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Tabla de Contenidos
Resistencia al Corte
La resistencia al corte es utilizada en mecánica de suelos para describir la magnitud del esfuerzo cortante que puede soportar un suelo. La resistencia al corte del suelo es el resultado de la fricción y el entrelazamiento de partículas, y posiblemente la cementación o la unión en los contactos de las partículas, debido al enclavamiento, el material particulado puede expandirse o contraerse en volumen ya que está sujeto a esfuerzos de cizallamiento.
Si el suelo expande su volumen, la densidad de partículas disminuirá y la resistencia disminuirá; en este caso, la resistencia máxima irá seguida de una reducción del esfuerzo cortante. La relación tensión-deformación se estabiliza cuando el material deja de expandirse o contraerse y cuando se rompen los enlaces entre partículas.
El estado teórico en el que el esfuerzo cortante y la densidad permanecen constantes mientras aumenta la deformación cortante puede denominarse estado crítico, estado estable o resistencia residual.
El comportamiento del cambio de volumen y la fricción entre partículas dependen de la densidad de las partículas, las fuerzas de contacto intergranulares y, en menor medida, de otros factores como la velocidad de cizallamiento y la dirección del esfuerzo cortante.
La fuerza de contacto intergranular normal promedio por unidad de área se denomina esfuerzo efectivo . Si no se permite que el agua fluya dentro o fuera del suelo, la ruta de tensión se denomina ruta de tensión no drenada.
Durante la cizalladura no drenada, si las partículas están rodeadas por un fluido casi incompresible como el agua, entonces la densidad de las partículas no puede cambiar sin drenaje, pero la presión del agua y la tensión efectiva cambiarán. Por otro lado, si se permite que los fluidos salgan libremente de los poros, las presiones de los poros permanecerán constantes y la ruta de prueba se denomina ruta de tensión drenada.
El suelo puede dilatarse o contraerse libremente durante el cizallamiento si se drena. En realidad, el suelo está parcialmente drenado, en algún lugar entre las condiciones idealizadas perfectamente sin drenaje y drenado. La resistencia al corte del suelo depende de la tensión efectiva, las condiciones de drenaje, la densidad de las partículas, la tasa de deformación y la dirección de la deformación. Para el cizallamiento de volumen constante sin drenaje, se puede utilizar la teoría de Tresca para predecir la resistencia al cizallamiento, pero para condiciones de drenaje, se puede utilizar la teoría de Mohr-Coulomb . Dos teorías importantes de la cizalladura del suelo son la teoría del estado crítico y la teoría del estado estacionario.
Cohesión
Es la atracción entre partículas, originada por lasa fuerzas moleculares y las películas de agua. Por lo tanto, la cohesión de un suelo variará si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide kg/cm2. Los suelos arcillosos tiene cohesión alta de 0,25 kg/cm2 a 1.5 kg/cm2, o más. Los suelos limosos tienen muy poca, y en las arenas la cohesión es prácticamente nula.
Fricción Interna
Es la resistencia al deslizamiento causado por la fricción que hay entre las superficies de contacto de las partículas y de su densidad.
Como los suelos granulares tienen superficies de contacto mayores y sus partículas, especialmente si son angulares, presentan una buena trabazón, tendrán fricciones internas altas. En cambio, los suelos finos las tendrán bajas.
La fricción interna de un suelo, está definidas por el ángulo cuya tangente es la relación entre la fuerza que resiste el deslizamiento, a lo largo de un plano, y la fuerza normal «p» aplicada a dicho plano.
Los valores de este ángulo llamada ángulo de fricción interna f, varían de prácticamente 0º para arcillas plásticas, cuya consistencia este próxima a su límite líquido, hasta 45º o más, para gravas y arenas secas, compactas y de partículas angulares. Generalmente, el ángulo f para arenas es alrededor de 30º.
Corte Directo Bajo Condiciones Consolidadas Drenadas. ASTM D3080-03
1. Alcance y campo de aplicación
1.1 Este método de ensayo abarca la determinación de la resistencia de cizallamiento drenada consolidada de un material del suelo en cizallamiento directo. La prueba se realiza deformando una muestra a una velocidad de deformación controlada en o cerca de un único plano de cizallamiento determinado por la configuración del aparato. Generalmente, tres o más muestras se prueban, cada una bajo una carga normal diferente, para determinar los efectos sobre la resistencia al cizallamiento y el desplazamiento, y propiedades de resistencia como las envolventes de resistencia Mohr.
