UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ- FICP- CAPICMECÁNICA DE SUELOS II- VI “B”

UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS

CARRERA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA : LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS II

DOCENTE : Ing. Maribel Sanomamani Cati

MONOGRAFÍA

ENSAYO DE CORTE CON VELETA

Integrantes: Grupo Nº 1

QUISPE FLORES, Kenyi Washinton

QUISPE PAYÉ, David

RIVERA HUAYHUA, David Andru

SEJJE LUQUE, Elvis Javier Leonel

TITO MIRANDA, Lucero Angélica

TORRES VALENCIA, Renzo Alexander

LECHUGA MENDEZ, Gladys Rosmery

ALVAREZ VARGAS, Yamileth

LUQUE YEPEZ, Keith Lucero.

Ciclo: VI

Grupo: B

Semestre: 2012 – II

JULIACA, Noviembre del 2012.

GRUPO: Nº 1 1

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1.- PRESENTACIÓN.

En el siglo XVII en Francia e Inglaterra se comenzó a hacer estudios de suelos para

fines agrícolas y químicos, es así como se origina los primeros estudios de suelos, en

Alemania y sobre las bases proporcionadas por la Geología, aparece una escuela para

estudiar, definir e inventariar los suelos; con el transcurrir del tiempo investigadores

como: Culman, Mohr y otros estudiosos de la mecánica de suelos comenzaron a

definir los diversos tipos de ensayos, y se comenzó a tomar mayor énfasis con el

crecimiento de la construcción teniendo que desarrollarse métodos más precisos para

determinar: su clasificación, los suelos adecuados, resistencia al corte, a la

compresión, etc. Que fueron usados en obras viales, edificaciones, obras hidráulicas

en la construcción de puentes y obras a fines.

El ensayo de corte con veleta nos sirve para determinar la resistencia cortante no

drenada del suelo y presenta una serie de ventajas tales como: en campo son

moderadamente rápidas y económicas y se usan ampliamente en programas de

exploración de suelos en campo, además de ser una excelente prueba para

determinar las propiedades de arcillas sensitivas. Lo más primordial es que la veleta

puede ser transportada al campo evitando el transporte del suelo hasta el laboratorio

lo que en muchos casos significa una inversión de tiempo y dinero.

En la presente monografía se detalla los diversos procedimientos que deben de

aplicarse para el correcto cálculo de los resultados, cuenta además con un problema

aplicativo para su mejor comprensión, es necesario además aclarar que este ensayo

de corte con veleta tiene una serie de inconvenientes con algunos tipos de suelos, los

cuales van a ser desarrollados con otros tipos de ensayos los que brevemente

detallaremos.

Esperamos que este presente trabajo de los estudiantes del VI semestre “B” sea una

aporte significativo para el curso de “MECÁNICA DE SUELOS II” y en nuestra

formación como Ingenieros Civiles.

Los estudiantes.

GRUPO: Nº 1 2

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2.- OBJETIVOS.

El presente trabajo tiene por objetivo lo siguiente:

Definir el método de corte con veleta detallando todos los procedimientos para

lograr datos correctos.

Explicar las generalidades del ensayo de corte con veleta.

Lograr el entendimiento por parte de los alumnos del ensayo de corte con

veleta, usando un problema aplicativo.

Determinar los casos en el que el método de corte con veleta no es aplicable y

se debe disponer de otro tipo de ensayo.

Establecer prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y determinar la

aplicación de limitaciones regulatorias antes de su uso. La cual debe ser

definida por la persona encargada de llevar a cabo el ensayo de corte con

veleta.

GRUPO: Nº 1 3

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3.-MARCO TEÓRICO.

NORMAS.

Normas internacionales:

ASTM D 2573

AASHTO T 223

Norma Peruana.

MTC E 122- 2000.

4.-DEFINICION.

La prueba de corte con veleta (ASTM D- 2573) se usa durante la operación de

barrenado para determinar “in situ” la resistencia cortante no drenada (cu) de suelos

cohesivos blandos y saturados, no es tan confiable para suelos fisurados o secuencias

de micro estratos. La veleta es un instrumento de laboratorio que tiene la ventaja de

poder ser aplicado directamente en campo lo cual evita el transporte una muestra de

suelo El extremo inferior de la veleta consiste en cuatro aspas montadas en el extremo

de una barra de acero.

En el caso de suelos compuestos de limo y arcilla en especial los de alta

sensibilidad, el efecto de las alteraciones durante el ensayo pueden ser bastante

considerables en lo que respecta a la confiabilidad de los resultados medidos en el

laboratorio, por lo cual este instrumento proporciona información bastante aproximada.

