Informe DE Laboratorio 2 - Corte Directo PDF

Preview

Summary

gProfesor: Christian Claude Elescano MuñozIntegrantes: Cerna Salinas, Antonio (U172211278)Loayza Miranda, Cristhian (U19303065)Mendoza Condori, Cristina (U17103623)2020 - 2UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚLABORATORIO 2ENSAYO DE CORTE DIRECTO1. INTRODUCCIÓNDentro de las múltiples propiedades de los su...

Description

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ LABORATORIO 2 ENSAYO DE CORTE DIRECTO

g

Profesor: Integrantes:

Christian Claude Elescano Muñoz Cerna Salinas, Antonio (U172211278) Loayza Miranda, Cristhian (U19303065) Mendoza Condori, Cristina (U17103623)

2020 - 2

1. INTRODUCCIÓN Dentro de las múltiples propiedades de los suelos desde un punto de vista de la ingeniería Civil tiene gran importancia su comportamiento bajo la acción de cargas que hacen que se comporte como un material elástico que presenta esfuerzos y deformaciones. La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzos cortantes y, por ende, la resistencia de un suelo a este esfuerzo constituye la característica fundamental a la que se liga la capacidad de los suelos para adaptarse sin fallar a cargas que actúen sobre ellos. El conocer las características del esfuerzo cortantes un pre requisito para la solución de muchos problemas en el campo de las cimentaciones y permite la elaboración de procedimientos prácticos para diseñar y predecir su funcionamiento bajo la acción de cargas reales. Si una masa de suelo se somete a un esfuerzo de corte que excede su capacidad de resistencia, se produce un movimiento relativo a lo largo de un plano de falla. Las teorías de falla buscan definir cuales son las condiciones que hacen que se produzca la falla en un material. La forma general de estas teorías se expresa por medio de la ecuación de Mohr-Coulomb:

𝜏 = 𝑐′ + 𝜎𝑡𝑎𝑛𝛷

Donde:

𝜏

: Resistencia al esfuerzo cortante en el momento de falla

C ‘: Cohesión del material

𝜎 : Esfuerzo normal al plano de falla 𝛷 : Ángulo de fricción interna El equipo de corte directo es útil para determinar el valor de la cohesión y el ángulo de fricción interna, los cuales se consideran válidos para una masa de suelo con características similares a las muestras ensayadas.

Aplicaciones de proyectos en los que se puede realizar el ensayo de corte directo Los resultados del ensayo de corte directo son utilizados en análisis y diseño de obras de ingeniería tales como en el cálculo de presiones de tierra contra estructuras de contención, en estabilidad de taludes y en la capacidad de soporte en los suelos de fundación que servirán para el diseño de las cimentaciones superficiales de las estructuras como puentes, edificios, alcantarillas, perforación de

pozos, reservorios y otros , utilizando para ello, expresiones y metodologías que involucran las variables C’ y 𝛷 .

Figura Nº1. Soluciones geotécnicas en estabilidad de taludes

Figura Nº2. Diseño de estructura de contención para suelos granulares estables

2. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA:

Objetivo general: El ensayo de corte directo tiene como objetivo, establecer el procedimiento de ensayo para obtener los parámetros de resistencia (c’ y φ) de una muestra de suelo consolidada y drenada. Objetivos específicos: • Determinar los valores de la cohesión y ángulo de fricción de las muestras ensayadas. • Encontrar los valores máximos de los esfuerzos cortantes para las diferentes cargas aplicadas. • Obtener la grafica de esfuerzos normales vs esfuerzos cortantes en la falla. 3. ENSAYOS REALIZADOS Norma utilizada: Este ensayo está regido por la norma ASTM D 3080-72, norma que describe los procedimientos a realizarse, materiales y equipos a emplear. Este ensayo se puede realizar sobre cualquier tipo de suelo con muestras inalteradas y remoldeadas. El ensayo consiste en: o o o o o o

Colocación de las muestras en el dispositivo de corte. Aplicación de una carga normal. Disposición de los medios de drenaje y humedecimiento de la muestra. Consolidación de la muestra. Liberación de los marcos que sostienen la muestra. Aplicación de la fuerza de corte para hacer fallar la muestra

Equipos y Materiales

CAJA DE CORTE (Componentes) • Pisón • Piedra porosa • Papel filtro • Cabezal ranurado • Molde para muestra • Tornillos nivelantes • Tornillos de fijación Marco

DIRECT SHEAR 5750 Instrumento que contiene y confina la muestra.

PIE DE REY Precisión de 0.05mm.

TAMIZ Nº40 Tamices con malla de acero inoxidable y una altura completa. Con una abertura de malla de .420mm.

BANDEJAS(RECIPIENTES)

Fabricado en acero inoxidable 304, resistente a la corrosión con superficie lisa duradera y reutilizable.

MASO DE GOMA Maso de goma de 0.42kg aproximadamente y 330mm de largo.

AGUA DESTILADA Desionizada y desmineralizada. Otorga estabilidad térmica. También protege contra la corrosión.

BEAKER Beaker con capacidad de 250ml.