1.2 Las tensiones y desplazamientos de cizallamiento se distribuyen de forma no uniforme dentro de la muestra. No se puede definir una altura adecuada para el cálculo de las deformaciones unitarias cortantes. Por lo tanto, las relaciones de tensión-deformación unitaria o cualquier cantidad asociada, como el módulo, no se pueden determinar a partir de esta prueba.
1.3 La determinación de los sobres de resistencia y el desarrollo de criterios para interpretar y evaluar los resultados de las pruebas se dejan en el ingeniero u oficina que solicita la prueba.
1.4 Los resultados de la prueba pueden verse afectados por la presencia de tierra o partículas de roca, o ambas, (ver Sección 4).
1.5 Se seleccionan las condiciones de prueba, incluido el ambiente normal de tensión y humedad, que representan las condiciones de campo que se están investigando. La velocidad de cizallamiento debe ser lo suficientemente lenta como para garantizar condiciones de drenaje.
1.6 Puede haber casos en los que el espacio entre las placas debe aumentarse para acomodar tamaños de arena mayores que el espacio especificado. Actualmente no hay suficiente información disponible para especificar la dimensión de separación en función de la distribución del tamaño de partícula.
1.7 Los valores indicados en las unidades de pulgada-libra deben considerarse como el estándar. Dentro de este método de prueba, las unidades SI se muestran entre corchetes. Los valores indicados en cada sistema no son equivalentes exactos; por lo tanto, cada sistema debe utilizarse independientemente uno del otro.
1.8 Todos los valores observados y calculados se ajustarán a las directrices para dígitos significativos y redondeo establecidos en la Práctica D 6026.
1.8.1 El método utilizado para especificar cómo se recopilan, calculan o registran los datos en esta norma no está directamente relacionado con la precisión a la que se pueden aplicar los datos en el diseño u otros usos, o ambos. La forma en que se aplican los resultados obtenidos utilizando este estándar está fuera de su alcance.
1.9 Esta norma no pretende abordar todas las preocupaciones de seguridad, si las hay, asociadas con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas adecuadas de seguridad y salud y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias antes de su uso.
3.1 Dispositivo de cizallamiento: un dispositivo para sujetar la muestra de forma segura entre dos plaquitas porosas de tal manera que el par no es aplicado al espécimen. El dispositivo de cizallamiento proporcionará un medios de aplicar una tensión normal a las caras de la muestra, para medir el cambio de espesor de la muestra, para permitiendo el drenaje del agua a través de las inserciones porosas en el límites superiores e inferiores del espécimen, y para sumergir el espécimen en agua. El dispositivo debe ser capaz de aplicando una fuerza de cizallamiento al espécimen en agua. El dispositivo ser capaz de aplicar una fuerza de cizallamiento al espécimen a lo largo de un plano de cizallamiento predeterminado (una sola cizalladura) paralelo a la caras del espécimen. Los marcos que sujetan el espécimen deberán ser lo suficientemente rígidos para evitar su distorsión durante el cizallamiento. Las distintas partes del dispositivo de cizallamiento deberán estar hechas de material no sujeto a la corrosión por la humedad o sustancias dentro de la tierra, por ejemplo, acero inoxidable, bronce, o aluminio, otro. Los metales diferentes, que pueden causar acción galvánica, no están permitido. 3.2 Caja Cortante, una caja de cizallamiento, ya sea circular o cuadrada, de acero inoxidable, bronce o aluminio, con drenaje a través de la parte superior e inferior. La caja está dividida verticalmente por un plano horizontal en dos mitades de igual espesor que se montan junto con tornillos de alineación. La caja de cizallamiento también está equipada con tornillos de separación, que controlan el espacio (brecha) entre las mitades superior e inferior de la Caja cizalla. 3.3 Inserciones porosas, Inserciones porosas función para permitir el drenaje de la muestra de suelo a lo largo de los límites superior e inferior. También funcionan para transferir el estrés de cizallamiento horizontal desde la inserción hasta los límites superior e inferior de la Espécimen. Las plaquitas porosas consistirán en carburo de silicio, óxido de aluminio, o metal que no está sujeto a la corrosión por sustancias del suelo o humedad del suelo. El grado adecuado de inserción depende del suelo que se esté analizando. La permeabilidad del inserto debe ser sustancialmente mayor que la del suelo, pero debe tener una textura lo suficientemente fina para evitar una intrusión excesiva tierra en los poros del inserto. El diámetro o ancho de la placa o inserto poroso superior debe ser de 0,01 a 0,02 pulg. (0,2 a 0,5 mm) menor que el del interior del anillo. Si el inserto funciones para transferir la tensión horizontal al suelo, debe ser suficientemente grueso para desarrollar interbloqueo. Arenado o herramientas el inserto puede ayudar, pero la superficie del inserto no debe ser tan irregular como para causar concentraciones sustanciales de tensión en el suelo.
