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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.