cono dinámico y veleta de corte.docx
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SUELO EXPERIMENTALTRANSCRIPT
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LABORATORIO N3- Cono dinmico Veleta de corte Mecnica de Suelo Experimental
II Semestre 2013
INTRODUCCIN.
El presente informe forma parte de los resultados de
la campaa de exploracin geotcnica realizados en
un terreno ubicado en la interseccin de las calle
Lleuque y Gngora Marmolejo, en el sector Lomas de
Bellavista, de la comuna de Concepcin, tal como se
muestra en la imagen N 1:
Imagen N1. Sector en estudio, Google Earth.
En el sector se proyecta la construccin de una
estructura (iglesia) que poseer una superficie
construida mayor a 500 m2, para lo cual se
confeccionaron en terreno 3 prospecciones del tipo
calicata de profundidad variable entre 2 y 2.50 metros
de profundidad. Al interior de dichas calicatas se
realiz un ensayo de penetracin de cono dinmico
(DCP) que tienen por finalidad evaluar la resistencia
de suelos inalterados, junto con ensayos de veleta de
corte que permiten conocer la resistencia al corte no
drenado en suelos de tipologa fina que corresponden
a los detectados en el sector en estudio.
Por lo tanto el presente documento describe los
procedimientos de confeccin y resultados de los
ensayos DCP y veleta de corte, realizadas al interior.
I.- Ensayo de Penetracio n de cono dina mico (DCP)
El cono dinmico de penetracin, DCP, es un
instrumento de uso prctico y econmico para ser
utilizado en la evaluacin y exploracin a poca
profundidad, de la resistencia de suelos compactados
y no perturbados. Una de sus mayores aplicaciones
corresponde a correlaciones entre los ndices de
penetracin, que permiten obtener estimaciones del
ensayo CBR in situ. Mediante el DCP se puede detectar
el grado de heterogeneidad de un estrato de suelo,
junto con la uniformidad de compactacin del
material de manera rpida, continua y precisa. Es un
mtodo no destructivo capaz de medir la capacidad
estructural in situ del suelo de fundacin.
Imagen N2. Penetrmetro dinmico.
1.1.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCIN DEL ENSAYO.
El ensayo de cono dinmico posee con un martinete
de 8 , que se deja caer desde una altura de 575
y un cono de 60 con un dimetro de 20 en su
punta. Para obtener la lectura de descenso del pistn,
el equipo cuenta con una regla de medicin apoyada
en ambos soportes (superior e inferior).
El procedimiento de confeccin del ensayo fue el
siguiente:
Se design una de las calicatas abiertas, para
realizar en el ensayo en el fondo de sta, a
una profundidad de aproximada de 1,98,
medidos desde el nivel de terreno natural. El
Terreno en
estudio
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II Semestre 2013 equipo se debe instalar en un lugar libre de
obstculos que puedan impedir la realizacin
correcta del ensayo.
Imagen N3. Calicata a ensayar.
Para la realizacin de este ensayo, se cont
con dos operarios, uno se encarg de manejar
el equipo y el otro de tomar los datos las
lecturas de profundidad de avance.
Imagen N4. Equipo instalado en fondo de calicata.
La lectura inicial del penetrmetro en reposo
es de 14,6 , lo cual se descontar a las
prximas lecturas registradas al momento de
graficar. El proceso de hincado del martillo,
consiste es levantarlo hasta la parte superior
del eje de recorrido y dejarlo caer de forma
libre. Dicho procedimiento se repiti 68
veces, obteniendo datos penetracin de la
punta cnica (mm) por cada golpe.
Imagen N5. Esquema de equipo DCP (ASTM 6951-
03)
1.2.- RESULTADOS
Los resultados del ensayo consisten en medir la
penetracin total alcanzada para un determinado
nmero de golpes o para cada golpe dado, para poder
describir as la rigidez del suelo y usar correlaciones
para estimar el valor del CBR in situ.
1.2.1. Curva DCP:
La representacin grfica de la penetracin
acumulada en funcin del nmero de golpes totales
para los datos obtenidos en terreno se puede
observar en la imagen que se presenta a continuacin:
Imagen N6. Curva DCP, datos obtenidos en terreno.
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LABORATORIO N3- Cono dinmico Veleta de corte Mecnica de Suelo Experimental
II Semestre 2013 En la curva que muestra la Imagen N6 es posible
observar una pendiente casi perfecta, pero trazando
rectas encima de sta, podemos observar que existen
aproximadamente 3 tipos de capas con sus
respectivos espesores.
