Ensayo de Corte Directo
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
1
Curso : Mecnica de Suelos II
Tema : Ensayo de Corte Directo
Profesor : Ing. Donayre Crdova Oscar
Alumno : Yarango Serrano Christian
Grupo y : 03 - 02
SubGrupo
Fecha : 27-05-2014
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
2
El presente ensayo consiste en colocar un espcimen previamente tallado en
forma de un paraleleppedo en una caja de corte directo; aplicando un esfuerzo
normal determinado, drenando y humedeciendo al espcimen, consolidando el
espcimen bajo un esfuerzo normal, desplazando un marco horizontalmente
respecto del otro a una velocidad constante de deformacin y midiendo la fuerza
de corte y los desplazamientos horizontales a medida que la muestra es llevada a
la falla.
Para este ensayo mnimo se deben tallar 3 especmenes, cada uno a diferentes
esfuerzos, para determinar el efecto sobre la resistencia y desplazamiento y
propiedades resistentes.
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
3
La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de
suelo, sometida a deformaciones que simulen las que existen o existirn en terreno
producto de la aplicacin de una carga. Para conocer una de estas resistencias en
laboratorio se usa la mquina de corte, siendo el ms tpico un tallador de seccin
circular dividida horizontalmente en dos mitades; pero en este caso utilizamos un molde
cuadrangular para que la muestra tenga 6 cm de lado y 2 cm de altura. Dentro de ella se
coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga
vertical de confinamiento y luego una carga horizontal creciente que origina el
desplazamiento de la mitad mvil de la caja originando el corte de la muestra.
El ensayo induce la falla a travs de un plano determinado. Sobre este plano de falla
actan dos esfuerzos:
- un esfuerzo normal, aplicado externamente debido a la carga vertical.
-un esfuerzo cortante ( ), debido a la aplicacin de la carga horizontal.
Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el rea de la muestra o
de la caja de corte y deberan satisfacer la ecuacin de Coulomb:
= + ()
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ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
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Segn esta ecuacin la resistencia al corte depende de la cohesin y la friccin interna del
suelo.
Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos
valores es posible graficar la tensin de corte en funcin de la deformacin ( ) en
el plano de esta tensin de corte. De la grfica es posible tomar el punto mximo
de tensin de corte como la resistencia al corte del suelo.
Los valores de se llevan a un grfico en funcin del esfuerzo normal
obteniendo la recta intrnseca.
El ngulo que forma esta recta con el eje
horizontal es el ngulo y el intercepto con el eje, la cohesin.
Esta es una relacin emprica y se basa en la LEY DE FRICCIN DE AMONTON
para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusin de un trmino de
cohesin c para incluir la friccin propia del suelo arcilloso. En los materiales
granulares, c = 0 y por lo tanto:
Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, = 0, luego:
Pero la ecuacin no condujo siempre a resultados
satisfactorios, hasta que TERZAGUI publica su expresin = + U con el
principio de los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:
En las figura se ilustran las ecuaciones anteriores, con el diagrama del crculo de
Mohr.
= C + tan
= .tan(), SUELO GRANULAR
= C, SUELO COHESIVO PURO
= + ()
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Envolvente de falla
Los valores de residual obtenidos en cada ensayo se llevan a un grfico en funcin
del esfuerzo normal (n), obteniendo dos puntos que permiten trazar la recta que
representa la envolvente de falla del suelo, donde va como ordenada y n como
abscisa.
El ngulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ngulo y el intercepto
con el eje, la cohesin c.
Segn esta ecuacin (modelo de Coulomb) la resistencia al corte depende
de la cohesin (c) y la friccin interna del suelo ().
Los ensayos de corte directo en laboratorio se pueden clasificar en tres tipos
segn exista drenaje y/o consolidacin de la muestra, por lo tanto
los valores de cohesin dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de
la permeabilidad del suelo.
Ensayo no consolidado no drenado (UU); es un ensayo rpido, donde el
corte se inicia antes de consolidar la muestra.
Ensayo consolidado no drenado (CU)
Ensayo consolidado drenada (CD)
*. En todos los casos se dibuja los crculos de Morh para el esfuerzo en la falla, para determinar su
respectiva envolvente de falla. Este ensayo puede realizado en suelos inalterados, re moldeados o
compactados; sin embargo, hay una limitacin en el tamao mximo de las partculas presentes en
las muestras de suelo.
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Determinar experimentalmente los parmetros de resistencia (mxima y residual)
de una muestra representativa de suelo, ensayado al corte directo bajo
condiciones de consolidacin y drenaje.
- Consolidacin: proceso de reduccin de volumen de los suelos
finos cohesivos; solidez.
- Drenaje: extraccin de humedad excesiva de un suelo por
medios naturales o artificiales.
