la 45604371 ensayo-de-corte-directo

Universidad Nacional de
Cajamarca
Facultad de Ingeniería
Escuela Académico Profesional de
Ingeniería Civil
ASIGNATURA : MECANICA DE SUELOS II
DOCENTE : ING. RAÚL VALERA GUERRA
ALUMNOS : CAMPOS ASMAT, Karina
HERNÁNDEZ MEJÍA, William
MONTOYA LÓPEZ, Nelson
NUÑEZ BARBOZA, Luis Iván
OCAMPO ROJAS, Richard
ROMERO URRUNAGA, Jazmín
SILVA TARRILLO, José Luis
CICLO : VI
GRUPO : A
Cajamarca noviembre del 2010

RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE DE LOS SUELOS ING. CIVIL
PRÁCTICA N°03:
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
ASTM D3080-90
INDICE
I) INTRODUCCIÓN:
……………………………………………………………………..……..(3)
II) OBJETIVOS:
……………………………………………………………………………(3)
III) MATERIALES:
…………..………………………………………………………………. (4)
IV) MARCO TEÓRICO:
……………………………………………………………………….…. (6)
ESFUERZO CORTANTE DE LOS SUELOS……………………………. (6)
V) PROCEDIMIENTO:
…………………………………………………………………….…….(12)
VI) CALCULOS.
........................................................................................................(14)
VII) RESULTADOS:
………………………………..…………………………………..……..(10)
VIII) CONCLUSIONES:
………………………………………………………………..…….….(12)
IX) BIOGRAFÍA:
………………………………………………..………….……………..(12)
MECANICA DE SUELOS II Página 2

I. INTRODUCCION
La evaluación de la resistencia al esfuerzo normal y cortante
del suelo, permite cuantificar parámetros 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 determinación de la capacidad de soporte en cimentaciones,
la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras.
En presente informe de laboratorio realizado por nosotros,
alumnos de la Universidad Nacional de Cajamarca, de la
Escuela Académico Profesional de Ing. Civil, en donde
presentamos uno de los tres ensayos para determinar la
resistencia al esfuerzo cortante de suelo, como es el ensayo de
corte directo que es un ensayo más preciso que el ensayo de
compresión simple pero poco menos que el ensayo de
compresión triaxial, pero su estudio es indispensable ya que los
resultados son aproximados y nos pueden dar una idea del
comportamiento de suelo al ser sometido a esfuerzos(cortante y
normal), a continuación aremos un ensayo con un tipo de suelo
utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.
II. OBJETIVOS.
GENERAL.
 Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del
suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.
ESPECIFICOS.
 Determinar el ángulo de fricción interna.
 Determinar la cohesión.

III. QUIPOS Y MATERIALES
a) Equipo de Corte
b) Caja de Corte ( Mitad superior e inferior, placa superior, placa inferior,
tornillos de seguridad)
Mitad Superior e inferior
Placa Superior

Placa inferior
Tornillos de seguridad
c) Equipo compactador

d) Molde
e) Cronómetro
f) Deformímetro

g) Espátula

IV. MARCO TEORICO.
ESFUERZO CORTANTE EN SUELOS
Resistencia al corte de un suelo
Esta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la
capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo
contra un muro de contención.
Ecuación de falla de Coulomb (1776)
Coulomb observó que si el empuje de un suelo contra un muro produce un
desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de
deslizamiento. Él postuló que la máxima resistencia al corte, 휏푓, en el plano de
falla, está dada por:
휏푓 = 푐 + 휎 푡푔 휑 − − − − − − − (1)
퐷표푛푑푒:
휎 = 퐸푠 푒푙 푒푠푓푢푒푟푧표 푛표푟푚푎푙 푡표푡푎푙 푒푛 푒푙 푝푙푎푛표 푑푒 푓푎푙푙푎.
휑 = 퐸푠 푒푙 á푛푔푢푙표 푑푒 푓푟푖푐푐푖ó푛 푑푒푙 푠푢푒푙표 (푝표푟 푒푗푒푚푝푙표, 푎푟푒푛푎)
푐 = 퐸푠 푙푎 푐표ℎ푒푠푖ó푛 푑푒푙 푠푢푒푙표 (푝표푟 푒푗푒푚푝푙표, 푎푟푐푖푙푙푎).
Esta es una relación empírica y se basa en la Ley de Fricción de Amonton para
el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusión de un término de
cohesión c para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales
granulares, c = 0 y por lo tanto:
휏푓 = 휎 푡푔 휑 푆푢푒푙표 푔푟푎푛푢푙푎푟 − − − − − − − − − −(2)
Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, 휑 = 0, luego:
휏푓 = 푐 푆푢푒푙표 푐표ℎ푒푠푖푣표 푝푢푟표 − − − − − − − − − −(3)