NOTA 2: Los criterios exactos para la textura y la permeabilidad del inserto no ha sido establecido. Para pruebas de suelo normales, insertos de grado medio con permeabilidad de aproximadamente 0,5 a 1,0 3103 pies / año (5,0 3 10−4 a 1,0 3 10−3 cm / s) son apropiados para probar limos y arcillas, e insertos de grado grueso con una permeabilidad de aproximadamente 0,5 a 1,0 3105 pies / año (0,05 a 0,10 cm / s) son apropiado para arenas. Es importante que la permeabilidad del poroso inserto no se reduce por la acumulación de partículas de suelo en los poros de la insertar; por lo tanto, control y limpieza frecuentes (enjuagando y hirviendo, o por limpieza ultrasónica) son necesarios para asegurar la permeabilidad necesaria.
3.4 Dispositivos de carga:
3.4.1 Dispositivo para aplicar y medir lo normal Fuerza: la fuerza normal se aplica mediante un yugo de carga de palanca que es activado por pesos muertos (masas) o por un neumático dispositivo de carga. El dispositivo debe ser capaz de mantener la fuerza normal dentro del 61 por ciento de la fuerza especificada rápidamente sin excederlo.
3.4.2 Dispositivo para cortar la muestra: el dispositivo debe ser capaz de cortar la muestra a una velocidad uniforme de desplazamiento, con menos del 65 por ciento de desviación, y debe Permitir el ajuste de la tasa de desplazamiento de 0,0001 a 0,04 pulg./min (0,0025 a 1,0 mm / min). La tasa a aplicar depende de las características de consolidación de los suelos. La tasa se suele mantener con un motor eléctrico. y la disposición de la caja de engranajes y la fuerza de corte está determinada por un dispositivo indicador de carga, como un anillo de prueba o una celda de carga.
3.4.3 El peso de la caja de corte superior debe ser menor de 1 porcentaje de la fuerza normal aplicada: esto probablemente Requerir que la caja de corte superior esté soportada por una fuerza contraria y puede requerir modificaciones en el equipo. NOTA 3: Cortar la muestra de ensayo a una velocidad mayor que la especificada puede producir resultados de cizallamiento parcialmente drenados que diferirán de los drenados fuerza del material.
3.5 Dispositivo de medición de fuerza cortante: un anillo de prueba o celda de carga con una precisión de 0,5 lbf (2,5 N), o el 1 por ciento de la cizalla fuerza en el fallo, la que sea mayor.
3.6 Tazón de caja de corte: una caja metálica que sostiene la caja de corte y proporciona una reacción contra la cual la mitad de la caja de corte está restringida, o una base sólida con provisiones para alinear la mitad de la caja de corte, que se puede mover libremente coincidente con la fuerza cortante aplicada en un plano horizontal.
3.7 Sala de alta humedad controlada, si es necesario, para preparar muestras, de modo que el contenido de agua aumente o pierda durante se minimiza la preparación de la muestra.
3.8 Trimmer o anillo de corte, para recortar sobredimensionados muestras a las dimensiones interiores de la caja de corte con un mínima perturbación. Es posible que se necesite una plantilla exterior para Mantenga la alineación de la caja de corte.
3.9 Saldos: un saldo o escala conforme a los requisitos de la Especificación D 4753 legible (sin estimación) para0,1% o mejor.
