informa 4-ensayo de corte con veleta y compresion inconfinada

8/10/2019 Informa 4-Ensayo de Corte Con Veleta y Compresion Inconfinada

1/9

FACULTAD DE INGENIERASESCUELA DE INGENIERA CIVIL Y GEOMTICA

MECNICA DE SUELOS APLICADA

PRUEBA DE CORTE CON VELETA Y ENSAYO DE COMPRESIN INCONFINADA

Resumen:

1. INTRODUCCIN

Como sabemos bien, el estudio de suelos es imprescindible a la hora de llevar a cabo

cualquier proyecto de construccin, ya que a travs de este podemos conocer lascaractersticas fsicas y mecnicas de dicho suelo. Una vez obtenidos los resultados delestudio, estaremos en capacidad de decidir si el suelo que tenemos cumple o no con lascaractersticas requeridas por la obra en particular. De no ser as, es labor del ingenierodisear estrategias para mejorar las condiciones del mismo de manera que se garantice laseguridad y la estabilidad de la construccin. As pues, algunos de los mtodos msconocidos para determinar una de las tantas caractersticas de los suelos sobre los cuales sevan a apoyar las estructuras, es la prueba de veleta y en ensayo de compresin inconfinada,con los cuales se puede conocer la resistencia cortante de una masa de suelo, es decir, laresistencia que dicha masa ofrece para resistir una falla a lo largo de cualquier plano dentro

de l. Conocer la resistencia al cortante es de gran importancia para el ingeniero, ya que coneste parmetro se pueden analizar los problemas de estabilidad de suelos, tales comocapacidad de carga, estabilidad de taludes y la presin lateral sobre estructuras de retencinde tierras.

La prueba de veleta es un ensayo en campo con la que se determina la resistencia cortanteno drenada en suelos finos y blandos y se realiza durante la etapa de barrenadoenterrando las paletas del aparato en el suelo al fondo de un barreno y que para encontrar elvalor de resistencia relaciona el par de torsin necesario para causar la falla; mientras que elensayo de compresin inconfinada es una prueba que se realiza en laboratorio en unamuestra inalterada de suelo tomada con ayuda de un tubo Shelby, a la que se le aplica unesfuerzo axial hasta generar la falla. En este informe se mostrara el procedimiento llevado acabo en la prctica, al igual que su parte terica correspondiente.

2. OBJETIVOS


2/9

* Completar la informacin faltante en la tabla de datos correspondiente al ensayo decompresin inconfinada con el fin de conocer los esfuerzos normales y las deformacionesunitarias.

* Calcular la resistencia no drenada del suelo, para la prueba de corte con veleta y para elensayo de compresin simple y comparar la magnitud de los datos obtenidos.

* Afianzar los conceptos aprendidos en clase.

3. PROCEDIMIENTO

Como mencionamos anteriormente, la realizacin de la presente prctica se llev a cabo en

dos etapas. Cada una de ellas se explicar en detalle a continuacin.

En primer lugar se realiz en campo la prueba de corte con veleta en los sectores cercanosal lago de la Universidad del Valle. Aqu se hizo un barreno manual, de aproximadamente30 cm de dimetro y 60 cm de profundidad, con la ayuda de una hoyadora agrcola. Unavez preparada la zona en la cual se efectuar el ensayo, procedemos a hincar la paleta yposteriormente aplicamos un par de torsin a travs de un torqumetro, asegurndonos deque la velocidad a la cual se aplica el giro sea muy pequea. Esta rotacin inducir la fallaen el suelo en contacto con las paletas. En general, se registra siempre el valor del momentoaplicado que produjo la falla, pero en nuestro caso, debido a que el suelo era muy duro, no

se produjo falla alguna al aplicar el mximo par de torsin (600 ).A continuacin, se tom una muestra de suelo por medio de un tubo Shelby, con el fin derealizarle a dicha muestra un ensayo de compresin simple o inconfinada para determinar laresistencia no drenada del suelo y poder as conocer algunas de sus propiedadesmecnicas.