Pero la ecuación (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que
Terzagui publica su expresión 휎 = 휎’ + 푈 con el principio de los esfuerzos
efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:
휏푓 = 푐 ‘ + 휎’ 푡푔 휑’ − − − − − − − − − − − − − −(4)
Aparato de corte directo
Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el
suelo los análisis deben hacerse en esos términos, involucrando c’ y φ’, cuyos
valores se obtienen del ensayo de corte directo: Aplicando al suelo una fuerza
normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento
vertical de la muestra se lee colocando un deformímetro en el bastidor superior.
El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en
condiciones de humedad diversas (condición saturada no drenada,
parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones
de campo se programa la velocidad de aplicación de las cargas. En arenas,
como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado.
Valores característicos del ángulo de fricción de algunos suelos:

Aplicaciones de los valores obtenidos en el ensayo de corte directo:
 El ensayo de cizalladura directa es adecuado para la determinación
relativamente rápida de las propiedades de resistencia de materiales
drenados y consolidados. Debido a que las rayectorias de drenaje a
través de la muestra son cortas, se permite que el exceso de presión en
los poros sea disipado más rápidamente que con otros ensayos
drenados. El ensayo puede ser hecho en todo tipo de suelos
inalterados, remoldeados o compactados.
 Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia al
corte en una situación de campo donde ha tenido lugar una completa
consolidación bajo los esfuerzos normales actuales. La ruptura ocurre
lentamente bajo condiciones drenadas, de tal manera que los excesos
de presión en los poros quedan disipados. Los resultados de varios
ensayos pueden ser utilizados para expresar la relación entre los
esfuerzos de consolidación y la resistencia a la cizalladura en
condiciones drenadas.
 Durante el ensayo de cizalladura hay rotación de los esfuerzos
principales, lo que puede o no corresponder a las condiciones de campo.
Aun más, la ruptura puede no ocurrir en un plano de debilidad, puesto
que ella tiene que ocurrir cerca a un plano horizontal en la parte media
del especimen. La localización fija del plano de ruptura en el ensayo
puede ser una ventaja en la determinación de la resistencia al corte a lo
largo de planos reconocidamente débiles dentro del material del suelo y
para analizar las interfases entre materiales diferentes.
 El intervalo de los esfuerzos normales, la velocidad de deformación y las
condiciones generales del ensayo deben ser seleccionada s para reflejar
las condiciones especificas del suelos que se está investigando.

V. PROCEDIMIENTO.
PARA SUELO NO COHESIVO
1. Se procede a pesar la muestra de arena (seca o mojada) con el
contenido de humedad conocido con exactitud, para lograr realizar 3
ensayos a la misma densidad.
2. Armar con cuidado la caja de corte, para no tener alguna separación
entre la caja y los tornillos de empalme, fijar la caja en posición. Obtener
la sección transversal de la muestra.
3. Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5
mm
4. Se aplica la carga vertical y se coloca el dial para determinar el
desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga y la
mitad superior de la caja de corte en el peso). Para ensayos
consolidados, registrar en el dial el desplazamiento vertical y comenzar
el ensayo, solo cuando el asentamiento ha parado. Para suelos no
cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicación de Pv.
5. Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos
espaciadores en se encuentran en la parte superior de la caja de corte.
El espacio desplazado debería ser ligeramente superior (al ojo) que el
tamaño más grande de partículas presentes en la muestra.
A continuación se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de
fijación provistos para tal propósito a los lados de la parte superior de la
caja de corte. Inmediatamente después 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 pistón de carga se encuentran actuando sobre la
muestra de suelo.
6. Ajustar el deformímetro de carátula (0.01 mm/división) para medir el
desplazamiento en cortante.
7. Para ensayos Saturados, saturar la muestra llenando la caja de corte y
permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la
saturación. Asegurarse de que las piedras porosas que se encuentran