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MAQUINA DE
CORTE
Vc = 0.7 mm/min
ANILLO DE
CARGA
130 kg/mm
EXTENSMETRO
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SET DE
PESAS
BALANZA
HORNO
Marco y
Muestra
6 cm. (ancho)
2cm. (altura)
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Se debe tallar un mnimo de tres especmenes, empleando un molde metlico con
las dimensiones de la celda de corte.
Cada espcimen se ensambla en la celda de corte, confinndolo entre piedras
porosas y bajo el pisn de carga.
PASO 1
PASO 2
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Se transfiere el esfuerzo normal predeterminado y se registra la lectura de la
deformacin vertical inicial as como la puesta en 0 para deformacin horizontal,
paralelamente se inunda la celda con agua.
PASO 3
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Bajo el control de la deformacin horizontal y a velocidad constante se lleva
progresivamente a su falla por corte registrndole la deformacin vertical y la
fuerza horizontal (Lectura de Anillo) hasta llegar al 20% de la deformacin unitaria
horizontal.
Concluido la prueba se procede a retirar el espcimen de la celda de corte,
registrndose el peso hmedo final y el peso seco correspondiente.
PASO 4
PASO 5
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
PROFUNDIDAD DEL NIVEL FREATICO (m) : N.R.
PROFUNDIDAD DEL ESTRATO (m) : 1.00-2.00
VELOCIDAD DE ENSAYO (mm/min) : 0.70
ALTURA DE LA MUESTRA (cm) : 2.00
LADO DE LA MUESTRA (cm) : 6.00
ESTADO DE LA MUESTRA : Inalterada
CONDICION DE ENSAYO : Humedecida
ESFUERZO NORMAL (kg/cm) 0.75 1.50 3.00 0.00
CONDICIONES INICIALES
Contenido de Humedad (w) (%) 40.96 40.79 41.15 -
Peso Especfico (g) (gr/cc) 1.76 1.75 1.70 -
Peso Especfico Seco (gd) (gr/cc) 1.25 1.24 1.21 -
Grado de Saturacin (Gw ) (%) 94.12 93.07 89.22 -
ASENTAMIENTO DESPUES DE LA S/C (%) -2.675 -4.640 -3.725 0.000
CONDICIONES FINALES
Contenido de Humedad (w) (%) 46.13 44.45 54.63 -
PARAMETROS DE RESISTENCIA
ESFUERZO CORTANTE (kg/cm) 0.67 1.09 2.13 -
COHESION (c) (kg/cm) 0.23
ANGULO DE FRICCION (F) () 31.90
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
PROFUNDIDAD DEL NIVEL FREATICO (m) : N.R.
PROFUNDIDAD DEL ESTRATO (m) : 1.00-2.00
VELOCIDAD DE ENSAYO (mm/min) : 0.70
ALTURA DE LA MUESTRA (cm) : 2.00
LADO DE LA MUESTRA (cm) : 6.00
ESTADO DE LA MUESTRA : Inalterada
CONDICION DE ENSAYO : Humedecida
ESFUERZO NORMAL (kg/cm) 0.75 1.50 3.00 0.00
CONDICIONES INICIALES
Contenido de Humedad (w) (%) 40.96 40.79 41.15 -
Peso Especf ico (g) (gr/cc) 1.76 1.75 1.70 -
Peso Especf ico Seco (gd) (gr/cc) 1.25 1.24 1.21 -
Grado de Saturacin (Gw ) (%) 94.12 93.07 89.22 -
ASENTAMIENTO DESPUES DE LA S/C (%) -2.675 -4.640 -3.725 0.000
CONDICIONES FINALES
Contenido de Humedad (w) (%) 46.13 44.45 54.63 -
PARAMETROS DE RESISTENCIA
ESFUERZO CORTANTE (kg/cm) 0.67 1.09 2.13 -
COHESION (c) (kg/cm) 0.23
ANGULO DE FRICCION (F) () 31.90
PARAMETROS DE RESISTENCIA RESIDUAL
ESFUERZO CORTANTE (kg/cm) 0.67 1.09 1.81 -
COHESION (c) (kg/cm) 0.21
ANGULO DE FRICCION (F) () 28.81
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
ESFUERZO NORMAL (kg/cm) 0.75 1.50 3.00 0.00
Esfuerzo Cortante Deformacin Esfuerzo Deformacin Esfuerzo Deformacin Esfuerzo Deformacin Esfuerzo
Vs Horizontal Cortante Horizontal Cortante Horizontal Cortante Horizontal Cortante
Deformacin Horizontal (%) (kg/cm) (%) (kg/cm) (%) (kg/cm) (%) (kg/cm)
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 - -
0.05 0.03 0.05 0.05 0.05 0.06 - -
0.10 0.04 0.10 0.09 0.10 0.09 - -
0.20 0.06 0.20 0.20 0.20 0.23 - -
