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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil

LABORATORIO GEOTÉCNICO - CISMID DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN EQUIPO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS EN EL LABORATORIO

Ing. Daniel Basurto

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES CISMID

INTRODUCCIÓN  El ensayo de corte directo es comúnmente usado en nuestro medio por los diferentes laboratorios geotécnicos, para determinar la resistencia cortante de los suelos. Estos ensayos son ejecutados siguiendo los procedimientos descritos en la Norma ASTM D 3080.  ¿Pero, que sucede si al analizar la zona de emplazamiento de una cimentación o al realizar el estudio de estabilidad de un talud, encontramos terrenos aluvionales y fluviales constituidos por materiales gruesos como bolones y gravas inmersos en una matriz mas fina que puede estar constituida por arenas, limos y arcillas, como parte de su granulometría representativa?. Generalmente en estos casos particulares se utilizan valores asumidos o inferidos de los parámetros c y Φ que se referencian en los diversos textos o artículos técnicos. CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID

OBJETIVO DE LA INVETIGACIÓN  Diseño, construcción e implementación del equipo de corte de a gran escala de 0.60x0.60x0.60m, para la cuantificación de los parámetros de resistencia cortante de los suelos gravosos.

 Formular especificaciones generales que se deben tener en cuenta para realizar el ensayo de Corte Directo a Gran Escala.

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ESQUEMA TÍPICO DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN ARENAS

N

Esfuerzo Cortante.

t = c + .tan t4 R

t3 t2

T

T

t1  1

a

3

2

4

Esfuerzo Normal

b

a) Esquema del equipo de ensayo b) Gráfico para obtener el ángulo de fricción . CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID

LABORATORIO GEOTÉCNICO

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ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”

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ENSAYO DE CORTE “IN-SITU”

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ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS Viga de Reacción Celda de Carga Gata Hidraúlica para Carga Axial Equipo de Extensión

Deformímetros

Adquisidor Automático de Datos

Caja Metálica del Equipo de Corte

Celda de Carga Extensión de Apoyo (Reacción)

Gata Hidraúlica para Fuerza Tangencial

Soporte (Mesa Metálica)

FIGURA 1: ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA

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ESQUEMA DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO PARA SUELOS GRAVOSOS

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ESQUEMA DE CAJA DE CORTE ESQUEMA DE LA CAJA DE CORTE

Plancha de presión.

Carga vertical.

Dial para medir desplazamiento vertical.

Plancha de Transmisión axial.

Rodillo intermedio de presión.

Aplicación de la carga de corte.

Dial para medir desplazamiento de corte.

Tornillo para fijar caja metálica.

Reacción.

Muestra.

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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL (Patio del Laboratorio Geotécnico CISMID)

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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL

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IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN EXPERIMENTAL

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CONSTRUCCIÓN DE CAJA DE CORTE Y SOPORTE

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TRASLADO DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE

CAJA DE CORTE

TECLE (CAP. = 1 TON)

MESA METÁLICA (SOPORTE)

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE

CAJA INFERIOR (70X60X30 cm) CAJA SUPERIOR (60X60X30 cm)

DISPOSITIVOS DE RODAMIENTO (diam.= 5mm )

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE

DESFASE (10 cm)

SOPORTE DE REACCIÓN

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE

RODILLOS (Diam. 11/2”)

PLANCHA METÁLICA SUP.

PLANCHA METALICA INF.

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INSTALACIÓN DE LA CAJA DE CORTE Y SOPORTE

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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS 

02 CELDAS DE CARGA Type CLU-50A • Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd” • Capacidad 50 tn • Sensitivity ± 2,0 mV/V



01 ADQUISIDOR DE DATOS (Data Logger TDS – 301) • Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd” • Sensitivity ± 0.05% of readings



06 DEFORMÍMETROS • Marca “Tokyo Sokki Kenkuyo Co., Ltd” • Carrera Máxima 50 mm • Sensibilidad ± 0.01 mm



02 GATAS HIDRAÚLICAS CON SUS RESPECTIVAS MANGUERAS E INYECTORES DE PRESIÓN. • Marca “Riken Power” • Capacidad 35 ton



01 BALANZA MECÁNICA • Capacidad 160 kg • Sensibilidad ± 200 gr

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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS

VIGA DE REACCIÓN ADQUISIDOR DE DATOS

CAJA DE CORTE BALANZA MECÁNICA

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EQUIPOS Y DISPOSITIVOS ADQUISIDOR DE DATOS DEFORMÍMETROS

CELDA DE CARGA

INYECTOR DE PRESIÓN

GATA HIDRAÚLICA

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MATERIAL GRAVOSO

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REMOLDEO DEL MATERIAL

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REMOLDEO DE MATERIAL

PISON (25 kg.)

