Ensayo de Corte directo
Existen cuatro técnicas más conocidas para determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo, entre las que se encuentran: el ensayo de corte simple, triaxial, deformación plana y ensayo de corte directo.
En este caso se realizará la implementación del ensayo de corte directo, con el objetivo de adquirir de forma eficiente el dato verídico de la resistencia al corte en un esfuerzo efectivo, recalcando que se implementa en condiciones consolidadas y a su vez drenadas. La ventaja de realizar este ensayo radica en la facilidad de su ejecución, que brinda la posibilidad gran cantidad de ensayos en poco tiempo y sobre la superficie de las discontinuidades.
La importancia de la realización de este ensayo radica en que permite conocer la resistencia interna por unidad de área de la masa de suelo de estudio, el lugar de presencia de falla donde se ofrecería más resistencia al deslizamiento, brindando la posibilidad de evaluar la estabilidad, capacidad de carga y la presión lateral que se tiene sobre estructuras de retención de tierras. Para entender los resultados se aproximan a una función lineal de esfuerzo normal, en donde se tiene en cuenta la cohesión y el ángulo de fricción interna.
τ=c+ σ*tang φ
Por consiguiente, se afirma que por medio de este ensayo se obtiene datos relevantes como el contenido de humedad de la muestra, la consolidación inicial y final, el valor verdadero del ángulo de fricción interna y la cohesión y el grafico del esfuerzo normal Vs. El esfuerzo cortante.
Cabe mencionar la importancia de conocer el valor de cohesión del suelo de estudio, considerando que permite determinar la medida de la cementación o adherencia que se tiene entre partículas en el suelo, la cual brinda resistencia al corte por la adhesión anteriormente mencionada, en cuanto al ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, dicho dato depende de gran variedad de factores en lo que se encuentran: el tamaño de los granos, ya que a mayor tamaño de los granos mayor es el ángulo de fricción, así mismo influye la forma de las partículas con la que posee una relación directamente proporcional, la organización de las partículas, la distribución de los tamaños, la densidad y la permeabilidad.
Para la obtención de la muestra y la medición de la resistencia in situ se realizará el ensayo de penetración estándar o SPT, basándose en lo establecido en el libro de deslizamiento de Jaime Suarez.
Tabla 1: Ensayo de Resistencia “ in situ”
MATERIALES
Dispositivo de carga. El dispositivo de carga debe ceñirse a lo siguiente.
Sostener la probeta con seguridad entre dos piedras porosas colocadas una en cada cara, de tal manera que no se presenten movimientos de torsión sobre ella.
Estar provisto de los dispositivos necesarios para:
Aplicar una fuerza normal en las caras de la muestra.
Determinar los cambios en el espesor de la muestra.
Drenar el agua a través de las piedras porosas.
Sumergir la muestra en agua.
Ser capaz de aplicar una fuerza de corte para hacer fallar la muestra a lo largo de un determinado plano (corte único) o de planos (corte doble) paralelos a las caras de la muestra.
Los marcos que sostienen la probeta deben ser lo suficientemente rígidos para evitar su deformación durante el corte.
Las diferentes partes del dispositivo deben ser de un material resistente a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o por la humedad del mismo.
Piedras porosas.- Las piedras porosas deben ceñirse a lo siguiente:
Deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la humedad del mismo.
Dependiendo del tipo de suelo que se va a ensayar, las piedras porosas deben tener la calidad adecuada para desarrollar el contacto necesario con la muestra y, además, deben evitar la intrusión excesiva de partículas de suelo dentro de sus poros.
Para ensayos con suelos normales, la calidad de las piedras debe permitir una permeabilidad de 0.5 mm/s a 1 mm/s.
Dispositivo para la aplicación de la fuerza normal. Debe estar capacitado para aplicar rápidamente la fuerza especificada sin excederla y para mantenerla con una variación máxima de ± 1 % durante el proceso de ensayo.
Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte.
La capacidad depende más que todo del tipo de control: con control de deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere generalmente el primero por la facilidad para determinar, tanto el esfuerzo último, como la carga máxima.
El equipo con control de deformaciones debe tener la capacidad para cortar la muestra a una velocidad de desplazamiento uniforme, con una desviación de ± 10 % y debe permitir el ajuste de la velocidad de desplazamiento dentro de un rango más o menos amplio.
La velocidad de aplicación de la carga, depende de las características de consolidación del suelo. Se logra usualmente por medio de un motor con caja de transmisión y la fuerza de corte se determina por medio de un indicador de carga.
Si se usa el equipo con control de esfuerzos, debe ser capaz de aplicar la fuerza de corte sobre la muestra con incrementos de carga y grado de precisión.