0.30 0.09 0.30 0.31 0.30 0.38 - -
0.40 0.11 0.40 0.39 0.40 0.54 - -
0.50 0.13 0.50 0.45 0.50 0.67 - -
0.75 0.15 0.75 0.56 0.75 0.97 - -
1.00 0.22 1.00 0.70 1.00 1.17 - -
1.25 0.28 1.25 0.83 1.25 1.36 - -
1.50 0.33 1.50 0.96 1.50 1.50 - -
1.75 0.38 1.75 1.05 1.75 1.62 - -
2.00 0.42 2.00 1.13 2.00 1.73 - -
2.50 0.48 2.50 1.23 2.50 1.91 - -
3.00 0.51 3.00 1.27 3.00 2.02 - -
3.50 0.54 3.50 1.28 3.50 2.07 - -
4.00 0.57 4.00 1.28 4.00 2.11 - -
4.50 0.61 4.50 1.28 4.50 2.13 - -
5.00 0.62 5.00 1.28 5.00 2.13 - -
6.00 0.65 6.00 1.28 6.00 2.13 - -
7.00 0.66 7.00 1.29 7.00 2.11 - -
8.00 0.67 8.00 1.29 8.00 2.12 - -
9.00 0.67 9.00 1.29 9.00 2.08 - -
10.00 0.67 10.00 1.29 10.00 2.03 - -
11.00 0.67 11.00 1.26 11.00 1.99 - -
12.00 0.67 12.00 1.24 12.00 1.96 - -
13.00 0.67 13.00 1.23 13.00 1.94 - -
14.00 0.67 14.00 1.21 14.00 1.92 - -
15.00 0.67 15.00 1.19 15.00 1.90 - -
16.00 0.67 16.00 1.17 16.00 1.86 - -
17.00 0.67 17.00 1.14 17.00 1.86 - -
18.00 0.67 18.00 1.12 18.00 1.83 - -
19.00 0.67 19.00 1.10 19.00 1.81 - -
20.00 0.67 20.00 1.09 20.00 1.81 - -
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
ESFUERZO NORMAL (kg/cm) 0.75 1.50 3.00 0.00
Deformacin Vertical Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin Deformacin
Vs Horizontal Vertical Horizontal Vertical Horizontal Vertical Horizontal Vertical
Deformacin Horizontal (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)
0.00 0.000 0.00 0.000 0.00 - - -
0.05 -0.025 0.05 -0.010 0.05 - - -
0.10 -0.040 0.10 -0.010 0.10 - - -
0.20 -0.050 0.20 -0.035 0.20 -0.005 - -
0.30 -0.075 0.30 -0.085 0.30 -0.010 - -
0.40 -0.100 0.40 -0.135 0.40 -0.015 - -
0.50 -0.125 0.50 -0.160 0.50 -0.175 - -
0.75 -0.150 0.75 -0.205 0.75 -0.210 - -
1.00 -0.200 1.00 -0.270 1.00 -0.250 - -
1.25 -0.250 1.25 -0.345 1.25 -0.300 - -
1.50 -0.300 1.50 -0.400 1.50 -0.340 - -
1.75 -0.305 1.75 -0.435 1.75 -0.380 - -
2.00 -0.305 2.00 -0.445 2.00 -0.410 - -
2.50 -0.305 2.50 -0.410 2.50 -0.450 - -
3.00 -0.285 3.00 -0.380 3.00 -0.545 - -
3.50 -0.250 3.50 -0.365 3.50 -0.625 - -
4.00 -0.155 4.00 -0.365 4.00 -0.700 - -
4.50 -0.055 4.50 -0.395 4.50 -0.795 - -
5.00 0.050 5.00 -0.410 5.00 -0.850 - -
6.00 0.255 6.00 -0.460 6.00 -1.005 - -
7.00 0.450 7.00 -0.510 7.00 -1.145 - -
8.00 0.650 8.00 -0.560 8.00 -1.245 - -
9.00 0.850 9.00 -0.600 9.00 -1.325 - -
10.00 0.900 10.00 -0.620 10.00 -1.440 - -
11.00 0.905 11.00 -0.655 11.00 -1.545 - -
12.00 0.890 12.00 -0.710 12.00 -1.650 - -
13.00 0.850 13.00 -0.765 13.00 -1.740 - -
14.00 0.775 14.00 -0.800 14.00 -1.800 - -
15.00 0.705 15.00 -0.815 15.00 -1.865 - -
16.00 0.640 16.00 -0.860 16.00 -1.905 - -
17.00 0.575 17.00 -0.900 17.00 -1.940 - -
18.00 0.500 18.00 -0.945 18.00 -1.955 - -
19.00 0.450 19.00 -1.000 19.00 -1.975 - -
20.00 0.445 20.00 -1.040 20.00 -1.985 - -
-
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00
Es
fue
rzo C
ort
ante
(K
g/c
m)
Deformacin Horizontal (%)
Esfuerzo Cortante Vs Deformacin Horizontal
0.75 kg/cm
1.50 kg/cm
3.00 kg/cm
-
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
-2.50
-2.00
-1.50
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00
De
form
aci
n V
ert
ical (
%)
Deformacin Horizontal (%)
Defomacin Vertical Vs Deformacin Horizontal
0.75 kg/cm
1.50 kg/cm
3.00 kg/cm
-
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
PARAMETROS DE RESISTENCIA
COHESION (c) (kg/cm) 0.23
ANGULO DE FRICCION (F) ( ) 31.90
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
Es
fue
rzo C
ort
ante
(K
g/c
m)
Esfuerzo Normal (kg/cm)
Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal
-
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
