Ensayo de Corte Directo

El ensayo de corte directo es el más antiguo y simple para determinar la resistencia cortante de un suelo. Este apartado dice relación sólo con aquel donde el modo de carga es monotónico. La figura 2-17 presenta un diagrama típico del aparato utilizado para este ensayo. Este aparato consta de dos marcos (caja de corte), uno fijo y otro móvil, que contienen a la muestra de suelo. Las probetas pueden ser cuadradas o circulares, las cuales generalmente poseen un tamaño aproximado de al menos

25 [cm2_{] de superficie transversal y 13 [mm] de altura. No obstante, existen cajas de corte de otras}

dimensiones, pudiendo llegar a ser considerables para la ejecución de este ensayo a gran escala. En el arreglo de la figura 2-17 se puede apreciar también la existencia de piedras porosas que permiten el drenaje de la probeta si es que se desea, estando las placas de carga e inferior perforadas con tal de posibilitar este objetivo. En el caso de ensayos con etapas sin drenaje, estos orificios deben ser cerrados y/o deben cambiarse las piedras por discos o placas de acrílico u otro material impermeable.

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Figura 2-17: Diagrama típico del arreglo para la ejecución de un ensayo de corte directo (Das, 2001).

El ensayo puede realizarse sobre probetas inalteradas o remoldeadas, pudiendo estas últimas ser compactadas en la misma caja de corte a la humedad y densidad requeridas. Sobre la placa de carga se aplica una carga vertical que repartida en el área de la probeta supone un esfuerzo normal. A continuación, se aplica una fuerza horizontal que supone un esfuerzo cortante, produciendo un desplazamiento horizontal relativo del marco móvil con respecto al fijo, es decir, se induce el plano de falla en la sección central de la caja. La modalidad del ensayo consiste en mantener constante el esfuerzo normal y aumentar el cortante hasta alcanzar la falla, el estado crítico, o una deformación prestablecida, según se requiera y sea posible. Por ello, la fuerza vertical suele aplicarse mediante sistemas que consideran la utilización de pesos muertos o, en casos más sofisticados, mediante sistemas hidráulicos o neumáticos. Por otro lado, la carga horizontal puede incrementarse a través de una modalidad por esfuerzo controlado o deformación controlada. En los ensayos controlados por esfuerzo, la fuerza cortante es aplicada en incrementos iguales hasta que la probeta falla. En ensayos controlados por deformación, por medio de algún motor adecuado se aplica una razón constante de desplazamiento cortante al marco móvil y se va midiendo la carga horizontal asociada a cada nivel de deformación a través de un anillo de carga horizontal (manualmente) o celda de carga (automáticamente con ayuda de un software). Es de uso mucho más común esta variedad con velocidad controlada, por ser más automatizable y por entregar información de la resistencia cortante en puntos después de la falla. Las deformaciones horizontal y vertical son también medidas, ya sea manualmente a través de la lectura sobre diales de deformación, o mediante dispositivos electrónicos denominados LVDT (Linear Variable Differential Transformer) o LSCT (Linear Strain Conversion Transducer) que trabajan de forma automática cuando están asociados a un software.

Es importante destacar que existen tres tipos de ensayos de corte directo, atendiendo a si se permite o no el drenaje durante las diferentes etapas del mismo. Estos son:

 Ensayo de Corte Directo Consolidado y Drenado: Realizable en todo tipo de suelos, donde primero, con el objetivo de representar el estado tensional inicial del suelo en terreno, la probeta se consolida unidimensionalmente bajo un esfuerzo normal vertical. Posteriormente, se realiza la

31 etapa de corte admitiendo el drenaje, donde la velocidad de deformación debe ser suficientemente baja para que los excesos de presión de poros vayan siendo disipados de forma inmediata.

 Ensayo de Corte Directo Consolidado y No Drenado: La probeta es consolidada del mismo modo que en la modalidad consolidada drenada, para luego ser cortada sin admitir el drenaje. Por tanto, la probeta no debe sufrir alteraciones en su humedad durante la etapa de corte, pero los equipos típicos para realizar este ensayo difícilmente permiten cumplir esta condición. Es por ello, que usualmente esta modalidad se ve restringida sólo a suelos relativamente impermeables.

 Ensayo de Corte Directo No Consolidado y No Drenado: Tanto la carga normal como la horizontal son aplicadas sin permitir el drenaje.

