para compactación, tamices probetas graduadas, balanza, hornos, capsulas para contenido de humedad. 2

3 La fuerza normal sobre la muestra de suelo se aplica desde la parte superior de la caja de corte. La fuerza cortante es aplicada moviendo una mitad de la caja respecto a la otra para generar la falla en la muestra de suelo. Dependiendo del equipo, la prueba de corte puede ser controlado por el esfuerzo o por la deformación unitaria. En las pruebas controladas por esfuerzo, la fuerza cortante es aplicada en incrementos iguales hasta que la muestra falla. En pruebas controladas por la deformación unitaria, se aplica una razón constante de desplazamiento cortante, a una mitad de la caja por medio de un motor que actúa a través de engranes. La taza constante de desplazamiento se mide por un dinamómetro, TIPOS DE ENSAYO: a) Ensayo no drenado: No se permite la consolidación de la muestra. La muestra se somete a corte inmediatamente después de aplicada la carga vertical. Los parámetros de corte obtenidos corresponde por lo tanto la condición sin drenar y se denominan Cu y φu. Estos parámetros son utilizados para evaluar la estabilidad de taludes a corto plazo. b) Consolidado no drenado: La muestra se consolida bajo la acción de la carga vertical, y posteriormente a través del esfuerzo tangencial se hace fallar el suelo en pocos minutos (5 a 10 min). Los parámetros de corte se denominan Ccu y φcu y se pueden utilizar durante el proceso de construcción de una presa o terraplén, en donde se ha observado cierto grado de consolidación en la columna de sedimentos. 3

4 c) Drenado: El espécimen es cizallado lentamente, habiéndose consolidado la muestra de suelo previamente bajo la presencia de la carga vertical. Los parámetros de corte se llaman Cd y φd, y se utilizan para determinar la estabilidad de taludes, presas de tierra y terraplén a largo plazo. El procedimiento es el siguiente: Se coloca la muestra inalterada en la cajuela, en el caso de suelos cohesivos. Si se trata de materiales granulares gruesos, la muestra debe compactarse hasta llegarse a simular las condiciones de campo (γd, W, e), obteniendo de esta manera la misma compacidad relativa. La muestra de suelo se coloca entre dos placas porosas. La carga vertical se coloca por un sistema de pesas, magnificándose la carga mediante una relación de palanca 1:5. La muestra de suelo es cizallada horizontalmente mediante el desplazamiento relativo de la porción superior de la cajuela respecto de la inferior, la deformación es constante generalmente 1mm/min. El procedimiento depende del tipo de ensayo a realizarse, pero en general se puede indicar lo siguiente: Se aplica una carga Pi sobre la muestra causando un esfuerzo normal ni. La deformación se mide con el extensómetro vertical. Se permite la consolidación bajo efectos de este esfuerzo o en su defecto se procede al cizallamiento. Se inicia el desplazamiento relativo de la cajuela dividida procesándose la relación tiempo contra la lectura del dinamómetro. Conocida la velocidad de deformación el tiempo permite conocer el desplazamiento horizontal. 4

5 Para obtenerse, puede estimarse el cambio de sección debido al desplazamiento relativo de las porciones de la cajuela. Se repite el proceso instalándose nuevas probetas de suelo con características idénticas y variando en cada caso los esfuerzos normales. Se puede establecer la relación σnn vs f. Observándose que estas parejas ordenadas se localizan aproximadamente en línea recta. El ángulo de inclinación de esta línea es el ángulo de fricción interna, y el intercepto determina la cohesión. Cajuela de corte P Piedra porosa Dinamómetro Piedra porosa Muestra de suelo Envolvente de falla (Ecuación Mohr- Coulomb) Material friccionante Material Cohesivo f =σ nn tanφ f = C φ σ σ 5

6 Material Cohesivo - friccionante f =C+σ nn tanφ φ C σ 6