Causas de errores significativos en la prueba de corte con veleta en campo son

una mala calibración del par de torsión aplicado y paletas dañadas. Otros errores se

cometen si la velocidad de rotación de las paletas no es debidamente controlada.

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Figura 1. Extremo inferior de la Veleta.

En la tabla 1 se muestran los diferentes tipos de veletas. Cada una tendrá cuatro

hojas perpendiculares entre sí, y en algunos casos su altura será el doble del

diámetro. Las dimensiones de la veleta deberán ser las especificadas en la tabla

siguiente, podrán emplearse dimensiones diferentes a las especificadas, únicamente

con autorización previa. Los bordes de las hojas de la veleta que penetran deberán

afilarse, cuidando que no se altere el ángulo de 90º comprendido entre ellas.

TABLA Nº1

Dimensiones aconsejables.

Tamaño del

Revestimiento

Diámetro mm

(“)

Altura

(mm)

Espesor mm

(“)

Diámetro de la

varilla de la

veleta mm (a)

AX 38,1 (5) 76,2 (3) 1,59 (0,0625) 12,7 (0,5)

BX 50,8 (2) 102 (4) 1,59 (0,0625) 12,7 (0,5)

NX 63,5 (2,5) 127 (5) 3,18 (0,125) 12,7 (0,5)

102mm (4”)(b) 92,1 (3,625) 184 (7,25) 3,18 (0,125) 12,7 (0,5)

(a) = La selección del tamaño de la veleta está relacionada directamente con la

resistencia del suelo que se va a ensayar; para los suelos más blandos el

diámetro de la veleta deberá ser mayor.

(b) = Diámetro interior.

GRUPO: Nº 1 5

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El ensayo de corte con veleta consiste básicamente en colocar una veleta

de cuatro hojas dentro del suelo inalterado, y en girarla desde la superficie para

determinar la fuerza de torsión necesaria para lograr que una superficie

cilíndrica sea cortada por la veleta; con esta fuerza de corte se halla,

entonces, la resistencia unitaria de dicha superficie. Es de importancia

básica que la fricción de la varilla de la veleta y la del aparato sean tenidas

en cuenta porque de otra manera, la fricción sería inadecuadamente registrada

como resistencia del suelo. Las medidas de fricción bajo condiciones que no

implican carga, como cuando se emplea un vástago liso en lugar de la veleta,

o una veleta que permita alguna rotación libre de la varilla antes de

someterla a carga, son satisfactorias únicamente cuando el giro sea

aplicado mediante un momento balanceado que no se traduzca en empuje

lateral. A medida que las fuerzas de torsión se hagan más grandes durante

un ensayo, un empuje lateral en el instrumento se traducirá en un

incremento de fricción no considerado en las lecturas iniciales sin carga.

No se recomiendan instrumentos que produzcan empuje lateral. La varilla

de la veleta debe tener suficiente rigidez para que no sufra torsión bajo

condiciones de carga plena, de lo contrario, se deberá hacer una corrección al

dibujar las curvas de Momento vs. Rotación.

El parámetro de resistencia al corte no drenado se obtiene igualando el valor del

momento de torsión con el momento de la fuerza cortante, por lo que se tendrá la

expresión:

 

 

Dónde:

cu = Parámetro de resistencia al corte no drenada.

T = Momento torsor de la veleta.

h  = Altura de las aspas de la veleta.

D = Diámetro de la circunferencia que genera la veleta al girar.

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4.1. EQUIPO

4.1.1 Veleta – En la Figura 1 se muestran un ejemplo gráfico de veleta

normalizada por este ensayo. Cada una tendrá cuatro hojas

perpendiculares entre sí, su altura será el doble del diámetro. Las

dimensiones de la veleta deberán ser las especificadas en la Tabla 1.

4.1.2 Varillas de extensión – La veleta se deberá operar desde la superficie

conectándola con varillas de torsión, de acero. Estas varillas deberán ser

de un diámetro tal, que no sea excedido su límite elástico cuando la

veleta sea sometida a su capacidad plena. Si es necesario determinar

curvas de momento vs. Rotación, es esencial calibrar las varillas de rotación

antes de emplearlas. La magnitud del giro de la varilla (si lo hubiera) se deberá

establecer en grados por metros por unidad de momento. Esta

corrección se hace

progresivamente más importante a medida que aumenta la profundidad;

la calibración se deberá efectuar por lo menos hasta la profundidad máxima

esperada, para el ensayo.

Las varillas de torsión se deberán ajustar muy bien, para evitar

cualquier posibilidad que el ajuste del acople, ocurra cuando se aplique

la rotación, al ejecutar el ensayo. Si se emplea revestimiento para la

veleta, las varillas de torsión se deberán equipar con cojinetes bien

lubricados en los sitios donde ellas pasen a través del mismo.