4. MARCO TERICO

El ensayo o prueba de corte con veleta (ASTM D-2573)se usa durante la operacin debarrenado para determinar la resistencia no drenada in situ (Cu) de arcillas blandas o engeneral suelos bastante blandos, esta prueba consiste bsicamente en fallar el sueloestudiado, aplicando una par de torsin (T); para la determinacin de la resistencia nodrenada (Cu) se debe conocer el par de torsin mximo aplicado, o el para aplicado quecausa la falla.


3/9

= , , = [Ec. 1]Debido a que el par de torsin mxima aplicado est en funcin de la resistencia no drenadadel suelo, y las dimensiones de la veleta, la resistencia no drenada puede calcularse,relacionando el par de torsin mximo y una constante K, la cual a su vez depende de lasdimensiones de la veleta.

= 1 + [Ec. 2]

En donde D: dimetro de la paleta en cm, y H: altura medida de la veleta en cm.Si la relacin H/D = 2, se tiene que:

= 3 6 6 1 0 [Ec. 3]Segn la norma la cual rige la prueba de veleta, la velocidad a la cual se debe aplicar el parde torsin es 0.1 grados/seg, lo cual en la prctica es imposible debido a que el par detorsin aplicado es manual.

El ensayo de compresin infonfinada (ASTM D-2166/AASHTO T-208). Bsicamente,el ensayo consiste en colocar una muestra de suelo, entre dos placas (para transferir la cargaal suelo), con piedras porosas.Se aplica una carga axial y a medida que la muestra se deforma, se obtienen las cargascorrespondientes. Se registran las cargas de "falla" y deformacin. Estos datos se utilizan

para calcular las reas corregidas y la resistencia a la compresin inconfinada.

Para la determinacin de la resistencia no drenada (Cu) del suelo, se deben realizarpreviamente los clculos de esfuerzo y deformacin unitaria axial, para asi construir lacurva esfuerzo-deformacion y obtener el valor mximo de esfuerzo, el cual se toma como laresistencia a la compresin inconfinada () del suelo; la deformacin unitaria () secalcula:

= [Ec. 4]Donde : deformacin total de la muestra axial y : longitud inicial de la muestraA medida de que la muestra se va deformando el rea transversal va variando, por lo cual elrea corregida de la muestra se calcual, utilizando la expresin:

= [Ec. 5]


4/9

Figura. N~

A partir de la resistencia a la compresin inconfinada del suelo, se construye el circulo deMohr, del cual se obtiene que la cohesion o resistencia no drenada (Cu) es:

= [Ec. 6]Segn la norma la relacin longitud-dimetro de las muestras para el experimento deberaser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45 ysuficientemente corta para no obtener falla de "columna". La relacin L/d que satisfaceestos criterios es:

2 < < 3 [Ec. 7]5. APLICACIONES

6. DATOS Y CLCULOS

A continuacin se muestran los datos correspondientes al ensayo de compresininconfinada y el valor de la resistencia no drenada obtenida.

