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MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL
FLNV- MVS-03
MANUAL VISUALIZADO VERSION 2
RESISTENCIA AL CORTE DE LOS SUELOS
NOVIEMBRE 2003
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FLNV -MVS-03
MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA FUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD FUNDALANAVIAL Fecha: 28/11/2003
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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL CORTE DE SUELOS
NORMA A.S.T.M. D 3080 / N.L.T. 202 1 OBJETO El objeto de este ensayo es determinar los parmetros de resistencia a los
esfuerzos cortantes de un suelo como lo son el ngulo de friccin interna (FI) y la cohesin (c).
2 DURACIN El procedimiento rpido tiene una duracin de 3 das. 3 EQUIPO REQUERIDO Figura 1 Equipo de corte directo ? Maquina de corte, con anillo de carga
y control de velocidades. ? Caja de corte y anillo con sus piezas.
? Horno capaz de mantener una temperatura de 105 C 5 C.
? Balanza de 0.01 g. de apreciacin
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? Dos micrmetros de deformacin de
0.01 mm de apreciacin para medir las deformaciones (horizontal y vertical)
? Vernier ? Cronometro ? Cpsulas para determinar humedad ? Piedras porosas
4 INTRODUCCION
El Principio bsico de la determinacin de
la resistencia al esfuerzo cortante de los
suelos radica en producir un es tado de
esfuerzos lo mas sencillo posible.
Uno de los mtodos ms comunes
usados para determinar estos esfuerzos
es el ensayo de Corte Directo
La ejecucin del ensayo es simple. Una
probeta de suelo se rompe a esfuerzo
cortante bajo el efecto de un esfuerzo
normal vertical y una fuerza cortante
horizontal, estando impedidas las
deformaciones laterales.
Generalmente se ensayan tres probetas
bajo tres esfuerzos normales diferentes,
para poder establecer una relacin entre
la resistencia al esfuerzo cortante y los
esfuerzos normales.
Este ensayo puede realizarse sobre todo
los tipos de suelos, con muestras
imperturbadas y remoldeadas
5 TERMINOLOGIA Definiciones de Trminos Especficos de este Ensayo:
Desplazamiento Lateral relativo. Es el
desplazamiento horizontal y a velocidad
constante que ocurre entre los marcos en
los cuales esta dividido la caja de corte.
Rotura. Es la condicin de esfuerzo al corte
para un espcimen de ensayo. La rotura a
menudo corresponde al esfuerzo mximo de
corte, o al es fuerzo de corte al 15% 0 20%
del desplazamiento lateral relativo.
Dependiendo de la conducta del suelo y la
aplicacin en el campo, puede usarse otro
criterio conveniente.
En la figura 2 se presenta una muestra antes
(A) y despus (B) del ensayo de corte.
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Figura 2 Muestra para corte directo
Corte Directo. Mtodo de ensayo que
consiste en poner un espcimen de prueba
en la maquina de corte directo, mientras
aplicamos un esfuerzo normal
predeterminado, manteniendo saturado o
drenado el espcimen de prueba, o ambos,
consolidamos el espcimen bajo el esfuerzo
normal, abriendo los marcos que sostienen
el espcimen de prueba, y aplicando un
desplazamiento horizontal a una velocidad
constante y midiendo el esfuerzo de corte y
las deformaciones horizontales mientras el
espcimen se va cortando.
En la figura 3 se muestran los esfuerzos que
intervienen en el ensayo de corte directo:
Figura 3 Esfuerzos de corte
6 SIGNIFICADO Y USO
El ensayo de Corte Directo es utilizable para
la determinacin de la mxima resistencia al
corte y adems la resistencia residual a lo
largo de planos conocidos de baja resistencia
en el material.
El mtodo de corte directo tiene la
particularidad de que los recorridos para el
drenaje a travs de la muestra de ensayo son
cortos y permiten mejor y ms rpidamente la
disipacin de las presiones de poros. El
ensayo puede realizarse sobre todo tipo de
suelos tanto en muestras imperturbadas,
compactadas o remoldeadas.
ESFUERZO NORMAL
ESFU
ER
ZO
DE
CO
RT
E
(A) (B)
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7 PREPARACION DE LA MUESTRA
7.1 La muestra usada para la realizacin de
la probeta, debe ser lo suficientemente
grande para preparar como mnimo 3
especimenes iguales. Se debe preparar los
especimenes en un cuarto hmedo para
evitar perturbaciones o prdidas por
humedad.
7.2 Deben tomarse precauciones en la
preparacin de los especimenes para evitar
alteracin en su estructura normal.
7.3 Se debe determinar el peso inicial de la
muestra para el clculo posterior del
contenido de humedad y densidad seca.
7.4 Dimensiones de la probeta
El dimetro mnimo de las muestras circulares
o el ancho mnimo para muestra
rectangulares debe ser alrededor de 50 mm, o
no menos de 10 veces el tamao mximo de
las partculas internas.