Estos cojinetes deberán estar provistos de sellos que eviten la entrada

de suelo en ellos. Las varillas de giro se deberán guiar de tal manera,

que se evite el desarrollo de fricción entre ellas y las paredes del

revestimiento o de la perforación.

4.1.3 La fuerza de giro se deberá aplicar a las varillas, quienes, a la

vez, la transmiten a la veleta. La precisión de la lectura del giro deberá

ser tal, que no produzca una variación mayor de ± 1.20 kPa (± 25

lb/pie²) en la resistencia al corte.

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4.1.4 Es preferible aplicar la torsión a la veleta mediante un

engranaje de transmisión. En ausencia de éste, se puede aplicar

directamente el giro mediante una llave de torsión o algo equivalente,

con su correspondiente dispositivo de medición. La duración del ensayo se

deberá controlar de acuerdo con las exigencias indicadas.

4.2. PROCEDIMIENTO

4.2.1. Cuando se emplee revestimiento para la veleta, se deberá avanzar

con ella hasta una profundidad no menor de cinco veces el diámetro del

revestimiento, por encima de la profundidad deseada para la punta de la

veleta. Cuando no se utilice revestimiento, se deberá suspender la

perforación a una profundidad tal que la punta de la veleta pueda

penetrar dentro del suelo inalterado, una profundidad de, por lo

menos, cinco veces el diámetro de la perforación. 4.2 Se deberá penetrar

la veleta desde el fondo del agujero o de su revestimiento, mediante un

empuje simple, hasta la profundidad a la cual se va a efectuar el

ensayo, cuidando que no se aplique torsión durante dicho empuje.

4.2.3. Con la veleta en posición, se deberá aplicar el giro a una

velocidad que no exceda de 0.1°/segundo. Generalmente se requieren

para la falla, entre 2 y 5 minutos, excepto en arcillas muy blandas en

las cuales el tiempo de falla puede elevarse a 10 ó 15 minutos. En

materiales más duros, que alcanzan la falla con una deformación

pequeña, se puede reducir la rata del desplazamiento angular de tal

manera que se pueda obtener una determinación apreciable de las

propiedades esfuerzo-deformación. Durante la rotación de la veleta, se

deberá mantener ésta a una altura fija. Se deberá registrar el momento

máximo. Con aparatos de transmisión, es aconsejable anotar los

valores intermedios del momento obtenido en ese instante, a intervalos

de 15 segundos o menores, si es requerido.

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4.2.4. Después de determinar el máximo momento, se rota rápidamente la

veleta un mínimo de 10 revoluciones; inmediatamente después se

determinará la resistencia remoldeada, en todos los casos dentro del

minuto siguiente al remoldeo.

4.2.5. En los casos en los cuales el suelo esté en contacto con la varilla de

giro, se determina la fricción entre la varilla y el suelo por medio de

ensayos de giro efectuados con varillas similares a profundidades

equivalentes, sin la veleta colocada. Se debe efectuar el ensayo de

fricción de la varilla por lo menos una vez en cada sitio.

4.2.6. Para determinar la magnitud de la fricción de los cojinetes o guías, en

aparatos en los cuales la varilla de giro esté completamente aislada del

suelo, se deberá realizar un ensayo de fricción con una varilla lisa al

menos una vez en cada sitio. En dispositivos de veleta que funcionen

adecuadamente, esta fricción deberá ser despreciable.

4.2.7. Se deberán efectuar ensayos con veleta únicamente en suelos cohesivos,

inalterados o re moldeados. No se deben realizar en ningún suelo que

permita el drenaje o que se dilate durante el período del ensayo,

como en arenas o limos o en suelos en los cuales la veleta encuentre

piedras que puedan influir en los resultados. Se recomienda no hacer

ensayos de veleta con espaciamientos menores de 0.76 m entre

ellos. Este espaciamiento se podrá variar cuando sea requerido con la

autorización y responsabilidad del especialista a cargo.

4.2.8. Periódicamente se deberán comprobar las dimensiones de la veleta para

asegurarse que no esté desgastada ni distorsionada.

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4.3. CÁLCULOS

4.3.1. Se calcula la resistencia al corte del suelo mediante el empleo de la siguiente

expresión:

T = s * K

Dónde:

T = momento de giro, en N-m (lb-pie),

s = resistencia al corte de la arcilla, en kPa (lb/pie²), y

K = constante que depende de las dimensiones y de la forma de la veleta m3

(pies3), tal como se indica en Tabla 2.