1.2.2. Nmero DCP:
El nmero DCP corresponde a la pendiente de la curva
para la capa de suelo en estudio, es la representacin
de la penetracin obtenida por el nmero de golpes
realizados y se expresa en /. Es decir,
representa la resistencia promedio de un suelo a
travs de cierta profundidad alcanzada.
Imagen N7. Curva DCP, identificacin capas de suelo con sus
correspondientes pendientes.
Se debe considerar que mientras ms vertical sea la
gradiente, menor ser la resistencia del suelo.
1.2.3. Clculo CBR:
El parmetro CBR se calcula utilizando el ndice del
DCP. Para suelos clasificados como CL que tengan un
CBR inferior a 10 y para suelos CH se tienen las
siguientes correlaciones propuestas por el cuerpo de
Ingenieros Americano:
a) Suelos tipo CL con CBR
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II Semestre 2013
Imagen N8. Valores de CBR (%) con respecto a la
profundidad (m).
Los clculos realizados para obtener estos valores se
adjuntan en el anexo del presente informe.
COMENTARIOS:
El ensayo se realiz al interior de una calicata a una
profundidad aproximada de 2 metros, alcanzando un
mximo de exploracin de 2.84 metros. De acuerdo a
inspeccin visual se pudo apreciar de forma tentativa
que se trata de un suelo de tipologa fina de mediana a
baja plasticidad (probablemente CL). Desde ese punto
de vista los resultados obtenidos usando las
correlaciones de Army Corps para todo tipo de suelo,
suelo CL y CH propuesta en la ASTM D 6951-03 y la
del Manual de Carreteras, presentan gran similitud en
cuanto a valores promedio de CBR estimadoos.
Las estimaciones utilizadas para calcular el valor del
CBR in situ, pueden verse alteradas debido a la
humedad del suelo al momento de ejecutar la medida
de la penetracin (se debe recordar que el fondo de la
calicata se encontrada con agua, al momento de
realizar el ensayo). Por esta razn, su aplicacin debe
orientarse a la delimitacin de sectores homogneos.
Adems puede aplicarse en sectores en que no se
prevean cambios de humedad en el suelo.
Si bien el ensayo de cono dinmico puede ser
considerado una gran herramienta para estudiar las
condiciones de un suelo inalterado y/o compactado,
debido, las correlaciones propuestas en la literatura,
no deben reemplazar a los ensayos de laboratorio.
Dichos resultados deben ser usados como un
complemento a la campaa de exploracin geotcnica,
sin omitirse los ensayos.
II.- Ensayo de Veleta de corte
El ensayo de veleta de corte consiste en determinar la
fuerza de torsin necesaria para lograr que la
superficie de suelo falle, obteniendo la resistencia al
corte no drenada de dicha superficie. Se utiliza para
suelos cohesivos (arcillosos, particularmente de
arcillas blandas).
Imagen N9. Kit de ensayo de veleta.
2.1.- PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO.
Para la realizacin de este ensayo se sigui el
siguiente procedimiento:
2
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
0 10 20 30 40 50 60 70
Pro
fun
did
ad
DC
P (
m)
CBR (%)
Army Corps (todo tipo suelo) Army Corps (CL)
Army Corps (CH) MOP (2008)
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II Semestre 2013 Se hinc la veleta rectangular dentro del
suelo inalterado mediante un empuje simple,
hasta hundir completamente las aspas de la
veleta. Se tuvo la precaucin de no aplicar
torsin durante en empuje para no alterar el
suelo.
Imagen N10. Veleta hincada.
Con la veleta en posicin, se aplica un torque
idealmente uniforme en la parte superior de
la barra para hacer girar la veleta hasta
alcanzar la falla por corte del suelo.
Un cilindro de suelo de altura y dimetro
resistir el torque hasta que falle el suelo.
Registrando el momento mximo entregado
por el instrumento.
Imagen N11. Falla del suelo por torsin.
El procedimiento se realiz con los tres tipos de
veletas disponibles en el laboratorio de
GeoMateriales (grande, mediana y chica).
Los ensayos se realizaron en 2 niveles de la
calicata, a profundidades de 1.10 y 1.98 metros.
Imagen N12. Diagrama del equipo de la veleta de corte
(ASTM D 2573-01).
