FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD LAICA

ELOY ALFARO

MECÁNICA DE SUELOS IIPRUEBA DE LA VELETA

La veleta es un instrumento de laboratorio utilizado para determinar

el parámetro de resistencia al corte no drenado cu de un suelo, tiene la

ventaja de poder ser aplicado directamente en campo lo cual evita el

transporte una muestra de suelo. 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.

 

Figura 6.63. Extremo inferior de la Veleta.

El ensayo con la veleta de corte es ideal para el caso de suelos compuestos

de arcillas saturadas sin fisuras y limos saturados. No es tan confiable para

suelos fisurados o secuencias de microestratos. Básicamente el extremo

inferior de la veleta consiste en cuatro aspas montadas en el extremo de una

barra de acero (Figura 6.62). Después de hincar la veleta en el suelo, se hace

girar aplicando un par de torsiones en el extremo libre de la varilla. Se gira

primero la veleta entre 6 y 12º por minuto para determinar el parámetro de

resistencia al corte sin perturbación y a continuación se mide la resistencia

remoldeada haciendo girar con rapidez la veleta. La superficie afectada

constituye el perímetro y los extremos de un cilindro.

La Figura 6.63a muestra las dimensiones estándar de la veleta con respecto

al diámetro que genera. La veleta es instalada en el suelo con ayuda de otro

accesorio donde es ensamblada con todos sus accesorios, la Figura 6.63b

muestra gráficamente los pasos para el ensamblado de la veleta. 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:

 Donde:

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.

 

Figura 6.64. Ensamblado de la veleta en campo (U.S. Navy, 1982).

(a) Dimensiones estándar. (b) Ensamblado.

ENSAYO DE CORTE SOBRE SUELOS COHESIVOS EN EL TERRENO,

USANDO LA VELETA

I.N.V. E - 170

1. OBJETO

1.1 Este método se refiere al ensayo de veleta en el terreno, en suelos cohesivos

blandos y saturados. Es necesario conocer la naturaleza del suelo en el cual se ha de

efectuar cada ensayo, para asegurarse de su aplicabilidad e interpretación.

2. RESUMEN DEL METODO

2.1 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.

3. EQUIPO

3.1 En la Figura No.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

No.1. Podrán emplearse dimensiones diferentes a las E - 170 – 2 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 90° comprendido

entre ellas.

3.2 La veleta deberá operarse 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 (véase Numeral

3.4) y deberán acoplarse muy bien, para evitar cualquier posibilidad de 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 deberán equiparse 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 deberán guiarse de tal manera, que se evite el desarrollo de

fricción entre ellas y las paredes del revestimiento o de la perforación.

3.3 La fuerza de giro deberá aplicarse a las varillas quienes la transmiten a la veleta.

La precisión de la lectura del giro deberá ser tal, que no produzca una variación

mayor de ± 1.2 kPa (25 lb/pie²) en la resistencia al corte.

3.4 Es preferible aplicar la torsión a la veleta mediante un engranaje de transmisión.

En ausencia de éste, puede aplicarse directamente el giro mediante una llave de

torsión o algo equivalente. La duración del ensayo deberá controlarse de acuerdo con

las exigencias indicadas en el numeral 4.3.

- 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) deberá establecerse en grados/pie/unidad de momento. Esta corrección se

hace progresivamente más importante a medida que aumenta la profundidad; la

calibración deberá efectuarse por lo menos hasta la profundidad máxima esperada,

para el ensayo.

4. PROCEDIMIENTO

4.1 Penétrese la veleta desde el fondo del agujero o de su revestimiento, 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.

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4.2 Cuando se emplee revestimiento para la veleta, aváncese éste hasta una

profundidad no menor de cinco diámetros del revestimiento por encima de la

profundidad deseada para la punta de la veleta. Cuando no se utilice revestimiento,

suspéndase el hueco a una profundidad tal que el extremo de la veleta pueda penetrar

dentro del suelo inalterado, una profundidad de por lo menos cinco veces el diámetro

de la perforación.

4.3 Con la veleta en posición, aplíquese el giro a una rata que no exceda de 0.1°/seg.

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 pueda obtenerse un

valor razonable de las propiedades esfuerzo-deformación.

Durante la rotación de la veleta, manténgase ésta a una altura fija. Anótese el

momento máximo. Con aparatos de transmisión, se deben anotar valores intermedios

del momento, a intervalos de 15 seg. o menores, si las condiciones lo exigen.

4.4 Después de determinar el máximo momento, rótese 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.

4.5 En los casos en los cuales el suelo esté en contacto con la varilla de giro,

determínese 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. Efectúese el ensayo de fricción de la varilla por lo menos una vez en cada

sitio.