BALANZA DIGITAL Precisión de 0.01 gramos con conteo automático y calibración digital con ajuste de masa opcional definible por el usuario.

MUESTRA

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO

a) Se coloca la muestra en la caja de corte y se enrasa

Imagen Nº3. Se enrasa la muestra

Imagen Nº4. Muestra enrasada

b) Se coloca el papel de filtro en la parte inferior de la caja para evitar que se escapen partículas de la muestra durante el ensayo y luego, se monta y se fija la parte superior de la caja, colocando otro papel filtro encima de la muestra.

Imagen Nº5. Colocación de papel filtro

Imagen Nº6. Fijación de la parte superior de la caja

c) Se coloca la placa perforada para el drenado y posteriormente se coloca la placa porosa.

a) Se monta el pistón de carga, y ya estaría montada la caja de corte. Del suelo sobrante durante el proceso de tallado, se toma una muestra para calcular la humedad natural.

Imagen Nº9. Caja de corte montanda

Imagen Nº10. Muestra sobrante

b) Se coloca la caja cortada en el aparato de corte, luego se colocan las pesas necesarias en el colgadero para conseguir la tensión vertical deseada permitiendo del drenaje libre del agua hasta finalizar el proceso de consolidación primaria del suelo para a continuación iniciar el ensayo.

Imagen Nº11. Caja montada en aparato de corte

c)

Imagen Nº12. Colocación de pesas

Se llena como sea tan pronto posible con agua destilada hasta el nivel superior de la probeta, y se mantiene así todo el ensayo. Se pone en marcha el motor y el ensayo continua hasta que la probeta del suelo rompe. La velocidad deberá ser lo suficientemente lenta como para que no se originen presiones intersticiales, permitiendo el libre drenaje del agua de los poros.

Imagen Nº13. Colocación de agua destilada

Imagen Nº14. Tensión vs deformación

d)

Se logra detallar el desplazamiento entre las dos partes de la caja de corte y luego se desmonta la caja del aparato de corte.

Imagen Nº15. Desplazamiento entre las dos cajas de corte

Imagen Nº16. Probeta del suelo después del ensayo

e) El programa dará las gráficas tensión – desplazamiento al igual, que los datos de cohesión y el ángulo de fricción.

Imagen Nº17. Tensión-Desplazamiento

Imagen Nº18. Cohesión y ángulo de fricción

f) Finalmente, Se coloca la parte de la muestra en un recipiente y se seca la muestra en el horno para calcular su humedad final.

Imagen Nº19. Muestra en recipiente

Imagen Nº20. Muestra final en horno

4) CÁLCULO DE RESULTADOS OBTENIDOS:

PREGUNTAS:

PREGUNTA 2) A continuación, se dan los resultados de cuatro pruebas de corte directo con drenaje sobre una arcilla. - Diámetro del espécimen = 50mm - Altura del espécime n = 25mm Dibuje la gráfica del esfuerzo cortante versus el esfuerzo normal; y determine el ángulo de fricción y cohesión de la muestra. Según los resultados, ¿a que tipo de arcilla pertenece? Justifique.

En primer lugar hallamos el área de la muestra en cm2 𝜋𝑥𝑑2 𝐴= 4

𝐴=

𝜋𝑥(5𝑐𝑚2 ) 4

𝐴 = 19.625𝑐𝑚2

Con esta área hallada y con los datos de fuerzas normales y cortantes, hallaremos los esfuerzos normales (σ) y esfuerzos cortantes (T) mediantes las siguientes fórmulas:

σ=

𝑁 𝐴

fórmulas para hallar En la siguiente tabla hallados después de aplicar las fórmulas:

Prueba No

Fuerza Normal (N)

Fuerza cortante en la falla (N)

1 2 3 4

271 406.25 474 541.65

120.6 170.64 204.1 244.3

T=

𝑡 𝐴

esfuerzos observamos los esfuerzos

Área (m2)

Esfuerzo normal (Pa) σ=(N/A)

Esfuerzo cortante (Pa) T=(t/A)

0.0019625

138089.17 207006.37 241528.66 276000.00

61452.23 86950.32 104000.00 124484.08

Esfuerzo normal (kPa)

Esfuerzo cortante (kPa)

138.09 207.01 241.53

61.45 86.95 104.00

276.00

124.48

Llevamos estos esfuerzos hallados a la gráfica esfuerzo cortante versus esfuerzo normal. Obtendremos 4 puntos y los unimos mediante una recta, esta recta será la envolvente. El ángulo que dicha recta forme con la horizontal será el valor del ángulo de fricción(φ) y también obtendremos el valor de la cohesión (C’) que es la intersección de la envolvente con el eje de corte. A continuación, la gráfica resultante haciendo uso de AutoCAD y regresión lineal en Excel para la envolvente:

Gráfica esfuerzo normal vs esfuerzo cortante Nuestros parámetros de resistencia obtenidos según la gráfica son los siguientes: C’=0 kPa φ = 250

Acorde a la imagen anterior, por un lado, estaríamos frente a una arcilla normalmente consolidada por nuestro ángulo de fricción (φ) obtenido que es 250 y se encuentra en el rango de 200...