en la caja de corte estén saturadas si el suelo al ensayarse contiene
alguna humedad.
8. Comenzar la carga horizontal y tomar lecturas del deformímetro de
carga, del deformímetro de desplazamiento cortante, y del deformímetro
vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformación
unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas ha desplazamientos
horizontales de: 5,10 y cada 10 ó 20 unidades de desplazamiento
horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0. A no
más de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformación unitaria más rápidas,
pues existe el peligro de que se presente pico de carga cortante entre
dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la
muestra “falle” entre 3 y 5 minutos.
9. Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos del 1 al 8 sobre
por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad dentro de los
5g y no más de 10g 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 3. En el paso 4 usar un valor diferente
de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por
ejemplo: 4, 8,16 Kg mas el peso del bloque o pistón de carga para estos
tres ensayos ó 5, 10,20 Kg, etc.)
PARA SUELO COHESIVO
1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamaño y en lo
posible de la misma densidad, tomadas de una muestra de bloque
grande, o de una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante de manera
que el tamaño pueda ser controlado. Cualquier muestra con un peso
apreciablemente diferente de las otras muestras debe descartarse y en
su lugar moldear otra muestra.
2. Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte
superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de
que las piedras porosas están saturadas a menos que se vaya a
ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para
calcular el área de la muestra.

3. Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La
muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de
5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistón
de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P y ajustar el
deformímetro de carátula vertical. Para un ensayo consolidado es
necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el ensayo de
consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado.
4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una
pequeña separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más
grande que presente el suelo, retroceder los tornillos de separación y
empalmar la cabeza de carga en un sitio utilizando los tornillos.
Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso
del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Tener
cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas
porque parte del material puede salir de la caja por la zona de
separación, utilizar en estos casos cargas verticales pequeñas.
5. Colocar el deformímetro de deformación cortante, fijar en cero ambos
deformímetros. Para ensayos saturados en necesario llenar la caja de
corte con agua y esperar un tiempo hasta que se produzca la saturación
de la muestra.
6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del
deformímetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos
verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformación
unitaria controlada tomar estas lecturas al desplazamientos horizontales
de 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformímetro de desplazamiento
horizontal. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5-2
mm/min.
7. Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad.
Repetir los pasos del 2 al 6 para dos muestras adicionales.
VI. CÁLCULOS:
Ensayo 1:

Datos y cálculos:
Proyecto: UNC
Ubicación Facultad de Geológica Ensayo: CORTE DIRECTO
Perforación: Nº1 Suelo tipo: Arcilloso
Profundidad: 2.5 m Fecha: 22/11/2010
Muestra N°: C.D.1 Hecho por: El Grupo
 Datos de muestra
Lado (cm): 6
Altura (cm): 2
Area (cm²): 36
Vm (cm³): 72
Vel. de carga
(mm/min):
0.5
 Carga Normal:
Pa (Marco y Placa) (kg) 0.604
Pb (Percha de carga) (kg) 2
Pv (kg) 20.604
 Tabla de deformaciones:
Tiempo
(min)
Desplaz. Hz
(cm)
Area Corr.
(cm²)
Def. Carga
(N° Div)
Fza. Corte
(kg)
Esf. Cort.
(kg/cm²)
0 0 36 0 0 0
0.500 0.025 35.850 32.000 14.284 0.398
1.000 0.050 35.700 50.000 22.319 0.625
1.500 0.075 35.550 71.500 31.916 0.898

2.000 0.100 35.400 97.000 43.299 1.223
2.500 0.125 35.250 120.000 53.565 1.520
3.000 0.150 35.100 140.500 62.716 1.787
3.500 0.175 34.950 158.000 70.528 2.018
4.000 0.200 34.800 173.000 77.224 2.219
4.500 0.225 34.650 184.000 82.134 2.370
5.000 0.250 34.500 188.000 83.919 2.432
5.500 0.275 34.350 162.000 72.313 2.105
6.000 0.300 34.200 118.500 52.896 1.547
Ilustración 1: Esfuerzo de Corte - Deformación Horizontal
De la gráfica podemos obtener:
휏푢 = 2.5

