ensayo de corte directo (consolidado - drenado)

ASTM D 3080AASHTO T 236

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

Competencias Técnicas de Laboratorista en Mecánica de Suelos

ALCANCE

Esta norma tiene por objeto establecer el procedimiento para determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidado y drenado empleando el método de corte directo.


EQUIPO

Dispositivo para aplicar la fuerza normal: Se aplica mediante una palanca de carga acoplada, activada mediante cargas muertas.

Dispositivo para cortar la muestra: Debe tener la capacidad suficiente para cortar la muestra a una velocidad de desplazamiento uniforme (0.0001 a 0.04 in/min).

Dispositivo para medir la fuerza de corte: Se puede emplear un anillo de carga o una celda de carga con precisión de 0.5 lb.

Indicador de deformación: Puede ser un indicador tipo dial, un transformador diferencia de variable lineal LVDT u otro dispositivo adecuado.


EQUIPO

Piedras porosas: Serán de carburo de silicio, oxido de aluminio o un metal no corrosivo, la permeabilidad de las piedras deberá ser mayor que la del suelo.

Caja de corte: Debe ser de acero inoxidable, bronce o aluminio con suministros para drenar el agua de arriba hacia abajo. La caja está dividida horizontalmente en dos mitades de igual espesor.

Contenedor de la caja de corte: Proporciona una reacción contra una mitad de la caja de corte, la cual es libre de moverse coincidentemente con la fuerza de corte aplicada.

Anillo cortante: Adecuado para tallar las muestras de acuerdo con la dimensión interior de la caja de corte con un mínimo de alteración.

Otros equipos: Balanza, cuchillo, cronometro, calibrador, agua destilada, etc.

MUESTRA DE ENSAYO

Si se usa una muestra inalterada, deben ser lo suficientemente grande para proveer un mínimo de tres muestras idénticas.

El diámetro mínimo para muestras circulares o el ancho mínimo para muestras cuadradas debe ser alrededor de 50 mm (2 in), ó 10 veces mayor que el diámetro del tamaño máximo de las partículas, cualquiera que sea la mayor.

El espesor mínimo de la muestra de ensayo, debe ser alrededor de 25 mm (1 in).

La relación mínima diámetro/espesor, ó ancho/espesor según la muestra debe ser de 2:1.


PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Se utilizan muestras obtenidas de bloques inalterados, o mediante tubos muestreadores.

MUESTRAS INALTERADAS

Retire la capa de parafina del bloque inalterado.

Inserte el anillo cortante y corte tres muestras.

Corte de las muestras

Retirado de la capa de parafina.



Enrase las superficies planas de las muestras con un cuchillo y llene los vacios con el material recortado.

Extraiga la muestra del anillo cortante y determine la altura inicial y el diámetro.

Extracción de la muestra del anillo cortante



Pese la masa inicial de cada una de las muestras (MTo) y determine el

contenido de humedad inicial, utilizando el material recortado de las muestras, de acuerdo con la norma ASTM D 2216. Peso de la masa inicial de las muestras.



MUESTRAS REMOLDEADAS

Mezcle el suelo con suficiente agua para obtener el volumen de agua deseada. La muestra deberá estar lista antes que se realice la compactación de acuerdo con la siguiente guía:

Tipo de suelo Tiempo mínimo en horas

SW, SPM

SC, ML, CLMH, CH

---3

1836



Ensamble la caja de corte y asegúrela con los tornillos de alineación.

Coloque una piedra porosa húmeda y un papel filtro en el fondo de la caja de corte.

Compacte cada capa hasta que la masa acumulativa de los suelos puesta en la caja de corte se compacte a un volumen conocido.

Escarifique cada capa antes de colocar una capa superior.



Determine la masa de la muestra, pesando la caja de corte más muestra y restando el peso de la caja de corte.