3.10 Indicadores de deformación: medidores de cuadrante o transformadores de desplazamiento capaces de medir el cambio de espesor de la muestra, con una sensibilidad de al menos 0,0001 pulg.(0,0025 mm) y para medir el desplazamiento horizontal consensibilidad de al menos 0,001 pulg. (0,025 mm).3.11 Aparato para la determinación del contenido de agua, comoespecificado en el método de prueba D 2216.
3.12 Equipo para remodelar o compactar muestras,si es aplicable.
3.13 Equipo diverso, incluido el dispositivo de cronometrajecon agua de segunda mano, destilada o desmineralizada, espátulas,cuchillos, regla, sierras de alambre, otros, utilizados para preparar elmuestra.
4. Acondicionamiento de la Muestra de ensaye para determinar el Corte Directo
4.1 La muestra utilizada para la preparación de la muestra debe suficientemente grande para que un mínimo de tres especímenes similares se puede preparar. Prepare las muestras en un ambiente de temperatura y humedad controladas para minimizar la pérdida de humedad. o ganancia.
4.1.1 Se debe tener sumo cuidado al preparar sin perturbaciones muestras de suelos sensibles para evitar perturbaciones estructura natural del suelo. Determine la masa inicial del húmedo muestra para su uso en el cálculo del contenido de agua inicial y peso unitario de la muestra.
4.2 El diámetro mínimo de la probeta para probetas circulares, o el ancho para probetas cuadradas, debe ser de 50 mm (2,0 pulg.), o no menos de 10 veces el diámetro máximo de partícula, el que sea más grande, y se ajusta a la relación entre ancho y espesor especificado en 4.4.
4.3 El espesor mínimo inicial de la muestra debe ser de 0,5 pulg. (12 mm), pero no menos de seis veces la partícula máxima diámetro.
4.4 El diámetro mínimo de la muestra al espesor o ancho la relación de espesor será 2: 1.
NOTA 4: Si se encuentran partículas grandes de suelo en el suelo después de la prueba, un El análisis del tamaño de partícula debe realizarse de acuerdo con el Método D 422 para confirmar las observaciones visuales, y el resultado debe ser proporcionado con el informe de prueba.
4.5 Preparación de la muestra:
4.5.1 Muestras inalteradas: prepare muestras inalteradas de muestras grandes inalteradas o de muestras aseguradas de acuerdo con la Práctica D 1587, u otro tubo no perturbado procedimientos de muestreo. Se conservarán las muestras intactas. y transportado como se indica para las muestras del Grupo C o D en Práctica D 4220. Manipule las muestras con cuidado para minimizar perturbación, cambios en la sección transversal o pérdida de contenido de agua. Si la compresión o cualquier tipo de alteración notable fuera causado por el dispositivo de extrusión, divida el tubo de muestra a lo largo o córtelo en secciones pequeñas para facilitar la extracción del espécimen con mínima perturbación. Prepare las muestras recortadas, siempre que sea posible, en un entorno que minimizar la ganancia o pérdida de humedad de la muestra.
NOTA 5: Para este propósito, es deseable una habitación con alta humedad controlada.
4.5.2 Muestras compactadas: las muestras deben prepararse utilizando el método de compactación, el contenido de agua y el peso unitario prescrito por la persona que asigna la prueba. Montar y Asegure la caja de corte. Coloque un inserto poroso húmedo en la parte inferior de la caja de corte. Las muestras se pueden moldear amasando o apisonar cada capa hasta que la masa acumulada del suelo colocado en la caja de corte se compacta a un volumen conocido, o por ajustar el número de capas, el número de apisonamientos por capa, y la fuerza por apisonamiento. La parte superior de cada capa se escarificará antes de la adición de material para la siguiente capa. los Los límites de las capas compactadas se colocarán de modo que no coincidente con el plano de corte definido por la caja de corte mitades, a menos que este sea el propósito establecido para una prueba en particular. los El sabotaje utilizado para compactar el material debe tener un área en contacto con el suelo igual o menor que la mitad del área del molde. Determine la masa de suelo húmedo necesaria para una sola elevador compactado y colóquelo en la caja de corte. Compactar el suelo hasta obtener el peso unitario deseado. Continuar colocando y compactando el suelo hasta que toda la muestra esté compactada.