Ensayo 2:
Datos y cálculos:
Proyecto: UNC
Lado (cm): 6
Altura (cm): 2
Area (cm²): 36
Vm (cm³): 72
Vel. de carga
(mm/min):
0.5
 Carga Normal:
Pv (kg) 40.604
Tiempo
(min)
Desplaz. Hz
(cm)
Area Corr.
(cm²)
Def. Carga
(N° Div)
Fza. Corte
(kg)
Esf. Cort.
(kg/cm²)
0.0 0 36 0 0 0.000
0.5 0.025 35.850 19.500 8.704 0.243

1.0 0.050 35.700 30.000 13.391 0.375
1.5 0.075 35.550 60.050 26.805 0.754
2.0 0.100 35.400 101.500 45.307 1.280
2.5 0.125 35.250 141.000 62.939 1.786
3.0 0.150 35.100 174.000 77.670 2.213
3.5 0.175 34.950 190.900 85.214 2.438
4.0 0.200 34.800 159.500 71.197 2.046

휏푢 = 2.45
Ensayo 3:
Datos y cálculos:
Proyecto: UNC
Lado (cm): 6
Altura (cm): 2
Area (cm²): 36
Vm (cm³): 72
Vel. de carga
(mm/min):
0.5
 Carga Normal:
Pv (kg) 60.604
Tiempo
(min)
Desplaz.
Hz
(cm)
Area
Corr.
(cm²)
Def.
Carga
(N° Div)
Fza.
Corte
(kg)
Esf. Cort.
(kg/cm²)
0.0 0 36 0 0 0.000
0.5 0.025 35.850 25.000 11.159 0.311
1.0 0.050 35.700 49.500 22.096 0.619

1.5 0.075 35.550 55.000 24.551 0.691
2.0 0.100 35.400 78.400 34.996 0.989
2.5 0.125 35.250 104.000 46.423 1.317
3.0 0.150 35.100 128.500 57.360 1.634
3.5 0.175 34.950 153.000 68.296 1.954
4.0 0.200 34.800 181.000 80.795 2.322
4.5 0.225 34.650 212.000 94.632 2.731
5.0 0.250 34.500 249.000 111.148 3.222
5.5 0.275 34.350 284.500 126.995 3.697
6.0 0.300 34.200 317.000 141.502 4.137
6.5 0.325 34.050 350.000 156.233 4.588
7.0 0.350 33.900 380.000 169.624 5.004
7.5 0.375 33.750 400.000 178.552 5.290
8.0 0.400 33.600 406.300 181.364 5.398
휏푢 = 5.5
 Datos de muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal en cada
ensayo

ENSAYO NORMAL CORTANTE
1 0.572 2.5
2 1.128 2.45
3 2.239 5.5
Ilustración 4: Muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal
C
 Ángulo de fricción interna
∅ = 39º
 Cohesión:
퐶 = 0.5 푘푔/푐푚2

Interpretación de resultados:
 El valor que hemos obtenido para el ángulo de fricción es un valor muy
característico para este tipo de suelo, que puede alcanzar hasta 45º y
en casos excepcionales sobrepasarlo
 La cohesión obtenida es relativamente baja, pero se encuentra dentro
de los valores característicos para este suelo: 0.25 푘푔/푐푚2 −
1.5 푘푔/푐푚2
VII. CONCLUCIONES.
 Se logro determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad
portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.
 Se logro determinar el ángulo de fricción interna que es de 39º.
 Se logro determinar la cohesión que es de 0.5 kg/cm2.
VIII. BIBLIOGRAFIA.
 Manual de laboratorio de Ing. Marco Hoyos Saucedo.
 Salvador Ricardo – Montero Juan Carlos, Manual de Ensayos de
Mecánica de Suelos, 200.
 Das Braja M., Soil Mechanics Laboratory Manual, 1997.
 Lambe T. William – Whitman Robert V., Mecánica de Suelos, Instituto
Tecnológico de Massachusetts, 1994.

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