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UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN FACULTAD DE INGENIERIA ARQUITECTURA Y URBANISMO . ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVÍL. LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS INFORME EMS – ENSAYO DE CORTE DIRECTO NTP 339.171 (ASTM D3080) NOMBRE Yoner Chávez Burgos CURSO Mecánica De Suelos y Rocas REALIZACION DE LA PRÁCTIC...

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO NTP 339.171 (ASTM D3080) Yoner Chávez Burgos ENSAYO DE CORTE DIRECTO NTP 339.171 (ASTM D3080)

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Cort e direct o Vanessa Ramirez Diseño de ciment aciones Jorge Alva Manuel Sánchez

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN FACULTAD DE INGENIERIA ARQUITECTURA Y URBANISMO . ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVÍL.

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS INFORME EMS – ENSAYO DE CORTE DIRECTO NTP 339.171 (ASTM D3080) NOMBRE Yoner Chávez Burgos CURSO Mecánica De Suelos y Rocas

REALIZACION DE LA PRÁCTICA 2/11/15 ENTREGA DE INFORME 9/11/2015 GRUPO

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO

Mecánica De suelos y Rocas

USS _ INGENIERIA CIVIL

INDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3 NORMATIVA ..................................................................................................................... 4 OBJETIVOS ...................................................................................................................... 5 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................... 5 OBJETIVO ESPECIFICO .................................................................................................. 5 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 5 Fundamentos para el análisis del ensayo .......................................................................... 5 ALCANCÉ.......................................................................................................................... 9 DESCRIPCION DEL ENSAYO .......................................................................................... 9 MATERIALES Y EQUIPO ................................................................................................ 13 DESCRIPCION DE MATERIALES................................................................................... 13 PROCEDIMIENTO .......................................................................................................... 15 CALCULO........................................................................................................................ 17 RESULTADOS ................................................................................................................ 18 Teoría de la capacidad de carga de Terzaghi .................................................................. 20 CIMENTACION CONTINUA ............................................................................................ 21 CIMENTACION AISLADA ................................................................................................ 21 FACTOR DE SEGURIDAD .............................................................................................. 21 DISCUSIÓN..................................................................................................................... 24 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 24 CONCLUSIONES ............................................................................................................ 24 RECOMENDACIONES .................................................................................................... 25 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 26 BIBLIOGRÁFIA ............................................................................................................... 26

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Mecánica De suelos y Rocas

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INDICE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla ................................................................................... 6 Ilustración 2: Esquema del ensayo de corte directo........................................................................... 7 Ilustración 3: Esquema del aparato del corte directo ...................................................................... 10 Ilustración 4: Representación gráfica de la ecuación de coulomb .................................................. 11 Ilustración 5: Corte directo de Deformación controlada – Fuente: Salas J. y De Justo Alpañes J. Vol. 1, 1975. .............................................................................................................................................. 12 Ilustración 6: Dispositivo de corte .................................................................................................... 14 Ilustración 7: Caja de cizalladora ...................................................................................................... 14 Ilustración 8: Intervalo del asentamiento de placas circulares y rectangulares ante Carga última (Df/B = 0) en arena (modificada según Vesic, 1963). (De Vesic, A. B., Bearing Capacity of Deep Foundations in Sand. En Highway Research Record 39, Highway Research Board .......................... 20 Ilustración 9: Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación Rígida continua (corrida). ............................................................................................................................................ 21

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Mecánica De suelos y Rocas

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INTRODUCCIÓN

En el ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra , valor que , entre otras cosas será muy útil para el cálculo de la capacidad portante . La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción del suelo y responsable, a su deformación, del comportamiento plástico de este y el rozamiento interno entre las partículas granulares o fricción Para conocer o determinar esa resistencia del suelo, en el laboratorio uno de los equipos que se usa es el aparato de corte directo. El más típico es una caja de sección cuadrada o circular dividido horizontalmente en dos mitades ; dentro de ella se coloca la muestra de suelo con pedradas porosas en ambos extremos , se aplica una carga vertical de confinamiento y luego una carga horizontal creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra En el presente informe se detallara el ensayo de corte directo posteriormente se dará a proceder los cálculos correspondientes.