La altura mnima de la muestra ser de 12
mm, pero no menos de un sexto del tamao
mximo de las partculas de suelo.
La relacin mnima dimetro-espesor o ancho
espesor, segn la muestra debe ser 2:1.
Si despus de realizar un ensayo con una
muestra imperturbada, se observa que en su
interior hay partculas mayores que la
permitida, se anotara esta observacin en la
planilla de registro y en el informe.
7.5 Probetas imperturbadas
Las muestras imperturbadas a usar en el
ensayo de corte puede ser proveniente de
monolitos, perforaciones o cualquier otro tipo
de muestreo que provea muestras
imperturbadas.
Dichas muestras hay que manejarla
cuidadosamente para evitar alteraciones,
cambios en la seccin transversal o prdida
de humedad. Cuando se deban tallar
muestras deber realizarse siempre que sea
posible en cuarto hmedo para prevenir la
perdida de humedad.
Cuando los extremos de la probeta queden
irregulares debido a la existencia de gravilla
o desmoronamiento de las muestras se
deber rellenar las oquedades con
materiales provenientes del tallado.
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7.6 Probetas remoldeadas o
compactadas
Se pueden preparar probetas remoldeadas
o compactadas en un molde de corte
cilndrico o cuadrado de dimensiones
conocidas y que cumpla con los requisitos
exigidos para la realizacin del ensayo, el
material a utilizar se compacta a una
humedad y densidad determinada. Despus
de que las probetas han sido compactadas
se extrae del molde y se determina su peso
y dimensiones.
En la figura 4 se presentan los diferentes
instrumentos necesarios para la preparacin
de muestras tanto imperturbadas como
remoldeadas:
Figura 4 Instrumentos de ensayo
8 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
8.1 Se debe medir la altura inicial de la
probeta (vase figura 5).
Figura 5 Medida de la altura de la probeta
As como el dimetro inicial de la muestra.
(Si la muestra es cuadrada mida sus lados)
(vase figura 6).
Figura 6 Medida del dimetro de la probeta
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8.2 Luego se debe pesar la probeta en la
balanza con sensibilidad de 0.01 gr. (Peso
Muestra + anillo) Peso anillo), como se
muestra en la figura 7.
Figura 7 Pesada de la probeta
8.3 Inmediatamente se debe colocar la
muestra en la caja de corte, con los
marcos alineados .
Nota 1 La muestra se debe colocar dentro de
la caja de Corte en el siguiente orden: Fondo,
disco perforado, piedra porosa, muestra, piedra
porosa, disco perforado y bloque aplicador de
carga, debiendo quedar igual a como se ilustra
en la figura 8.
Figura 8 Colocacin de la muestra
8.4 Seguidamente se instala la caja de corte
en la maquina de corte directo (vase figura
9).
Figura 9 Instalacin de la caja de corte
8.5 Se debe colocar el puente de carga
sobre la muestra y ajustar el micrmetro de
deformacin vertical como se muestra en la
figura 10.
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Figura 10 Colocacin de puente de carga
sobre la muestra
8.6 Se debe saturar la muestra adicionando
agua hasta que cubra la piedra porosa
superior (vase figura 11) por un lapso no
menor de una hora.
Figura 11 Saturacin de muestra con agua
Se coloca la carga de consolidacin
(Esfuerzo normal), sin liberar la carga.
(vase figura 12).
Figura 12 Colocacin de carga en muestra
8.7 Una vez colocada la carga se debe
ajustar el micrmetro de deformacin
vertical o de consolidacin en cero, como se
muestra en la figura 13.
Figura 13 Ajuste del micrmetro
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8.8 Se debe liberar la carga de
Consolidacin y tomar la lectura final del
tiempo de consolidacin. (vase figura 14)
(En el ensayo rpido se estima un tiempo
mnimo de una hora).
Figura 14 Liberacin de carga y toma de lectura
8.9 Despus de realizada la Consolidacin
retire los alfileres de alineamiento de los
marcos de corte como se muestra en la
figura 15.
Figura 15 Retiro de los alfileres de alineacin
8.10 Se debe ajustar el micrmetro de
deformacin horizontal hasta que haga
contacto con la caja de corte, como se
muestra en la figura 16.
Figura 16 Ajuste del micrmetro
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8.11 Se debe colocar el cero del dial de
carga o rotura, como se ilustra en la figura
17.
Figura 17 Ajuste del dial de carga
8.12 Se debe colocar en cero el dial de
deformacin horizontal. Tal como se
ilustra en la figura 18.
Figura 18 Ajuste en cero
8.13 Posteriormente ajuste el dispositivo
de control de velocidad para comenzar el
ensayo (vase figura 19).
Figura 19 Dispositivo de control de velocidad
8.14 Finalmente se debe tomar las lecturas
del micrmetro de carga y del dial de
deformacin horizontal y registrarlas. (vase
figura 20)
Figura 20 Toma de lectura
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NOTA 2 El ensayo se da por terminado cuando la muestra ha llegado a la falla o cuando se tenga un desplazamiento horizontal del 15% de la lo ngitud o dimetro de la muestra (vase figura 21).