Lectura

Deformacin anillo de Q v v A correg Esf N

carga [Kg] [in] [cm] v/ho [Cm2] Q/Acor

0.001" 0.0001" [kg/cm

0 0,0 0,00 0,00 0,00 0,000 20,590 0,000

10 35 7,48 0,01 0,03 0,002 20,636 0,362

20 66 14,10 0,02 0,05 0,004 20,683 0,682

40 108 23,07 0,04 0,10 0,009 20,777 1,110

60 142 30,33 0,06 0,15 0,013 20,871 1,453

80 173 36,95 0,08 0,20 0,018 20,967 1,762


5/9

100 194 41,44 0,10 0,25 0,022 21,063 1,967

120 216 46,14 0,12 0,30 0,027 21,160 2,180

140 233 49,77 0,14 0,36 0,031 21,258 2,341

160 251 53,61 0,16 0,41 0,036 21,357 2,510

180 266 56,82 0,18 0,46 0,040 21,457 2,648

200 275 58,74 0,20 0,51 0,045 21,558 2,725

220 285 60,88 0,22 0,56 0,049 21,660 2,811

240 294 62,80 0,24 0,61 0,054 21,763 2,886

260 302 64,51 0,26 0,66 0,058 21,867 2,950

280 309 66,00 0,28 0,71 0,063 21,972 3,004

300 315 67,28 0,30 0,76 0,067 22,077 3,048

320 318 67,92 0,32 0,81 0,072 22,184 3,062

340 323 68,99 0,34 0,86 0,076 22,292 3,095

360 326 69,63 0,36 0,91 0,081 22,401 3,108

380 331 70,70 0,38 0,97 0,085 22,511 3,141

400 333 71,13 0,40 1,02 0,090 22,622 3,144

420 336 71,77 0,42 1,07 0,094 22,734 3,157

440 336 71,77 0,44 1,12 0,099 22,848 3,141

460 336 71,77 0,46 1,17 0,103 22,962 3,126

480 336 71,77 0,48 1,22 0,108 23,078 3,110

500 330 70,49 0,50 1,27 0,112 23,195 3,039

520 321 68,57 0,52 1,32 0,117 23,312 2,941

Tabla 1.Datos correspondientes al ensayo de compresin inconfinada.

Una vez terminada la tabla, se grafican los esfuerzos normales Vs las deformaciones

unitarias.

Grfica 1.Relacin de esfuerzos normales Vs deformaciones unitarias

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140

EsfuerzosNormales(Kg/cm2)

Deformacin unitaria

Relacin Esf N Vs Def unitariaResistencia mxima a la

compresin: 3,16 kg/cm2


6/9

De la grfica anterior podemos conocer la resistencia mxima a la compresin, dada por elvalor mximo que presenta la curva. Esta resistencia a la compresin dividida entre dos nosda la cohesin (resistencia no drenada) del suelo.

= 2 = 3,162 =1,58 Para poder establecer una comparacin entre los datos obtenidos en cada prueba, debemoscalcular el valor de por el mtodo de la veleta. Como mencionamos anteriormente, elvalor de est dado por la relacin entre el torque aplicado y la constante K, cuyamagnitud es nicamente funcin de las dimensiones de la paleta. En nuestro caso, como elsuelo era muy duro y no fall al aplicar el giro, tomaremos el momento mximo (600 ) para poder realizar los clculos y efectuar la respectiva comparacin. Los valores de laaltura y dimetro de la paleta se obtuvieron promediando las cuatro medidas registradas enel laboratorio.

Dimetros (cm) Alturas (cm)4,83 9,114,92 9,144,92 9,084,86 9,07

Tabla 2.Medidas realizadas en laboratorio.

Dimetro promedio: 4,88 cm = 1,927 in

Altura promedio: 9,10 cm = 3,583 inSustituyendo estos valores en la siguiente ecuacin, podemos encontrar la magnitud de laconstante K.

= 1728

2 ( 1 +

3)

= 1728 1,921 3,583

2 ( 1 +1,921

33,583) = 0,014167271892

Es importante mencionar que para hacer uso de la anterior ecuacin, el dimetro y la alturadeben estar en pulgadas (in), de tal manera que la constante K tenga unidades . El par detorsin aplicado debe estar en .

600 2,54 1 1

30,48 = 50


7/9

As pues, tenemos los datos necesarios para calcular con los datos obtenidos en laprueba de corte con veleta.

=

= 50

0,014167271892 =3529,26

Finalmente convertimos este valor de de a

3529,26 1

30,48 1

2,2 =1,73

Adicionalmente, nos proporcionan los datos necesarios para hallar la humedad y el pesoespecfico del suelo.

= 426,0 = 342,6 = 426 342,6 = 83,4 % = 1 0 0 =

83,4342,6 100=24,34%

= 4 =5,12

4 11,31 = 232,86 = =

426232,86 =1,82

7. DISCUSIN DE RESULTADOS

En la presente prctica se llev a cabo una prueba de corte con veleta sobre un suelo duro(no arcilloso ni fino). Como sabemos bien, este ensayo es empleado para determinar laresistencia no drenada del suelo . Durante la ejecucin de la prueba notamos que el sueloera demasiado duro, de manera que al hincar la veleta y girar el torqumetro no se produjoninguna falla sobre este. Esto nos permite concluir que definitivamente el uso de la veletano es el mtodo ms adecuado para hallar el parmetro en cuestin. As pues, se le realizun ensayo de compresin simple o inconfinada a una muestra de suelo extrada por medio