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REMOLDEO DE MATERIAL

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COLOCACIÓN DE CAPA DE ARENA (Espersor = 1 cm)

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INSTALACIÓN DEL RODILLO Y PLANCHAS DE ACERO

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INSTALACIÓN DE CARGAS VERTICAL

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INSTALACIÓN DE LA CARGA VERTICAL VIGA DE REACCIÓN

CELDA DE CARGA

GATO HIDRAÚLICO

SOPORTE DE EXTENSIÓN

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INSTALACIÓN DE LA CARGA HORIZONTAL

DISCOS DE ACERO GATA HIDRAÚLICO

CELDA DE CARGA

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INSTALACIÓN DE DEFORMÍMETROS

DEFORMÍMETROS

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA

ADQUISIDOR DE DATOS

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RESULTADOS

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GRAVAS DE LIMA

Material : GP Diámetro Máximo: 4” Densidad de Remoldeo: 2.15 tn/m3 Humedad: 0.4 %

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GRAVAS DE LIMA M - 1a Esfuerzos de Corte - t(kg/cm2)

2.5 0.50 kg/cm2 1.00 kg/cm2 2.00 kg/cm2

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

0

2

4

6

8

10

12

Deformación Horizontal (%) CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID

14

GRAVAS DE LIMA M - 1a

Esfuerzo de Corte - t(kg/cm2)

RESULTADOS Esf. Máximos = 41.9 º c = 0.34 kg/cm 2 Esf. Residuales = 39.5 º c = 0.10 kg/cm 2

2.00

1.50

1.00

Esfuerzos Máximos

0.50

Esfuerzos Residuales

0.00 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Esfuerzo Normal - N (kg/cm2) CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID

4.0

GRAVAS DE LIMA CORTE DIRECTO "IN SITU"

Esfuerzo de corte (kg/cm²)

1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6

1.50 kg/cm².

0.4

0.50 kg/cm².

0.2

1.00 kg/cm².

0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Deformación horizontal (%) CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES -CISMID

11

12

CUADRO COMPARATIVO

MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%)

DENSIDAD

n

t máx.

c

SECA (gr/cm3) (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2)

SUCS Laboratorio

GP

0,00

2,15

Laboratorio

GP

0,00

2,20

In situ

GP

-

-

0,50 1,00 2,00 0,50 1,00 2,00 0,50 1,00 1,50

0,8 1,24 2,15 1,18 1,58 2,5 0,75 1,32 1,52

(°)

0,34

41,9

0,63

43,5

0,27

43,5

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Ф

CANTERA - ENROCADO

Material: GW – GM

Diámetro Máximo: 4” Densidad Seca de Remoldeo: 1.97 tn/m3 Humedad: 2.5%

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ESFUERZO – DEFORMACIÓN

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ENVOLVENTE DE RESISTENCIA

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DESMONTE DE MINA

Material: GC

Diámetro Máximo: 4” Densidad Seca de Remoldeo: 2.3 tn/m3 Humedad: 5.4%

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ESFUERZO – DEFORMACIÓN

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ENVOLVENTE DE RESISTENCIA

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RESULTADOS OBTENIDOS

MUESTRA CLASIFICACIÓN w (%) SUCS

n t máx. DENSIDAD c SECA (gr/cm3) (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2)

M-1a

GP

0.00

2.15

M-1b

GP

0.00

2.20

M-2

GW - GM

2.50

1.97

M-3

GC

5.40

2.30

M-4

GP-GM

1.60

1.98

0.50 1.00 2.00 0.50 1.00 2.00 0.50 1.00 2.00 0.50 1.00 2.00 0.50 1.00 2.00

0.8 1.24 2.15 1.18 1.58 2.5 0.87 1.43 2.68 0.89 1.15 2.08 0.56 1.1 1.98

(°)

0.34

41.9

0.63

43.5

0.27

50.0

0.30

42.0

0.13

43.0

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Ф

VALORES TÍPICOS

Tipo de Suelo Limo no plástico Arena uniforme fina a media Arena bien gradada Mezclas de arena y grava

Ängulo de rozamiento interno en función de la densidad inicial (*) Suelto Medianamente denso Denso 26 a 30 28 a 32 30 a 34 26 a 30 30 a 34 32 a 36 30 a 34 34 a 40 38 a 46 32 a 36 36 a 42 40 a 48

(*) Hough (1957) sugiere emplear los valores mas bajos de cada rango para los suelos redondeados o para aquellos que poseen partículas débiles (micas, esquistos), los más elevados para suelos con partículas angulosas y resistentes

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CONCLUSIONES El equipo de Corte Directo a Gran Escala construido en esta investigación permite ensayar materiales de hasta 10 cm. de diámetro. Se pueden realizar ensayos con materiales en distintos estados de compactación, desde lo mas suelto hasta las compactas. El cálculo de los parámetros de resistencia cortante del material gravoso mediante el ensayo de Corte Directo Gran Escala, evitará estar analizando solamente la matriz del material y extrapolando los parámetros obtenidos con los equipos convencionales.

Japan- Perú Center for Earthquake Engineering Research and Disaster Mitigation -CISMID