Tabla 2. Valor de la constante K, m3 (pies3)

Dónde:

D = diámetro de la veleta, en milímetros o pulgadas, según las unidades,

H = altura de la veleta, en milímetros o pulgadas, según las unidades, y

d = diámetro de la varilla, en milímetros o pulgadas, según las unidades.

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4.3.2. Puesto que el valor de la resistencia al corte, s, es el requerido, es más útil

escribir la ecuación en la siguiente forma:

s = T * k

Dónde:

K

k = 1

4.4. INFORME

4.4.1 Para cada ensayo de veleta se deben registrar los siguientes datos:

4.4.2 Fecha del Ensayo.

4.4.3 Número del apique o perforación.

4.4.4 Tamaño y forma de la veleta (ahusada o rectangular).

4.4.5 Profundidad del extremo de la veleta.

4.4.6 Profundidad del extremo de la veleta por debajo del revestimiento o fondo del

hueco.

4.4.7 Lectura máxima del momento y, si se requieren, lecturas intermedias para el

ensayo inalterado.

4.4.8 Tiempo del ensayo hasta la falla.

4.4.9 Velocidad del remoldeo.

4.4.10 Lectura máxima del momento para el ensayo remoldeado, y

4.4.11 Notas sobre cualquier clase de desviaciones con respecto al procedimiento

normal de ensayo.

4.4.12 Adicionalmente, se deben anotar las observaciones sobre la perforación.

4.4.13 Número del sondeo.

4.4.14 Sitio

4.4.15 Condiciones del suelo en el sitio.

4.4.16 Cota de referencia.

4.4.17 Método de ejecución de la perforación.

4.4.18 Descripción de la veleta, esto es, si tiene camisa o no.

4.4.19 Descripción del método para aplicar y medir el momento.

4.4.20 Observaciones sobre la resistencia o la penetración.

4.4.21 Nombres del inspector de la perforación y del ingeniero Supervisor.

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4.5. EJEMPLO DE PRUEBA DE VELETA

Calcular la resistencia al corte del suelo mediante el empleo de de la siguiente

expresión.

S (Resistencia al corte) = T/K

Dónde:

T= Momento de giro

S= Resistencia al corte de la arcilla en Kpa (kg/cm2)

Veleta

(ASTM-D-2573; AASHTO-T-223; MTC-E-122-200)

N° FechaLectura

KPascal

Area

ZapataProfundidad Carga

1 07/11/2008 42 7.7 2.5 0.428 0.550

2 08/11/2008 46 7.7 2.5 0.469 0.602

3 09/11/2008 44 7.7 2.5 0.449 0.576

4 10/11/2008 50 7.7 2.5 0.510 0.655

5 11/11/2008 52 7.7 2.5 0.530 0.681

6 12/11/2008 54 7.7 2.5 0.551 0.707

7 13/11/2008 52 7.7 2.5 0.530 0.681

8 14/11/2008 50 7.7 2.5 0.510 0.655

9 15/11/2008 51 7.7 2.5 0.520 0.668

10 16/11/2008 52 7.7 2.5 0.530 0.681

PROMEDIO 0.645

GRUPO: Nº 1 12

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CUADRO DE RESULTADOS:

Permeámetro de Bolsillo q u kg/cm2

N° UbicaciónLectura

KPascal

Lectura

Promedio de

Campo

Capacidad Q u

Kg/cm2

1 Juliaca 2.5 0.74 0.74

2 Juliaca 2.5 0.72 0.72

3 Juliaca 2.5 0.72 0.72

4 Juliaca 2.5 0.74 0.74

5 Juliaca 2.5 0.74 0.74

6 Juliaca 2.5 0.74 0.74

7 Juliaca 2.5 0.7 0.7

8 Juliaca 2.5 0.72 0.72

GRUPO: Nº 1 13

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5.- RECOMENDACIONES.

La práctica del ensayo de la veleta son utilizados para suelos cohesivos

saturados, ya que si se realiza en otros suelos los resultados serán variables.

Efectuándose ensayos con veleta únicamente en suelos cohesivos inalterados y

remoldeados. No deben realizarse con ningún suelo que permita el drenaje o que se

dilate durante el periodo de ensayo como en las arenas y limos, o en suelos en los

cuales la veleta se encuentre piedras o conchas que puedan dar erróneos los

resultados.

GRUPO: Nº 1 14

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6.- CONCLUSIONES.

Se concluye que:

El ensayo de la veleta tiene que realizarse en suelos cohesivos blandos y

saturados, en algunos casos no es necesario remover la veleta para el ensayo

de fricción. En tanto que la veleta no se halle en contacto con el suelo, esto es

cuando se encuentre dentro de un revestimiento, no resulta afectado por las

medidas de fricción.

GRUPO: Nº 1 15