Para el ensayo se admite que la tensin de corte
mxima al igual que la cohesin no drenada, est
uniformemente repartida sobre la superficie
circunscrita al molinete. Clculos tericos muestran
que esta hiptesis no es estrictamente as. Para el caso
de una veleta rectangular, el suelo sobre la superficie
cilndrica entrar en plasticidad, mientras que sobre
los discos extremos estar aun en elasticidad (Casan,
1982).
Imagen N13. Distribucin de tensiones de corte de la veleta.
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2.2.- CLCULOS
2.2.1. Resistencia al corte no drenada:
=
(8)
donde: : torsin mxima aplicada. : constante dependiente de la geometra de la paleta. Para veletas de paletas rectangulares de altura y
dimetro , la resistencia al corte no drenada est
dada por la siguiente expresin:
=3
28
(2)3 (9)
Para el clculo de la resistencia al corte del suelo se
consideraron los datos presentadas en la tabla
adjunta para los tres tipos de veletas utilizadas en el
ensayo, teniendo en consideracin el rango de
medicin de cada veleta:
Veleta grande : 0 60 kPa
Veleta mediana : 0 - 120 kPa
Veleta pequea : 0 240 kPa
Tabla N2. Resistencia al corte no drenada para una
profundidad de 1,10 m.
Tabla N3. Resistencia al corte no drenada para una
profundidad de 1.98 m.
A partir de los datos medidos se estiman valores de
resistencia al corte no drenada promedio del orden de
los 0.09 Mpa, a la profundidad de 1.10 metros.
Mientras que en el ensayo realizado en el fondo de la
calicata se obtiene una resistencia al corte promedio
de 0.04 Mpa. La disminucin en profundidad se
explica por las condiciones a las cual se realiz el
ensayo ya que el fondo de la prospeccin se
encontraba saturado, con agua acumulada producto
de la lluvia.
COMENTARIOS:
Como la falla de la veleta es progresiva, este ensayo es
solo aplicable a materiales de falla plstica, tipo
arcillas blandas y arenas sueltas.
Bjerrum (1974) demostr que la plasticidad de los
suelos se incrementa, el coeficiente de uniformidad
obtenido de las pruebas de corte con veleta no
entrega resultados muy confiables para el diseo de
cimentacin, es por esta razn que el autor sugiri la
siguiente correccin:
() = ( ) (10)
Donde: : factor de correccin=1.7-0.54log(PI) : ndice de plasticidad.
III.- Exploracio n con barreno
La exploracin con barreno se realiza a travs de un
equipo liviano operado por el perforista, donde la
manipulacin de la pala barreno y las barras de
perforacin no requieren de mayor implementacin.
Este tipo de exploracin no utiliza encamisado y la
muestra de suelo recuperada es totalmente alterada,
siendo solamente apropiada para realizar la
inspeccin tacto-visual de la misma y su clasificacin.
Tipo de veleta Lectura veleta
Pequea 6,1
Mediana 9,8
Grande 12
Promedio 93,33 Kpa
En Mpa 0,093 Mpa
Su [kPa]
122
98
60
Prof. 1.10 [m]
Tipo de veleta Lectura veleta
Pequqea 2,3
Mediana 5
Grande 5
Promedio 40,33 Kpa
En Mpa 0,0403 Mpa
Su [kPa]
46
50
25
Prof. 1.98 [m]
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.
Imagen N14. Equipo para perforacin con pala barreno.
Este tipo de ensayo tambin es un medio barato de
exploracin del subsuelo en tipos de suelos
favorables, donde deben tener la cohesin suficiente
para que las paredes de la excavacin puedan
permanecer sin soporte y no existir obstrucciones que
impidan la rotacin de la barrena. Este mtodo es el
menos molestoso de los mtodos de perforacin y no
deben usarse para excavaciones de ms de 3 a 5 .
3 REFERENCIA BIBLIOGRFICA
[1]. ASTM D2573 (2001). Standard test method
for field vane shear test in cohesive soil.
[2]. ASTM D 6951 (2003). Standard test method
for use of the dynamic cone penetrometer in
shollow pavement applications.
[3]. Manual Controls. Equipos de ensayo para la
industria de la construccin.
[4]. Braja. M. (1999). Principios de ingeniera de
cimentaciones. California: International
Thomson Editores.