4.6 En aparatos en los cuales la varilla de giro esté completamente aislada del suelo,

verifíquese un ensayo de fricción con una varilla lisa al menos una vez en cada sitio,

para determinar la magnitud de la fricción de los cojinetes o guías. En dispositivos de

veleta que funcionen adecuadamente, esta fricción deberá ser despreciable.

4.7 Efectúense ensayos con veleta únicamente en suelos cohesivos, inalterados y

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

dilate durante el período de ensayo, como en arenas o limos, o en suelos en los cuales

la veleta encuentre piedras o conchas que puedan influir en los resultados.

E - 170 - 4

- 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 afectada por las medidas de fricción.

5. CALCULOS

5.1 Calcúlese la resistencia al corte del suelo mediante el empleo de la siguiente

expresión:

Ts (resistencia al corte) = K

Siendo:

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

s = Resistencia al corte de la arcilla en kPa (lb/pie²)

K = Constante que depende de las dimensiones y de la forma de la veleta m3 (pies3)

tal como se indica en las operaciones de la Tabla No.2.

- Periódicamente deberán comprobarse las dimensiones de la veleta para asegurarse

de que no esté desgastada ni distorsionada.

5.2 Puesto que el valor de s es el requerido, es más útil escribir la ecuación en la

siguiente forma:

s = T x k

Donde:

1k = K

E - 170 - 5

6. INFORME

6.1 Para cada ensayo de veleta regístrense las observaciones siguientes:

- Fecha del Ensayo.

- Número del apique o perforación.

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

- Profundidad del extremo de la veleta. - Profundidad del extremo de la veleta por

debajo del revestimiento o fondo del hueco.

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

inalterado.

- Tiempo del ensayo hasta la falla.

- Velocidad del remoldeo.

- Lectura máxima del momento para el ensayo remoldeado, y - Notas sobre cualquier

clase de desviaciones con respecto al procedimiento normal de ensayo.

6.2 Adicionalmente, anótense las observaciones sobre la perforación.

- Número del sondeo.

- Sitio

- Condiciones del suelo en el sitio.

- Cota de referencia.

- Método de ejecución de la perforación.

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

- Descripción del método para aplicar y medir el momento.

- Observaciones sobre la resistencia o la penetración.

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

a. Método Normalizado para Ensayo de Corte con Veleta de Campo en

Suelos Cohesivos NTP 339.155 (ASTM D 2573)

Este ensayo es aplicable únicamente cuando se trata de suelos cohesivos

saturados desprovistos de arena o grava, como complemento de la

información obtenida mediante calicatas o perforaciones. Su aplicación se

indica en la Tabla N° 3.

Ensayos de Veleta

El ensayo de veleta se utiliza para medir la resistencia al cortante no drenada en

arcillas muy blandas o blandas. Este ensayo se puede realizar en el laboratorio o en el

campo. (figura 3A-25). En el ensayo de veleta se introduce una veleta en el suelo, se

aplica un torque para producir la falla a lo largo de una superficie cilíndrica. La

resistencia al cortante se obtiene igualando el torque al momento producido por los

esfuerzos de cortante sobre la superficie cilíndrica.

La resistencia al cortante de una veleta de relación diámetro altura 1:2 está dada por

la expresión:

Donde: Capítulo 3 Esfuerzo y resistencia al cortante 102

M = Torque

D = Diámetro de la veleta

Por ejemplo, una veleta de altura de 100 mm., diámetro de 50 mm., puede ser

utilizada para resistencias de 50 a 70 kPa. De acuerdo a Andresen(1981), este es el

menor tamaño posible para determinar la resistencia al cortante de arcillas blandas.

Sin embargo, Blight(1970) ha utilizado una veleta de altura de 38 mm. para obtener

la resistencia de suelos residuales duros.

Figura 3A-25. Esquema del ensayo de veleta de laboratorio (Cornforth, 2005).

Generalmente, la aplicación de estos ensayos es limitada a suelos saturados

cohesivos en condiciones no drenadas, lo suficientemente blandos para permitir el

hincado y rotación de la veleta. Sin embargo, se han realizado ensayos de veleta en

suelos con resistencia pico hasta de 300 kPa (Blight 1969).

Los ensayos de veleta pueden realizarse en el fondo de excavaciones pre-perforadas

o empujando la veleta en el suelo desde la superficie hasta la profundidad requerida.

Este último procedimiento es muy difícil de realizar en suelos residuales.

Figura 3.14 Detalle de un ensayo de veleta.

Los ensayos de veleta son muy imprecisos y aunque existen fórmulas de corrección

sus resultados deben analizarse con prudencia. Sin embargo, en el ensayo de veleta

utilizado conjuntamente con otros ensayos puede ser una herramienta útil para

diseño.