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ENSAYO : CORTE DIRECTO
NORMA : ASTM D3080
INFORME : TERCER LABORATORIO
SOLICITANTE : CHRISTIAN YARANGO SERRANO
PROYECTO : ENSAYO DE CORTE DIRECTO
UBICACION : LONP-26 CUSCO
FECHA : 27/05/14
TIPO DE EXPLORACION : CALICATA
No DE EXPLORACION : NFP-28
No DE MUESTRA : M-1
PARAMETROS DE RESISTENCIA RESIDUAL
COHESION (c) (kg/cm) 0.21
ANGULO DE FRICCION (F) ( ) 28.81
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
Es
fue
rzo C
ort
ante
(kg
/cm
)
Esfuerzo Normal (kg/cm)
Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal
-
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
20
Los esfuerzos de corte y los dezplazamientos no se distribuyen
uniformemente dentro de la muestra.
Los resultados del ensayo son aplicables para estimar la resistencia
al corte en una situacin de campo donde ha tenido lugar a una completa
consolidacin bajo esfuerzos normales actuantes.
La ruptura ocurre lentamente bajo condiciones drenadas, de tal
manera que los excesos de presin de poros quedan disipados.
En la grfica de deformacin medida que aumenta el esfuerzo sobre
la masa de suelo se incrementa dicha deformacin hasta alcanzar el
mximo valor de esfuerzo soportado por el suelo y a partir del cual la
deformacin comienza a presentar caractersticas constantes
evidenciadas en la grfica; con lo cual se sustenta que la curva se
comporta constante hacia abajo.
-
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
21
Los valores de los puntos mximos en las respectivas curvas de
esfuerzo cortante vs. Deformacin horizontal implican que al aplicar
una carga mucho mayor que la anterior la resistencia al esfuerzo
cortante aumentara proporcionalmente al aumentar la carga aplicada,
hasta el instante donde las cargas actuante se igualan a la resistencia
presentada por el suelo, es decir, se presenta una falla en la
configuracin estructural interna del suelo.
Con los esfuerzos cortantes mximos obtenidos en la respectiva
grafica de esfuerzo cortante vs deformacin horizontal, y al graficar
estos en funcin esfuerzo normal se obtuvo una envolvente de falla, la
cual no pasa por el origen de los ejes coordenados, lo que nos indica
que este suelo presenta cohesin.
Tambin podemos determinar los valores de los parmetros residual:
Se obtuvo una envolvente de falla residual, la cual no pasa por el
origen de coordenadas, esto nos indica que este suelo presenta
cohesin.
COHESIN (C) 0.23
ANGULO DE FRICCION () 31.90
COHESIN (C) 0.21
ANGULO DE FRICCION () 28.81
-
ENSAYO DE CORTE DIRECTO
MECNICA DE SUELOS II - Laboratorio 3
22
El ensayo de corte directo cumpli con los objetivos propuestos al
inicio de la prctica y se logr determinar la magnitud del ngulo de
friccin preexistente en el interior de la estructura en una muestra de
suelo.
El ensayo de corte directo es adecuado para la determinacin
relativamente rpida de las propiedades de resistencia de materiales
drenados y consolidados; debido a que las trayectorias de drenaje a
travs de las muestras son cortas y se permite que el exceso de
presin de poros sea disipado ms rpido que con otros ensayos
drenados.
La velocidad constante de 0.7 mm/min es correcta para el tipo de suelo?
Si es correcta.
La velocidad de ensayo es variable, depende de la granulometra y la
permeabilidad del suelo.
Permeabilidad - k Tipo de suelo Velocidad (mm/min)
A mayor k Suelo granular 1.2
A mayor k Suelo fino 0.5 a 0.7
A menor k Suelo mixto 0.9 a 1.2
La permeabilidad depende del drenaje, para suelos granulares la
velocidad es mayor.