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Anexo
Clculos de nmero DCP:
Estrato Profundidad Lectura Lectura corregida
(m) [mm] mm
2 0 0 146 0
2,04 1 1 187 41
2,06 1 2 207 61
2,08 1 3 229 83 20,6
2,10 1 4 247 101
2,12 1 5 270 124
2,14 1 6 286 140
2,16 1 7 304 158
2,18 1 8 321 175
2,19 1 9 336 190
2,21 1 10 352 206
2,22 1 11 366 220
2,24 1 12 382 236
2,25 1 13 394 248
2,26 1 14 408 262
2,28 1 15 422 276
2,29 1 16 434 288
2,30 1 17 447 301
2,31 1 18 460 314
2,33 1 19 472 326
2,34 1 20 484 338
2,35 1 21 496 350
2,36 1 22 507 361
2,37 1 23 519 373
2,38 1 24 530 384
2,40 1 25 541 395
2,41 1 26 553 407 12,1
2,42 1 27 563 417
2,43 1 28 576 430
2,44 1 29 588 442
2,45 1 30 598 452
2,46 1 31 610 464
2,48 1 32 621 475
2,49 1 33 633 487
2,50 1 34 646 500
2,51 1 35 657 511
2,53 1 36 672 526
2,54 1 37 682 536
2,55 1 38 694 548
2,56 1 39 705 559
2,57 1 40 716 570
2,58 1 41 727 581
2,60 1 42 741 595
2,61 1 43 751 605
1
2
N Golpes Pendiente
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2,62 1 44 762 616
2,63 1 45 772 626
2,64 1 46 783 637
2,65 1 47 792 646
2,66 1 48 801 655
2,66 1 49 810 664
2,68 1 50 821 675
2,69 1 51 832 686
2,70 1 52 842 696
2,71 1 53 853 707
2,72 1 54 861 715 9,8
2,73 1 55 872 726
2,74 1 56 883 737
2,74 1 57 890 744
2,75 1 58 900 754
2,76 1 59 910 764
2,77 1 60 919 773
2,78 1 61 928 782
2,79 1 62 939 793
2,80 1 63 949 803
2,81 1 64 958 812
2,82 1 65 969 823
2,83 1 66 977 831
2,84 1 67 985 839
3
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Clculos de CBR:
Manual de Carreteras 2008 V2 Manual de Carreteras 2008 V2
Indice DCP (promedio)
mm/golpe Todo tipo de suelo
- - - - -
41,0 4,6 2,1 8,5 4,19
20,0 10,2 8,6 17,4 10,16
22,0 9,2 7,1 15,8 9,04
18,0 11,5 10,7 19,4 11,58
23,0 8,7 6,5 15,1 10,8 10,0 18,3 8,55 10,88
16,0 13,1 13,5 21,8 13,39
18,0 11,5 10,7 19,4 11,58
17,0 12,2 11,9 20,5 12,42
15,0 14,1 15,3 23,2 14,50
16,0 13,1 13,5 21,8 13,39
14,0 15,2 17,6 24,9 15,79
16,0 13,1 13,5 21,8 13,39
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
14,0 15,2 17,6 24,9 15,79
14,0 15,2 17,6 24,9 15,79
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
13,0 16,5 20,4 26,8 17,30
13,0 16,5 20,4 26,8 17,30
12,0 18,1 24,0 29,0 18,2 24,6 29,2 19,10 19,28
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
13,0 16,5 20,4 26,8 17,30
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
13,0 16,5 20,4 26,8 17,30
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
15,0 14,1 15,3 23,2 14,50
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
12,0 18,1 24,0 29,0 19,10
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
14,0 15,2 17,6 24,9 15,79
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
Todo tipo de suelo
Cuerpo de Ingenieros de la Armada de EEUU (`promedio)
Todo tipo de suelo CL CH
Cuerpo de Ingenieros de la Armada de EEUU
Todo tipo de suelo CL CH
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11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
9,0 24,9 42,6 38,7 27,25
9,0 24,9 42,6 38,7 27,25
9,0 24,9 42,6 38,7 27,25
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
10,0 22,2 34,5 34,8 23,2 38,2 36,3 23,92 25,26
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
8,0 28,4 53,9 43,5 31,52
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
7,0 33,0 70,5 49,8 37,17
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
9,0 24,9 42,6 38,7 27,25
9,0 24,9 42,6 38,7 27,25
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
10,0 22,2 34,5 34,8 23,92
9,0 24,9 42,6 38,7 27,25
11,0 19,9 28,5 31,7 21,27
8,0 28,4 53,9 43,5 31,52
8,0 28,4 53,9 43,5 31,52
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