Los resultados que se entregan usualmente son gráficas que relacionan el esfuerzo cortante con la deformación horizontal, y en ensayos drenados el cambio de altura o deformación volumétrica con la deformación horizontal, para cada probeta ensayada. Estas curvas, en el caso de un ensayo consolidado y drenado y para arenas de comportamiento denso (falla frágil) y suelto (falla dúctil), se pueden visualizar en la figura 2-14.

En el ensayo drenado, y con la finalidad de definir una envolvente de falla, se suele ensayar como mínimo tres probetas de igual humedad y densidad seca inicial (de confección en probetas remoldeadas), pero aplicando distintos esfuerzos normales efectivos para cada una de ellas. Los esfuerzos cortante y normal efectivo asociados al peak o falla se grafican en un sistema coordenado 𝜏 − 𝜎′ y se traza la recta correspondiente al criterio de falla de Mohr – Coulomb (figura 2-18) para esas condiciones y esfuerzos iniciales, con lo cual pueden determinarse los parámetros geotécnicos efectivos de resistencia al corte que la modelan.

Figura 2-18: Determinación de los parámetros geotécnicos efectivos de resistencia al corte para una arena con los resultados de ensayos de corte directo consolidados y drenados (Das, 2001).

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2.3.5.1. Inconvenientes y Desventajas del Ensayo de Corte Directo

Con el fin de posteriormente poder realizar una comparación del ensayo de corte directo con respecto al ensayo triaxial, se enlistan a continuación los principales inconvenientes y desventajas que presenta su realización, algunos de los cuales ya han sido brevemente nombrados en párrafos anteriores.

 Imposibilidad de conocer los esfuerzos que actúan en planos distintos al de falla durante la

realización del ensayo.

 Reducción del área de la superficie de deslizamiento a medida que el corte progresa. Esta

reducción del área crea incertezas en los valores actuales de los esfuerzos de corte y normal sobre el plano de falla.

 La falla podría no ocurrir en el plano más débil, dado que esta es forzada a que ocurra entre la

separación de ambos marcos.

 Imposibilidad de mantener la condición no drenada durante la etapa de corte en suelos granulares

y ensayos de ese tipo.

 Los aparatos convencionales de corte directo no poseen un sistema que permita realizar

mediciones de la presión de poros en ninguna etapa del ensayo. Por este motivo no se dispone de un mecanismo correcto para asegurar la saturación de las probetas en caso que se requiera

(mediciones del parámetro 𝐵 de presión de poros de Skempton, B-Test), como tampoco es posible

expresar los resultados en términos efectivos en ensayos no drenados.

 Los esfuerzos y desplazamientos de corte no están uniformemente distribuidos dentro de la

probeta. Tampoco es posible definir una altura apropiada para el cálculo de las deformaciones de corte. Por tanto, relaciones esfuerzo – deformación o cualquier cantidad asociada tal como el módulo de corte, no pueden ser determinadas a partir de este ensayo.

 Uno de los inconvenientes más importantes del ensayo de corte directo es que su uso debería

restringirse a suelos de falla plástica. No debería efectuarse en suelos de comportamiento frágil, pues la curva esfuerzo cortante – deformación cortante obtenida para éstos resulta desplazada hacia valores menores del esfuerzo respecto de la que se obtendría con ensayos más adecuados, proporcionando por lo tanto, valores menores de resistencia. Esto ocurre porque la deformación tangencial en la superficie de falla no es uniforme, sino que existen concentraciones de deformación en las zonas próximas a los extremos de la caja de corte y que son menores en el centro de la probeta. A estas diferentes deformaciones corresponden diferentes esfuerzos en un material frágil y cuando los extremos de la probeta alcancen la deformación y esfuerzo de falla, en el centro de la probeta obrarán esfuerzos mucho menores; al proseguir la deformación, la falla progresa hacia el centro de la probeta y las zonas extremas, ya falladas, estarán trabajando a un esfuerzo mucho menor que el de falla (falla progresiva). La resistencia medida en la prueba y en el momento en que la falla se presente en un suelo frágil, es un promedio de los esfuerzos actuantes que no representa la máxima resistencia, sino que es menor. Esto no sucede en los suelos de falla plástica, pues una vez alcanzada la falla, en todos los puntos de la sección crítica los esfuerzos son iguales, independientemente de cualquier concentración de la deformación tangencial; en este caso el esfuerzo promedio representa al máximo de falla.

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