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IntroducciónEditar

Cortedirecto

El ensayo de corte directo y la linea de falla inducida

Permite conocer la resistencia al corte de una muestra de suelo en un plano de falla inducido. Con ello, se pueden obtener los parámetros que permiten obtener la envolvente de resistencia de Coulomb [1]  . Dichos parámetros son: La cohesión[2] y el ángulo de fricción interna del suelo ensayado[3] .

AlcancesEditar

El ensayo no puede aplicarse a todo tipo de suelo. Pues la caja no permite material grueso que dificulte el ensayo. Para ello, se fijan que los granos del material a ensayar sean una sexta parte del diámetro o lado de la caja de corte. Su uso en arenas es el más adecuado. Debiéndose al hecho que facilita el drenaje de agua durante la ejecución del ensayo. A diferencia de las arcillas, que por su baja permeabilidad, es que se opta por ocupar el ensayo de compresión triaxial.

Fundamento teóricoEditar

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En mecánica clásica, el roce es proporcional a la fuerza normal de un cuerpo.

La determinación de la resistencia al esfuerzo de corte en los suelos, es el principal determinante en las aplicaciones de la mecánica de suelos. Con el fin de lograr la estabilidad de las obras civiles.

El primer trabajo en que seriamente trató de explicar la génesis de la resistenci a al corte de los suelos. se debe al ingeniero francés C. A. Coulomb (1776)[4] . Según la mecánica elemental, es sabido que si un cuerpo sobre el que actúa una fuerza normal b en función del peso del cuerpo, el roce "a" es proporcional a la componente normal "b" de la partícula.

Por lo que llevó la idea a una masa de suelo. En el, se aplica una fuerza normal

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la máxima resistencia al corte es resultado de la cohesión, la tensión normal efectiva y del ángulo de fricción interna

constante, y una fuerza paralela al plano de falla, que va en aumento a medida que se efectúa la prueba. Por lo que la fuerza normal viene siendo, según las investigaciones de Terzaghi[5] . La tensión efectiva de la muestra de suelo y el coeficiente de roce viene siendo la tangente del ángulo de fricción interna.

Algunos suelos presentan cohesión, es decir, una cualidad por la cual, las partículas del suelo se mantienen unidas. Pueden darse ya sea por tensión capilar del agua intersticial (cohesión aparente) en los granos adyacentes, por componentes (generalmente inorgánicos) que actúan como material cementante que actúan de liga entre los granos (cohesión cementada). También existe la cohesión por las trabazones entre granos dentro de un material de perfecta distribución granulométrica[6] (cohesión mecánica). Y finalmente, la que presenta los materiales arcillosos que tienen fuerzas de interacción físico-química (cohesión físico-química), Esto se ve reflejado en la envolvente de resistencia como el punto que interseca con el eje de la fuerza de corte.



Materiales Necesarios[7] Editar

Se requiere de:

  • Máquina de corte directo: Capaz de sujetar la probeta, medir las cargas normales, medir los cambios de espesor, medir desplazamientos y  permitir el drenaje mediante dos piedras porosas.
  • Cajas de corte: Normalmente son cuadradas de 10 ó 6 cm. de lado, o bien, cilíndricas de 6, 10 ó 16 de diámetro con sus respectivas piedras porosas. 
  • Dos balanzas: una de 0,1 gramo de precisión; la otra de 0,01 gramo de precisión.
  • Horno de secado con una circulación de aire y temperatura regulable, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C
  • Cámara húmeda.
  • Herramientas y accesorios: Equipos para compactar probetas remoldeadas, deformímetro, agua destilada, espátulas, cuchillas, enrasador, cronómetro, regla metálica, recipientes para determinar humedad, grasa para el buen funcionamiento de las piezas.

ProcedimientoEditar

Se podrían tener diferentes procedimientos con cada tipo de aparato usado. Sin embargo, los siguientes pasos son esenciales:
  1. Medir las dimensiones de la caja de corte en que se alojará el suelo.
  2. Obtener la carga muerta propia del aparato, que será el peso del mecanismo de carga, cuando aplique carga normal nula. En ocasiones, se balancea con un mecanismo apropiado.
  3. Colocar la muestra en la caja del aparato, asegurando que el tamaño de las partículas sean del orden de un sexto del diámetro o de la longitud de la caja de corte.
  4. Colocar el anillo de corte y, sobre ella , sitúese el mecanismo transmisor de presión normal.
  5. Aplicar la carga normal deseada.
  6. Colocar los extensómetros para medir las deformaciones normal y tangencial, anotando sus lecturas iniciales.
  7. Asegurar que no haya contacto entre los marcos fijo y móvil de la caja de corte.
  8. Empezar el ensayo transmitiendo carga tangencial, haciendo lecturas de la carga aplicada y de las deformaciones normal y tangencial, a diversos tiempos.
  9. Si la prueba es de esfuerzo controlado se toman lecturas antes de la aplicación de cada nueva carga; si es de deformación controlada, las lecturas se harán cada 15 segundos, durante los primeros dos minutos y, después, cada medio milímetro de deformación. (En ocasiones basta con hacer estas lecturas cada milímetro.)
  10. En la prueba de esfuerzo controlado, el fin de la prueba es la falla del espécimen; en la deformación controlada, el instante en que se alcanza una deformación del orden de un 15% de la longitud inicial de la muestra, a menos que se tenga antes una fuerza tangencial constante.

