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MÉTODO NORMALIZADO PARA ENSAYO DE
CORTE POR VELETA DE CAMPO DE SUELOS
COHESIVOS - NTP 339.155DOCENTE:
ING. PATAZCA ROJAS PEDRO RAMON
Integrantes:
INTRODUCCIÓN La prueba de la veleta es una contribución relativa moderna para
obtener el torque o momento requerido de los suelos cohesivos.
La prueba presenta una ventaja considerable la de realizarse
directamente sobre los suelos “in situ”, no sobre muestras extraídas
con mayor o menor grado de alterabilidad, sino sobre los
materiales en el lugar en el que se depositaron en la naturaleza.
Debido a su tamaño es posible hacer varios ensayos para
determinar estadísticamente la resistencia al corte sin drenar (τu)
de muestras SPT hechas a grandes profundidades. Donde la toma
de muestra produce mayores alteraciones
El torque o momento aplicado se correlaciona con valores de
resistencia al corte
VELETA DE CORTE
OBJETIVOS.
• Determinar in situ la resistencia de corte no drenada de suelos arcillosos, particularmente de arcillas blandas.
Objetivo General.
• Conocer el manejo del equipo de corte veleta.
• Tomar el torque máximo para calcular la resistencia al corte del suelo.
• Realizar los cálculos correspondientes al ensayo.
Objetivo específicos.
NORMAS.• Normas internacionales:
ASTM D 2573
AASHTO T 223
• Normas Peruanas
• Reglamento Nacional de Edificaciones – Norma E –
050: Suelos y Cimentaciones.
• Método normalizado para ensayo de corte por
veleta de campo de suelos cohesivos - NTP 339.155
• Método de ensayo normalizado de corte por veleta en miniatura de laboratorio en suelos finos arcillosos
saturados. NTP 339.168:2002
• Corte en suelos cohesivos(veleta)MTC E 122- 2000.
MARCO TEÓRICO.
RESUMEN DEL MÉTODO
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, deberá hacerse una corrección al dibujar las curvas de rotación –momento
INTRODUCCIÓNEl ensayo de corte con veleta nos sirve para determinar la
resistencia cortante no drenada De los suelos cohesivos 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.
VELETA DE CORTE
VELETA DE CORTE
DEFINICIÓN.
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.
VELETA DE CORTE
RESUMEN DEL ENSAYOEl 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.
VELETA DE CORTEUNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
MECANICA DE SUELOS Y DE ROCAS
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.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO• Veleta – 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.
VELETA DE CORTEUNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
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Dimensiones dela veleta(cm)
Resistencia alcorte (kg/cm2)
Tipos de suelos
10 x 20 0- 0.70Saturados muyblando
7.5 x 15 0- 1.68Saturados entreblandos y firmes
6.2 x 12.7 0 – 2.81Saturados
moderadamente firmes
5 x 10 - Saturados firmes
TABLA 1. Dimensiones de veleta de campo más
recomendadas según el tipo de suelo y su resistencia al corte
• 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.
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PROCEDIMIENTOS.
1. Penétrese la veleta mediante un simple
empuje hasta la profundidad a la cual se va a
efectuar el ensayo, cuidando que no se
aplique torsión durante dicho empuje
2. 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.
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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 rotación 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. 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.
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.
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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.
7. Se deberán efectuar ensayos con veleta
únicamente en suelos cohesivos, inalterados o
remoldeados. 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.
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ENSAYO DE VELETA
MINIATURA DE LABORATORIO
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Alcance del Método
Ensayo de veleta miniatura en suelos finos arcillosos
saturados muy blandos a medianamente compactos.
Incluye el uso de dispositivos de resorte (Método A) y de
unidades transductores eléctricas (Método B).
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DEFINICIÓN:
La prueba de esfuerzo cortante de veleta miniatura consiste eninsertar una veleta de varias aspas en el extremo interior de un tubode muestra, girándola a una velocidad constante para determinar latorsión requerida, que genere una superficie cilíndrica de corte. Latorsión así se convierte en una unidad de resistencia al esfuerzocortante del área de superficie cilíndrica, esta torsión es medida porun resorte calibrado de torsión.
Es importante destacar para el equipo de veleta miniatura lamuestra que va a ser ensayada debe estar constituida por un sueloblando (∅ = 0), con una resistencia al esfuerzo cortante sin drenaral interior a 1
𝐾𝑔
𝑐𝑚2. La fatiga o falla de la veleta en arcillar más rígidasy suelos principalmente sedimentarios puede variar de la supuestafalla cilíndrica superficial causando por lo tanto un error en laprueba de la fuerza medida en muestra sin perturbar posiblementecon lentes finos de otros materiales que afecten el valor final.
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Resumen del método
Consiste en insertar una veleta de cuatro hojas en el extremo de
una muestra inalterada o remoldeada y rotarla a razón constante para determinar el torque o momento requerido para hacer que
una superficie cilíndrica sea cizallada por la veleta.
El torque o momento aplicado se correlaciona con valores de
resistencia al corte.
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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO:
El equipo consta de un vástago al cual está ligada la veleta, generalmente compuesta por cuatro astas rectangulares según se puede observar en la figura 6b. Se recomienda que la veleta sea el doble del diámetro. Aunque la veleta con una altura igual al diámetro también se puede usar si se requiere determinar por separado los esfuerzos horizontales y esfuerzos verticales. El diámetro de la veleta puede variar desde 0.5” a 1” (12.7 a 25.4 mm).