Figura 21 Muestra con desplazamiento horizontal del 15% del F
8.15 Una vez determinado mediante las
lecturas de deformacin que la muestra
fallo, se da por terminado el ensayo.
8.16 Se debe desmontar la muestra de la
misma forma que se realizo el montaje
(vase figura 22).
Figura 22 Desmontaje de la muestra
8.17 Posteriormente se debe tomar una
porcin de la muestra, colocarla en un
envase tarado y tomar el peso del suelo
hmedo, luego se introduce en el horno y
se espera a que este seca, para
posteriormente volverla a pesar para
determinar por diferencia la humedad de
la misma (vase figura 23).
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Figura 23 Muestra secada en horno
9 CALCULOS
9.1 AREA DE LA PROBETA (A)
Para muestras cilndricas se calcular
usando la formula del rea del cilindro:
A = D2 x Pi /4 (1) Donde D = Dimetro promedio de la probeta
Pi /4 = 0.7854
Para muestras rectangulares o cuadradas se
debe usar la siguiente formula:
A = Largo x Ancho (2)
9.2 VOLUMEN DE LA PROBETA (V)
El volumen ser igual al rea multipli cada
por la altura de la muestra:
V= A x h (3) Donde
A = rea de la muestra.
h = Altura de la muestra.
9.3 ESFUERZO AL CORTE (Thao)
Es la relacin entre la carga aplicada a la
muestra para producir el corte y el rea de
la muestra.
Thao = F (4) ??????????????????????????????????A Donde
F = Carga aplicada a la muestra para
producir el corte.
A = rea de la muestra.
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9.4 ESFUERZO NORMAL (Sigma)
Es la relacin entre la carga axial o vertical
aplicada a la muestra para producir la
consolidacin y el rea de la muestra.
Sigma = N (5) A Donde
N = Carga aplicada a la muestra para
producir la consolidacin.
A = rea de la muestra.
CARGA DE CORTE (F)
Calcular la carga de corte multiplicando la
lectura del dial de carga por el factor del
anillo.
F = La x Fa (6)
Donde
La = Lectura del dial del anillo de carga
Fa = Factor del anillo
10 GRAFICO
Para el clculo de Corte Directo es
conveniente realizar dos grficos:
? Un grafico donde se coloque la
Deformacin Unitaria en el eje de las
ordenadas y el Esfuerzo al Corte en el
eje de las abscisas para cada uno de
los esfuerzos Normales usados (3
Puntos).
? Un grafico donde se coloque el
esfuerzo Normal en el eje de las
ordenadas y el esfuerzo cortante en el
eje de las abscisas.
11 CALCULO DE COHESION Y ANGULO DE
FRICCION (ver en anexo grficos 1 y 2)
De la curva Esfuerzo Normal Esfuerzo
Cortante trace una recta que una los puntos y
extindala hasta que haga contacto con el eje
de las abscisas. (Envolvente de Mohr).
La cohesin, C, ser el valor que arroje este
nuevo punto.
El ngulo de friccin, f , ser la pendiente
o inclinacin de esta recta con respecto al
eje de las ordenadas.
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12 INFORME
El informe debe incluir lo siguiente:
12.1 Identificaron y descripcin visual de la
muestra, incluyendo la clasificacin del
suelo.
12.2 Tipo de muestra: Imperturbada,
remoldeada o compactada.
12.3 Informacin sobre la obra, como
localizacin, numero de muestra,
profundidad, etc.
12.4 Densidad seca, humedad inicial y final
12.5 Caja de corte: Cuadrada o redonda y
dimensiones.
12.6 Medidas iniciales de la muestra,
(inicial y final).
12.7 Esfuerzo normal, Esfuerzo de corte,
velocidad de deformacin y
asentamiento o consolidacin.
12.8 Grafico Esfuerzo Corte
Deformacin Lateral.
12.9 Grafico Esfuerzo Normal Esfuerzo
de Corte.
12.10 Cohesin y Angulo de
Friccin.(Obtenido del grafico Esfuerzo
Normal Esfuerzo de Corte).
12.11 Cualquier otro dato que pueda influir
en los resultados del ensayo.
13 PRECISION Y DESVIACION
Actualmente estn evalundose los datos
para determinar la precisin de este mtodo
de ensayo.
No existen valores de referencia para este
mtodo de ensayo, por consiguiente, la
desviacin no puede determinarse.
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ANEXO A
GRAFICOS
Grafico 1 Esfuerzo de corte Vs. Deformacin Horizontal
Esfuerzo Vs Deformacion Horizontal
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4Deformacion Horizontal, mm
ES
FU
ER
ZO
CO
RT
AN
TE
kg
/cm
2
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Grafico 2 Esfuerzo normal Esfuerzo cortante
y = 0,395x + 0,0933
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ESFUERZO NORMAL kg/cm2
ES
FU
ER
ZO
CO
RT
AN
TE
kg
/cm
2