de un tubo Shelby a una profundidad de 60 cm en un barreno manual. La muestra aquobtenida es ligeramente alterada (las pocas alteraciones puedes ser producidas por elproceso de hincado del tubo en el suelo, hincado por percusin).A medida que se iba avanzando en profundidad, se prest especial atencin a lascaractersticas fsicas del suelo tales como el color, olor y contenido de agua. Hasta losprimeros 60 cm tenamos un suelo orgnico de color caf con presencia de ramas, hojas yde ms materiales degradables. En cuanto a la determinacin del contenido de agua, lo


8/9

estimamos haciendo rollitos con la masa de suelo, pero vimos que no era posible moldearlopues en seguida se desmoronaba. Esto nos indica que la humedad del suelo es inferior a lahumedad lmite, es decir, hay pocos vacos llenos de agua, por lo tanto ese suelo tiene altaresistencia.

Poco ms abajo de los 60 cm, encontramos que el suelo si bien y an era orgnico,presentaba unas caractersticas ligeramente diferentes. Aqu el color era un poco ms claroy tena alta plasticidad, pues se dejaba moldear fcilmente haciendo rollitos. Esto nospermite inferir que esta capa de suelo es poco permeable, es decir, las partculas estn muyjuntas y si este suelo es eventualmente sometido a una solicitud de cargas, no se presentarun cambio muy apreciable en su volumen. En cuanto a los valores de obtenidos porambas pruebas, vemos que los resultados son ligeramente diferentes, esto se debeprincipalmente a que el suelo en el cual aplicamos la prueba de corte con veleta no eraarcilloso o blando, lo cual hace que los resultados no sean los esperados. El error tambin

puede deberse a una mala calibracin del torqumetro o quiz a que la velocidad deaplicacin del par torsor es muy difcil de controlar. En general es ms confiable elresultado que nos arroja el ensayo de compresin inconfinada.

Es importante resaltar que en los datos obtenidos en laboratorio, los valores de las lecturasdel anillo de carga estaban multiplicadas por 0,0001 in mientras que la constante del anilloestaba dividida entre 0,00001 in. Haciendo los clculos as, el valor mximo de la curva, o

sea la resistencia a la compresin mxima sera 31, 56 y al dividirlo entre dos para

hallar la cohesin tendramos que =15,78

que es un valor muy grande yalejado del real.

8. CONCLUSIONES

Sin lugar a dudas la prueba de corte con veleta es un mtodo relativamente rpido,econmico y efectivo para calcular en campo la resistencia cortante no drenada de un suelodeterminado. Del ensayo podemos medir directamente el valor del momento aplicadonecesario para inducir la falla en el suelo. La relacin de este valor y la constante K nospermite conocer el parmetro deseado. Por otro lado, el ensayo de compresin inconfinadaes un ensayo ms preciso, un poco ms dispendioso que igualmente nos permite conocer elvalor de la resistencia no drenada del suelo. Aqu es necesario completar los datos paraobtener finalmente las deformaciones unitarias y los esfuerzos normales, los cuales serngraficados con el fin de hallar el valor de la resistencia mxima a la compresin. Toda lainformacin aqu recopilada y analizada es de gran importancia ya que nos permite predecirel posible comportamiento de este tipo de suelo cuando est sometido a un incremento deesfuerzos. Por ejemplo si notamos que este es un suelo cuyo parmetro de diseo es la


9/9

cohesin, podemos asegurar que es un suelo poco permeable, con pocos espacios vaciosllenos de agua y de alta resistencia, por lo tanto si eventualmente el suelo es sometido a unincremento de esfuerzos, la mayor parte del asentamiento tendr lugar despus de laaplicacin de cargas y ser un proceso muy lento. Para cuestiones de diseo de fundacionesesto es fundamental ya que nos permite saber cmo disear para evitar posibles fallas y

hasta colapsos en una estructura.

9. BIBLIOGRAFA

[1] Braja M Das. Fundamentos de Ingeniera geotcnica. Thomson Learning. Mxico

informa 4-ensayo de corte con veleta y compresion inconfinada

Documents