Las muestras remoldeadas también pueden ser preparadas compactando el suelo mediante los procedimientos y el equipo usado para determinar la relación humedad-densidad de los suelos de acuerdo con la norma ASTM D 1557, Compactación con proctor modificado, ó ASTM D 698, Compactación con proctor estándar.


PROCEDIMIENTO

Primera etapa.- Consolidación de la

muestra.

Ensamble la caja de corte colocando las piedras porosas, el papel filtro.

Asegure la caja de corte con los tornillos de alineación, centre la placa de transferencia de carga y coloque la caja en el dispositivo de corte.

Muestra dentro de la caja de corte

Aseguramiento de la caja de corte.


PROCEDIMIENTO

Conecte y ajuste el sistema de corte.

Coloque los LVDT horizontal y vertical.

Llene con agua la caja de corte.

Calcule las cargas normales para obtener los esfuerzos normales deseados.

Encerado de los LVDT

Encerado de los deformímetros


PROCEDIMIENTO

Aplique la carga normal, agregando masa al brazo de palanca ( 0.5, 1, 2 Kg/ cm2).

Registre las lecturas vertical en función del tiempo transcurrido.

Grafique la curva deformación vertical versus log del tiempo o raíz cuadrada del tiempo en min.

Aplicación de la carga normal


PROCEDIMIENTO

Quite los tornillos y levante el anillo móvil a 0.025 in (0.64 mm).

Determine el tiempo total para que se produzca la falla (tf), mediante la siguiente ecuación:

Donde:

tf=Tiempo total estimado para alcanzar la falla, min. 10 min para arenas densas y limpias

T50=Tiempo requerido por la muestra para lograr el 50% de consolidación.

5050tt f


PROCEDIMIENTO

Si t90 se calcula por método de la raíz cuadrada del tiempo, t50 se obtiene con la siguiente ecuación.

Donde:

T90= Tiempo requerido por la muestra para alcanzar el 90% de la consolidación primaria, min.

4.28= Constante relativa

28.490

50

tt


PROCEDIMIENTO

Determine la velocidad de corte, la cual debe ser lo suficientemente lenta:

Donde: dr=Velocidad de desplazamiento, en in/min ó mm/min.df=Desplazamiento horizontal estimado hasta la falla, in

ó mm. 0.5 in si el material es de grano fino normal o sobreconsolidado y 0.2 in. Si el suelo es arenoso

Tf=Tiempo estimado hasta la falla, min.

f

fr t

dd


PROCEDIMIENTO

Segunda etapa.-

Corte de la muesra

Inicie el corte de la muestra aplicando la velocidad calculada.

Registre las lecturas de deformación vertical, horizontal y de la celda de carga a intervalos de desplazamiento horizontal igual o menor que el 2% del diámetro de la muestra.

Corte de la muestra


PROCEDIMIENTO

Continúe cortando la muestra hasta cuando actué la máxima resistencia al corte

Luego de alcanzar la falla desarme el equipo quitando los LVDT, las pesas y luego la caja de corte.

Retirado de la caja de corte.

Desarmado de la caja de corte.


PROCEDIMIENTO

Retire la muestra de la caja de corte, pese su masa y determine el contenido de humedad ASTM D 2216.

Proceda a realizar dos ensayos adicionales.


CÁLCULOS

Determine el esfuerzo cortante, como sigue:

Donde:

t =Esfuerzo cortante, lb/in2 ó kPa.

F =Fuerza de corte, lb ó N, que se calcula como sigue:

F = Lectura del deformímetro de carga * Constante del anillo de carga.

A =Área inicial de la muestra, in2 ó mm2.

A

F


CÁLCULOSDetermine el esfuerzo normal que actúa sobre la muestra, como sigue:

Donde:

=Esfuerzo normal, lb/in2 ó kPa.

N=Fuerza vertical que actúa sobre la muestra, lb ó N, se calcula como sigue:

A

N

N = Carga aplicada * Brazo de palanca


ensayo de corte directo (consolidado - drenado)

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