Diseño e implementación de un equipo de corte directo para suelos gravosos en el laboratorio

Abstract

El tema desarrollado en el presente trabajo de investigación está referido al diseño, construcción e Implementación de un equipo de Corte Directo a Gran Escala de 0.60x0.60x0.60 m en el laboratorio, para la cuantificación de los parámetros de resistencia cortante de los suelos gravosos. El diseño del equipo y la ejecución de los ensayos fueron establecidos teniendo como referencia las normas ASTM D 3080 y ASTM D 4554. La evaluación de los parámetros de resistencia cortante de los suelos gravosos ensayados con el equipo de Corte Directo a Gran Escala se efectúa mediante el criterio propuesto por Coulomb (1776). Este equipo a diferencia del equipo convencional (diámetro = 6.0 cm, altura = 2.0 cm) permite ensayar suelos gravosos con partículas de tamaño máximo 10 cm, conformados en distintos estados de compactación. Los instrumentos usados en este equipo fueron calibrados en el Laboratorio Geotécnico del Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID) de la Universidad Nacional de Ingeniería, esto con la finalidad de reducir los efectos externos que puedan influir en los resultados de los ensayos. En el programa de Investigación se ensayó cuatro tipos de materiales gravosos, que según el sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS) fueron clasificados como: grava mal graduada (GP). grava arcillosa con arena (GC), grava bien graduada con limo y arena (GW - GM) y grava mal graduada con limo y arena (GP - GM). La conformación del material dentro de la caja de corte se realizó en tres capas de igual espesor. La compactación de cada capa se llevó a cabo mediante un pisón, de manera que el número de golpes para cada capa fue ajustado hasta llegar a la densidad deseada. Todos los ensayos fueron realizados usando una velocidad de corte de 0.5 mm/min. La secuencia del esfuerzo vertical aplicado a cada muestra fue de 0.50,1.00 y 2.00 kg/cm2. La medición de la deformación horizontal, el asentamiento y las fuerzas horizontales y verticales fueron registrados usando un adquisidor de datos portátil. Los resultados obtenidos se presentan mediante tablas y gráficos. Estos resultados demuestran que una de las principales variables que controlan la movilización de la resistencia cortante es la densidad del material conformado, observándose que un material suelto moviliza su máxima resistencia a grandes deformaciones, desarrollando una curva esfuerzo-deformación que asintóticamente alcanza la falla, mientras que el material en estado denso, moviliza primero una resistencia pico a niveles de deformación relativamente bajos, y luego disminuye hasta desarrollar una resistencia residual a grandes deformaciones. No obstante, también existen otras variables que posiblemente influyen en la determinación del ángulo de fricción del suelo gravoso, tales como: cantidad de gravas presentes en la muestra, rotura o fragilidad de las partículas, forma redondeada o angulosa de las partículas, tipo de gradación del suelo gravoso (GW o GP), rigidez de la muestra conformada, entre otros. La evaluación de estas variables no es motivo de la investigación.

En todos los casos la cohesión aparente se encuentra en el rango de 0.13 kg/cm2 a 0.63 kg/cm2. Esta cohesión representa posiblemente la rigidez del material conformado y el comportamiento en rotura no lineal del material. Con el propósito de verificar los parámetros de resistencia cortante de los suelos gravosos empleados en el trabajo experimental, se comparó los resultados obtenidos del ensayo de corte directo “In situ” y el ensayo de Corte Directo a Gran Escala llevado a cabo en el laboratorio, utilizando el mismo material gravoso. Los resultados muestran una variación en el comportamiento de las curvas esfuerzo - deformación. Sin embargo, la tendencia de la envolvente de falla para ambos ensayos no presenta diferencias significativas (Ф IN SITU – Ф LABORATORIO ≤ 2o). Finalmente, apoyándose en la recopilación de ensayos de corte directo “In situ” y la base de datos generados por diferentes investigadores en el mundo para este tipo de materiales, se concluye que los parámetros de resistencia cortante de (os suelos gravosos, obtenidos con el equipo de Corte Directo a Gran Escala, son confiables.