NOTA 6: una capa ligera de grasa aplicada al interior de la caja de corte. puede usarse para reducir la fricción entre la muestra y la caja de corte durante consolidación. Sin embargo, el anillo superior en algunos dispositivos de corte requiere fricción para soportar el anillo después de que se hayan abierto las placas de corte. Una luz se puede usar una capa de grasa aplicada entre las mitades de la caja de corte. para reducir la fricción entre las mitades de la caja de corte durante el corte. El revestimiento de TFE-fluorocarbono también se puede usar en estas superficies en lugar de grasa para reducir la fricción.
NOTA 7 — El espesor requerido del levantamiento compactado puede determinarse midiendo directamente el espesor del levantamiento, o de las marcas en la varilla de apisonamiento que corresponden al grosor del elevador que se está colocando.
NOTA 8: La decisión de humedecer los insertos porosos inundando el caja de corte antes de aplicar la fuerza normal depende del problema bajo estudiar. Para muestras no perturbadas obtenidas por debajo del nivel freático, la capa porosa los insertos suelen estar humedecidos. Para suelos hinchados, la secuencia de La consolidación, humectación y cizallamiento deben modelar las condiciones del campo. Determine la masa compactada de la muestra a partir de la medida masa colocada y compactada en el molde, o la diferencia entre el masa de la caja de corte y la muestra compactada y la masa de tara del caja de corte.
4.6 El material requerido para el espécimen debe ser preparado por Mezclar bien el suelo con suficiente agua para producir el contenido de agua deseado. Deje reposar la muestra antes de compactación de acuerdo con la siguiente guía:
5.1.1 Muestra intacta: coloque insertos porosos húmedos sobre los extremos expuestos de la muestra en la caja de corte; sitio la caja de corte que contiene la muestra intacta y porosa se inserta en el recipiente de la caja de corte y coloque la caja de corte.
NOTA 10: Para algunos aparatos, la mitad superior de la caja de corte se mantiene en colocar por una varilla con muescas que encaja en un receptáculo en la mitad superior de la caja de corte. La mitad inferior de la caja de cizalla se mantiene en su lugar en la cizalla. pernos de retención del recipiente de la caja. Para algunos aparatos, la mitad superior de la caja de corte se sujeta mediante una placa de anclaje.
5.1.2 Muestra compacta: coloque la caja de corte que contiene la muestra compactada y los insertos porosos en la caja de corte cuenco y coloque la caja de corte.
tf = tiempo total estimado transcurrido hasta la falla, min,
t50 = tiempo requerido para que la muestra alcance el 50 por ciento consolidación bajo el estrés normal especificado (o incrementos del mismo), min.
NOTA 13 — Si se usa el desplazamiento normal versus la raíz cuadrada del tiempo, t50 se puede calcular a partir del momento para completar la consolidación del 90% utilizando la siguiente expresión:
t90 = tiempo requerido para que la muestra alcance 90 porcentaje de consolidación por debajo de la normal especificada estrés (o incremento del mismo), min.
4.28 = constante, relaciona el desplazamiento y los factores de tiempo en 50 y consolidación del 90 por ciento.
NOTA 14 – Si el material muestra una tendencia a hincharse, el suelo debe ser inundado con agua y debe permitírsele alcanzar el equilibrio bajo un incremento del estrés normal lo suficientemente grande como para contrarrestar el oleaje m el inicio de la prueba hasta el fallo: tendencia antes de que se pueda determinar el tiempo mínimo de falla. los La curva de consolidación de tiempo para los incrementos de tensión normales posteriores se válido para su uso en la determinación de tf .
NOTA 15: Algunos suelos, como arenas densas y arcillas sobre consolidadas, puede que no presenten curvas de asentamiento temporal bien definidas. En consecuencia, el el cálculo de tf puede producir una estimación inadecuada del tiempo requerido para fallar la muestra en condiciones de drenaje. Para arcillas sobre consolidadas que se prueban bajo tensiones normales menores que las del suelo presión previa a la consolidación, se sugiere que sea necesario estimado utilizando un valor de t50 equivalente a uno obtenido de la normal comportamiento de consolidación tiempo-liquidación.
Para arenas limpias y densas que drenan rápidamente, se puede usar un valor de 10 min para tf . Para arenas densas con más más del 5% de finos, se puede utilizar un valor de 60 min para tf . Si un valor alternativo de tf, la justificación de la selección se explicará con el resultados de la prueba.