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EMS – ENSAYO DE CORTE DIRECTO NORMATIVA Este ensayo de CORTE DIRECTO está basado según la norma técnica peruana NTP 339.171 y la norma (ASTM D3080) GENERALIDADES El ensayo busca identificar la relación que se establece entre el esfuerzo y la deformación considerando una carga lateral aplicada de tal forma que se genera un esfuerzo cortante, se presenta un plano de falla horizontal paralelo a la carga aplicada. Existen dos sistemas para la ejecución de este ensayo, el de esfuerzo controlado y el de deformación controlada. En el primero se aumenta gradualmente la carga que induce el esfuerzo hasta que se produzca la falla. Este sistema se usa de preferencia para ensayos de una rata de carga muy baja debido a que con el mismo puede mantenerse más fácilmente una carga constante durante cualquier período de tiempo; además , pueden quitarse más fácil y rápido las cargas. El inconveniente que se presenta es que por el exceso de desplazamiento que se impone después de haber pasado la resistencia máxima no se obtiene la resistencia al esfuerzo cortante final verdadera. Cuando una estructura se apoya en la tierra, transmite los esfuerzos al suelo de fundación. Estos esfuerzos producen deformaciones en el suelo que pueden ocurrir de tres maneras: a. Por deformación elástica de las partículas. b. Por cambio de volumen en el suelo como consecuencia de la evacuación del líquido existente en los huecos entre las partículas. c. Por deslizamiento de las partículas, que pueden conducir al deslizamiento de una gran masa de suelo. El primer caso es despreciable para la mayoría de los suelos, en los niveles de esfuerzo que ocurren en la práctica. El segundo caso corresponde al fenómeno de la consolidación. El tercer caso, corresponde a fallas del tipo catastróficos y para evitarla se debe hacer un análisis de estabilidad, que requiere del conocimiento de la resistencia al corte de suelo. El análisis debe asegurar, que los esfuerzos de corte solicitantes son menores que la resistencia al corte, con un margen adecuado de modo que la obra siendo segura, sea económicamente factible de llevar a cabo.

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Vemos que es absolutamente imposible independizar el comportamiento de la estructura y el del suelo. Por tanto el problema de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos puede decirse que constituye uno de los puntos fundamentales de toda la Mecánica de Suelos. En efecto, una valoración correcta de este concepto constituye un paso previo imprescindible para intentar, con esperanza de éxito cualquier aplicación de la Mecánica de Suelos al análisis de la estabilidad de las obras civiles. El procedimiento para efectuar la prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante tal como se presenta en este informe, se aplica solamente al más sencillo de los casos que pueden presentarse en la práctica: aquel en que se prueba el material en estado seco. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL  El ensayo permite Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad Portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo. OBJETIVO ESPECIFICO  Obtener la gráfica de distribución de esfuerzos cortantes vs deformación, para unas determinadas cargas aplicadas a dicha muestra.  Determinar el ángulo de fricción interna.  Determinar la cohesión.  Determinar capacidad Portante del suelo

MARCO TEÓRICO Fundamentos para el análisis del ensayo El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas del ensayo. O sea, induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado. Sobre este plano actúan dos fuerzas (o esfuerzos): un esfuerzo normal debido a una carga vertical (Pv) aplicada externamente y un

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esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga horizontal (Ph). Estos esfuerzos se calculan simplemente como: σ n = Pv /A

t f = Ph /A

Donde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra (Ph). La relación entre los esfuerzos de corte de falla (t f) y los esfuerzos normales (σ n) en suelos, se muestra en la figura 5.21 y puede representarse por la ecuación siguiente: tf

=

c + σ n x tg Φ

f 3

3

f C + n x tg 

f 2 f 1

2

1

Φ

C

N /L2

Ilustración 1.Relación entre los esfuerzos de corte máximo y los esfuerzos normales. La línea recta obtenida se conoce como Envolvente de falla



ECUACIÓN DE FALLA DE CORTE DE MOHR-COULOMB: En 1776 Coulomb observó que si el empuje que produce un suelo contra un muro de contención produce un ligero movimiento del muro, en el suelo que está retenido se forma un plano de deslizamiento esencialmente recto. El postuló que la máxima resistencia al corte,  en el plano de falla está dada por:  = c +  x tan  Dónde:

 es el esfuerzo normal total en el plano de falla  Es el ángulo de fricción del suelo C es la cohesión del suelo