El equipo consta de cuatro unidades de resortes de torsión de diferentes sensibilidades. El resorte n° 1 es el más sensible y se recomienda para obtener la resistencia al corte de suelos muy blandos, el resorte n° 2 es recomendado para suelos entre blandos y firmes, el resorte n° 3 para suelos moderadamente firmes y el resorte n°4 es el más duro, se recomienda para suelos muy firmes y es el menos usados.
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PROCEDIMIENTO: Asegurar la unidad de corte de veleta y el contenedor del
espécimen a una mesa o marco para evitar el movimiento durante el ensayo.
Insertar la veleta en la muestra hasta una profundidad mínima igual a dos veces la altura del aspa.
Tomar una lectura inicial. Sujetar la muestra firmemente e iniciar la rotación de la veleta a razón constante de 60 a 90º por minuto.
Registrar el giro del resorte o las lecturas del transductor cada 5º por lo menos, hasta que el giro no se incremente (es decir hasta que el espécimen falle), o hasta que se obtenga una rotación máxima de 180º.
Durante la rotación, mantener las aspas a una altura fija.
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PROCEDIMIENTO Registrar el torque máximo y las lecturas intermedias si es que se
requiere.
Retirar y limpiar las aspas si es que es necesario.
Separar una muestra representativa para calcular la humedad.
Registrar cualquier tipo de inclusiones de arena, grava o fracturas
en la superficie de falla que pudieran haber influido en los
resultados del ensayo.
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PREPARACIÓN DE LA MUESTRA EN EL
LABORATORIO(MUESTRA PATRON) El material inicial se sumerge en agua con el fin de que el material grueso se suelte del fino
En el periodo de inmersión el material se dispersa utilizando un aparato agitador
De deja sedimentar por un periodo de una hora, para que el material arenoso llegar al fondo y luego se vierte la parte superior en otro envase para luego lavarla por el tamiz # 200
Luego se procede la lavado del material el cual se guarda tanto el pasante del tamiz #200 como el retenido en el mismo
Ambos materiales se dejaron sedimentar por un periodo de 48 horas.
Pasado este tiempo se remueve el agua limpia por encima de los materiales sedimentados mediante el sifonado
El material sedimentado pasante por el tamiz #200 de la muestra patrón se amasa con el fin de homogenizar luego una gran parte de la muestra se coloca en recipientes los cuales se dejan al aire libre para que se seque hasta la humedad optima a la cual pueda ser ensayada la otra parte se seca al horno con el fin de clasificar el material
El material sedimentario retenido en el tamiz #200 (arena) se seca al horno y se clasifica.
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ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN Y COMPORTAMIENTO
DE LA MUESTRA PATRON
Ensayos de clasificación:
Hidrometría
Gravedad especifica
Límites de contracción
Límites de Atterberg
Contenido de humedad
Ensayos de comportamiento:
Expansión
Consolidación
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CÁLCULOS
Calcular la resistencia no drenada al corte.
Establecer la relación entre la deflexión del resorte y el torque para
cada resorte o transductor a ser empleado.
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Se realizó un ensayo con la veleta de corte, cuyas dimensiones
son: d = 76 mm y h = 152 mm, aplicándose un torque hasta la
falla de 70 N-m. Determinar la resistencia al corte no drenado
para propósitos de diseño, considerar que su índice de
plasticidad es de IP = 18.
Para encontrar la solución se utilizara la ecuación de Calding.
Asumimos el tipo de movilización del suelo en los extremos
como triangular, por tanto β=1/2.
Solución:
Datos
d = 76 mm
h = 152 mm
IP = 18.
β=1/2.
𝐶𝑢 =𝑇
𝜋𝑑2ℎ2 + 𝛽
𝑑3
4
𝐶𝑢 =70
𝜋0.076 2(0.152)
2 + 0.5(0.076)3
4𝐶𝑢 = 45118 𝑁/𝑚2
Corrección por plasticidad:
Resistencia al corte no drenado:
𝐶𝑢(𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜) = (1.022)(45118) 𝑁/𝑚2
𝐶𝑢(𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜) = 46.1 𝑘𝑁/𝑚2
PROGRAMACION DE
ENSAYOS
RESULTADOS DE LOS ENSAYOS
INFORME Debe incluir:
Fecha del ensayo, personal que realizó el ensayo.
Número de sondeo, número de muestra o de tubo, profundidad de la muestra, profundidad de ejecución del ensayo de veleta, tipo de suelo.
Tamaño y forma de la veleta, número de resorte o transductor.
Curva de calibración o constantes del transductor y ajustes registrados.
Máxima lectura de torque y lecturas intermedias si se requieren para la muestra inalterada.
Gráficas de esfuerzo - deformación.
Máxima lectura de torque para el ensayo en muestras remoldeadas y el número de revoluciones empleadas para remoldear.
Razón de rotación, razón de corte en las esquinas de las aspas de la veleta, tiempo de falla del ensayo (rotación máxima - razón de rotación), donde resulte aplicable.
Tipo de veleta empleada (fabricante y modelo)
Anotaciones referentes a cualquier desviación del procedimiento estándar.
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