Cuarto húmedo.- La pérdida de humedad durante la preparación de la muestra no deberá exceder de 0.5 %, tanto para su almacenamiento como para su preparación.
Equipo para el corte de la muestra.- Debe ser adecuado para tallar la muestra de acuerdo con las dimensiones interiores de la caja de corte con un mínimo de alteración. Puede necesitarse un soporte exterior para mantener en alineamiento axial una serie de 2 o 3 anillos.
Balanza.- Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % del peso de la probeta.
Deformímetros.- Deben ser adecuados para medir los cambios en el espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y la deformación con sensibilidad de 0.02 mm (0.001").
Horno de secado.- Capaz de mantenerse a 110 °C ± 5 °C (230 ±9 °F)
Recipientes para muestras de humedad.
Equipo para el remoldeo o compactación de probetas.
Otros equipos.- Incluyen: cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos, enrasadores, agua destilada y demás elementos necesarios.
PROCEDIMIENTO
Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea. Se aplica una capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la consolidación y reducir la fricción durante el corte. Pueden también usarse espaciadores o superficies recubiertas con tetrafluoretileno-fluoruro carbono, para reducir la fricción durante el corte.
Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conecta el dispositivo de carga y se ajusta el deformímetro para medir tanto la deformación durante el corte, como el cambio del espesor de la muestra y luego se determina el espesor inicial. La costumbre de humedecer las piedras porosas antes de la colocación y aplicación de la fuerza normal sobre las muestras, dependerá del tipo de problema en estudio. Para muestras inalteradas obtenidas bajo el nivel freático, deben humedecerse las piedras.
Para suelos expansivos se debe efectuar el humedecimiento después de la aplicación de la fuerza normal, para evitar expansiones que no son representativas de las condiciones de campo.
Se debe permitir una consolidación inicial de la muestra bajo una fuerza normal adecuada. Después de aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el drenaje y una nueva consolidación de la misma. El nivel del agua se debe mantener durante la consolidación y en las fases siguientes de corte de tal manera que la muestra esté saturada en todo momento.
La fuerza normal que se aplique a cada una de las muestras depende de la información requerida. Un solo incremento de ella puede ser apropiado para suelos relativamente firmes. Para los demás suelos pueden ser necesarios varios incrementos con el objeto de prevenir el daño de la muestra. El primer incremento dependerá de la resistencia y de la sensibilidad del suelo. En general, esta fuerza no debe ser tan grande que haga fluir el material constitutivo de la muestra por fuera del dispositivo de corte.
Durante el proceso de la consolidación deben registrarse las lecturas de deformación normal, en tiempos apropiados, antes de aplicar un nuevo incremento de la fuerza.
Cada incremento de la fuerza normal debe durar hasta que se complete la consolidación primaria. El incremento final debe completar la fuerza normal especificada.
Se representan gráficamente las lecturas de la deformación normal contra el tiempo.
Corte de la muestra.- Luego de terminada la consolidación se deben soltar los marcos separándolos aproximadamente 0.25 mm (0.01"), para permitir el corte de la muestra.
Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipación completa del exceso de presión de poros.
Para determinar la velocidad de aplicación de la carga hasta la falla, se puede emplear la siguiente expresión:
Tiempo para falla = 50t50 Donde:
t50 = Tiempo requerido por la muestra para lograr el 50 % de consolidación bajo la fuerza normal.
En el ensayo con control de deformaciones, la velocidad de aplicación de cargas puede determinarse, aproximadamente, dividiendo la deformación estimada de corte, durante el esfuerzo máximo de corte, por el tiempo calculado para la falla.
Se continúa el ensayo hasta que el esfuerzo de corte sea constante, o hasta que se logre una deformación del 10 % del diámetro o de la longitud original.
En el ensayo con control de esfuerzos, se comienza con incrementos de la fuerza de corte de aproximadamente un 10 % de la máxima estimada.
Antes de aplicar un nuevo incremento, se permitirá por lo menos un 95 % de consolidación bajo el incremento anterior.
Cuando se ha aplicado del 50 % al 70 % de la fuerza de falla estimada, los nuevos incrementos serán de la mitad del valor de los aplicados hasta ese momento, o sea el 5 % de la máxima fuerza de corte.
En la proximidad de la falla, los incrementos de la fuerza pueden ser iguales a un cuarto del incremento inicial (2.5 % de la fuerza normal de corte estimada).
Se debe llevar registro de la fuerza de corte aplicada y la deformación normal y de corte para intervalos convenientes de tiempo. Con preferencia, el incremento de la fuerza de corte debe ser continuo.
Terminado el ensayo, se remueve la muestra completa de la caja de corte, se seca en el horno y se determina el peso de los sólidos.
EVIDENCIA FOTOGRÁFICA
RESULTADOS OBTENIDOS