Resultados del ensayoEditar

Gráfico esfuerzo de corte versus deformación horizontalEditar

Del ensayo de obtienen las mediciones de la tensión de corte y de la deformación horizontal. Todo ello, bajo una carga normal constante ( que se toma como tensión efectiva). Con lo que se puede graficar la variación de la re
4

El suelo tipo I corresponde a un suelo suelto. Mientras que el suelo tipo II corresponde a un suelo compacto.

sistencia al corte a medida que se desliza el plano de falla.
En los suelos se dan dos tipos de falla. La falla frágil, que se caracteriza porque des
pués de 
llegar el esfuerzo a un máximo definido (resistencia 
máxima). Desciende rápidamente conforme se aumenta la deformación hasta llegar a una tensión de equilibrio donde se tiene una resistencia de tipo residual. A diferencia de la falla plástica. La cual, el material empieza a fluir (aumentar su deformación bajo carga constante), a una tensión de corte constante que es la residual.
Generalmente las fallas de tipo frágil se les asocia a suelos compactos, el hecho se alude a que, como están las partículas juntas hay que generar un corte mayor al que soportaría estando suelto por lo que la curva presenta un máximo de corte antes de llegar a un equilibrio de esfuerzo. Los suelos cementados presentan esta falla con mayor intensidad (un aumento en la resistencia máxima).  Por otro lado, las fallas de tipo plástica presentan una cierta resistencia a la que el suelo empieza a fluir.

Obtención de las envolvente de resistencias máxima y residual.Editar

Una vez obtenido distintos gráficos, cada uno de ellos, hecho a distintos valores de la tensión efectiva (para ello se garantiza que no se generen presiones por sobre la hidrostática del agua intersticial). se pueden reemplazar los puntos en un gráfico de tensiones de corte versus los distintos esfuerzos normales. Para finalmente trazar la envolvente de falla, con la cual, se podrán conocer los valores de la cohesión (si es que se presenta intersección con el eje de las tensiones de corte) y de los ángulos de fricción interna máxima y residual. Lo anterior, depende del tipo de falla de la muestra.  

Uso actualEditar

Se utiliza en la determinación de parámetros de resistencia al corte de manera aproximada para cualquier uso pertinente (taludes, resistencia de geo-membranas, etc). 
Si bien, los resultados del ensayo dan una aproximación de los parámetros de la resistencia al corte. Actualmente está siendo reemplazado por el ensayo de compresión triaxial. Debido a que permite variar las tensiones que tendría el suelo en terreno. A diferencia del ensayo de corte directo, el cual, se hace bajo una tensión normal constante.
Su uso ha sido minorizado por el hecho que es imposible conocer los esfuerzos que actúan en planos distintos al de la falla durante su realización.

Referencias:Editar

  • Universidad católica del norte. Mecánica de suelos I, ensayo de corte directo [web en linea] <Ihttp://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica8.htm>[consulta: 25 de junio de 2014]
  • WHITLOW, Roy. Fundamentos de mecánica de suelos. Editor, Compañía Editorial Continental, 1994. ISBN, 968261239X, 9789682612398
  • JUÁREZ Badillo, Eulalio y RICO rodriguez., Alfonso. Mecánica de suelos. Tomo I "Fundamentos de mecánica de suelos". México. Editorial Limusa Noriega editores. 1969. ISBN 9681800699, 9789681800697.
  • LAMBE, T William. y Withman, V Robert.. Soil testing for engineers. Canada. John Wiley & Sons. 1958. ISBN ISBN-13: 978-0471511830.
  • TERZAGHI, Karl Von y PECK. Mecánica de suelos en la ingeniería práctica. Mexico. El ateneo editorial. 1955. ISBN ISBN: 950-02-5258-9.

Enlaces externosEditar

  1. http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cortedirecto.pdf
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/Cohesi%C3%B3n_del_terreno
  3. http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo_de_rozamiento_interno
  4. http://es.wikipedia.org/wiki/Charles-Augustin_de_Coulomb
  5. http://www.ecured.cu/index.php/Karl_von_Terzaghi
  6. http://es.wikipedia.org/wiki/Clasificaci%C3%B3n_granulom%C3%A9trica
  7. http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cortedirecto.pdf
  8.  http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica9.htm

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