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La utilización de la ecuación de Coulomb no condujo siempre a diseños satisfactorios de estructuras de suelo. La razón para ello no se hizo evidente hasta que Terzaghi publicó el principio de esfuerzos efectivos.  = ´+ u Dónde:

u = presión intersticial

´= esfuerzo efectivo Pudo apreciarse entonces que, dado que el agua no puede soportar esfuerzos cortantes substanciales, la resistencia al corte de un suelo debe ser el resultado únicamente de la resistencia a la fricción que se produce en los puntos de contacto entre partículas; la magnitud de ésta depende solo de la magnitud de los esfuerzos efectivos que soporta el esqueleto de suelo. Por tanto, cuanto más grande sea el esfuerzo efectivo normal a un plano de falla potencial, mayor será la resistencia al corte en dicho plano. Entonces, si se expresa la ecuación de Coulomb en términos de esfuerzos efectivos, se tiene:  = c´ + ´x tan ´ En la cual los parámetros c´ y ´ son propiedad del esqueleto de suelo, denominadas cohesión efectiva y ángulo de fricción efectiva, respectivamente. Puesto que la resistencia al corte depende de los esfuerzos efectivos en el suelo, los análisis de estabilidad se harán entonces, en términos de esfuerzos efectivos. Sin embargo, en ciertas circunstancias el análisis puede hacerse en términos de esfuerzos totales y por tanto, en general, se necesitará determinar los parámetros de resistencia al corte del suelo en esfuerzos efectivos y en esfuerzos totales. Es decir, los valores de c´, ´; c, . Estos se obtienen, a menudo en ensayos de laboratorio realizados sobre muestras de suelo representativas mediante el ensayo de corte directo (ASTM D-3080-72)

Ilustración 2.Esquema del ensayo de corte directo.

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COMPONENTES DE LA RESISTENCIA AL CORTE De la ley de Coulomb se desprende que la resistencia al corte de suelos en términos generales tiene dos componentes: a) Fricción (tg Φ) que se debe a la trabazón entre partículas y al roce entre ellas cuando están sometidas a esfuerzos normales. b) Cohesión (C) que se debe a fuerzas internas que mantienen unidas a las partículas en una masa. Como en la ecuación” t f = c + σ n * tg Φ” existen dos cantidades desconocidas (c y Φ), se requiere obtener dos valores, como mínimo de esfuerzo normal y esfuerzo cortante para obtener una solución. Como el esfuerzo cortante t y el esfuerzo normal σn tienen el mismo significado dado en la construcción del círculo de Mohr, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultáneas. Para c y para tg Φ, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados los valores de t contra σn para los diferentes ensayos (generalmente con t como ordenada), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y la intersección con el eje t como la cohesión c. Para materiales no cohesivos, la cohesión debería ser cero por definición y la ecuación de Coulomb se convierte en: Tf = σ n * tgΦ Siendo N la fuerza vertical que actúa sobre el cuerpo, la fuerza horizontal necesaria (T) para hacer deslizar el cuerpo, debe ser superior a N, siendo el coeficiente de roce entre los dos materiales. Esta relación también puede ser escrita de la forma siguiente: T = N tgΦ Siendo Φ, el ángulo de roce o ángulo formado por la resultante de las dos fuerzas con la fuerza normal. La resistencia al deslizamiento es proporcional a la presión normal y puede ser representada Por la figura

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ALCANCÉ Este método de prueba es desarrollado para la determinación de la resistencia al corte de un suelo. Esta prueba es realizada mediante la deformación de un espécimen en un rango de deformación controlada. Generalmente se realizan un mínimo de 3 pruebas, cada una bajo una diferente carga normal para determinar el efecto sobre la resistencia y desplazamiento y las propiedades resistentes

 Los esfuerzos de corte 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.

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

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

 Las condicione de prueba incluyendo el esfuerzo normal y la humedad ambiental son seleccionadas, las cuales representan las condiciones del suelo que son investigadas. DESCRIPCION DEL ENSAYO

Este ensayo consiste básicamente en someter una muestra de suelo de sección cuadrada y 2.5 cm. de

espesor, confinada lateralmente, dentro de una caja

metálica, a una carga normal (s) y a un esfuerzo tangencial (τ), los cuales se aumentan gradualmente hasta hacer fallar a la muestra por un plano preestablecido por la forma misma de la caja (consta de dos secciones, una de las cuales es móvil y se desliza respecto a la otra, que es fija, produciendo el esfuerzo de corte). En el ensayo se determina cargas y deformaciones.

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra

Ilustración 3: Esquema del aparato del corte directo El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos esfuerzos: o Un esfuerzo Normal (σ n), aplicado externamente debido a la carga vertical (Pv). o Un esfuerzo cortante (τ), debido a la aplicación de la carga horizontal. Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el área (A) de la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la ecuación de Coulomb:

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Ilustración 4: Representación gráfica de la ecuación de coulomb 𝝉 = 𝒄 + 𝝈 𝒏 ∗ 𝑻𝒈 (𝝋)

Dónde: σ n= Esfuerzo normal total en el plano de falla φ = Angulo de fricción del suelo c= Cohesión del suelo

Según esta ecuación la ...