Prueba Veleta

ENSAYO DE CORTE SOBRE SUELOS COHESIVOS EN EL TERRENO USANDO LA VELETA I.N.V. E – 170 – 07

1. 1.1

OBJETO Este método establece el procedimiento del ensayo de veleta en elterreno, 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 aplicación e interpretación. Los valores se deben expresar en unidades SI. Esta norma no considera los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, establecer prácticas apropiadas de seguridady salubridad y determinar la aplicación de limitaciones regulatorias antes de su uso.

1.2 1.3

2.

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 comoresistencia 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 elinstrumento 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, se...

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

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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.

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- 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:

T

s (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:

1

k =

K

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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.

7. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

AASHTO T 223

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TABLA No.1

DIMENSIONES ACONSEJABLES(a)

Tamaño del

Revestimiento

Diámetro Altura Espesor Diámetro de la

varilla de la Veleta

mm (") mm (") mm (") mm (")

AX 38.1(1.5) 76.2 (3) 1.59 (0.0625) 12.7 (0.5)

BX 50.8 (2) 102 (4) 1.59 (0.0625) 12.7 (0.5)

NX 63.5 (2.5) 127 (5) 3.18 (0.125) 12.7 (0.5)

102 mm (4") (b) 92.1 (3.625) 184 (7.25) 3.18 (0.125) 12.7 (0.5)

(a) = La escogencia del tamaño de la veleta está relacionada directamente

con la resistencia del suelo que se va a ensayar; para suelos más

blandos el diámetro de la veleta deberá ser mayor.

(b) = diámetro interior.

Eeeeeeeeee

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.

a.

 

Otro

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:

= ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛376DMπ

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.