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ENSAYO DE CORTE SOBRE SUELOS COHESIVOS EN EL TERRENO USANDO LA VELETA I.N.V. E – 170 – 07 1. OBJETO 1.1 Este método establece el procedimiento del 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 aplicación e interpretación. 1.2 Los valores se deben expresar en unidades SI. 1.3 Esta norma no considera los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad de quien la emplee, establecer prácticas apropiadas de seguridad y salubridad y determinar la aplicación de limitaciones regulatorias antes de su uso. 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 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, se deberá hacer una corrección al dibujar las curvas de Momento vs. Rotación. 3. EQUIPO 3.1 Veleta – En la Figura 1 se muestran los dos tipos de veletas normalizadas por este ensayo. Cada una tendrá cuatro hojas perpendiculares entre sí, su altura será el doble del diámetro. Las dimensiones de la veleta deberán ser las especificadas en la Tabla 1. Instituto Nacional de Vías Figura 1. Tipos de veletas Tabla 1. Dimensiones aconsejables (a) Diámetro (D) Altura (H) Espesor de la lámina Diámetro de la varilla de la Veleta mm (pulg.) mm (pulg.) mm (pulg.) mm (pulg.) AX 38.1(1 1/2) 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 ½) 127 (5) 3.18 (0.125) 12.7 (0.5) 101.6 mm (4") (b) 92.1 (3 5/8) 184 (7 1/4) 3.18 (0.125) 12.7 (0.5) Tamaño del Revestimiento (a) La escogencia del tamaño de la veleta está relaciona da dir ectamente con la resistencia del suelo que se va a ensa yar; para su elos má s blandos el diámetro de la veleta deberá ser ma yor. (b) diámetro interior. E 170 - 2 Instituto Nacional de Vías Se podrán emplear dimensiones diferentes a las especificadas, únicamente con la autorización y la responsabilidad del especialista a cargo. Los bordes de las hojas de la veleta que penetran, se deberán afilar, cuidando que no se altere el ángulo de 90° comprendido entre ellas. 3.2 Varillas de extensión – La veleta se deberá operar 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. 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) se deberá establecer en grados por metros por unidad de momento. Esta corrección se hace progresivamente más importante a medida que aumenta la profundidad; la calibración se deberá efectuar por lo menos hasta la profundidad máxima esperada, para el ensayo. Las varillas de torsión se deberán ajustar muy bien, para evitar cualquier posibilidad 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 se deberán equipar 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 se deberán guiar 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 se deberá aplicar a las varillas, quienes, a la vez, la transmiten a la veleta. La precisión de la lectura del giro deberá ser tal, que no produzca una variación mayor de ± 1.20 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, se puede aplicar directamente el giro mediante una llave de torsión o algo equivalente, con su correspondiente dispositivo de medición. La duración del ensayo se deberá controlar de acuerdo con las exigencias indicadas en la Sección 4.3. Nota 1.- 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 se deberá efectuar, por lo menos, hasta la profundidad máxima esperada, para el ensayo. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Cuando se emplee revestimiento para la veleta, se deberá avanzar con ella hasta una profundidad no menor de cinco veces el diámetro del revestimiento, por encima de la profundidad deseada para la punta de la veleta. Cuando no se utilice revestimiento, se deberá suspender la perforación a una profundidad tal que la punta de la veleta pueda penetrar dentro del suelo inalterado, una profundidad de, por lo menos, cinco veces el diámetro de la perforación. E 170 - 3 Instituto Nacional de Vías 4.2 Se deberá penetrar la veleta desde el fondo del agujero o de su revestimiento, mediante un empuje simple, hasta la profundidad a la cual se va a efectuar el ensayo, cuidando que no se aplique torsión durante dicho empuje. 4.3 Con la veleta en posición, se deberá aplicar el giro a una velocidad que no exceda de 0.1°/segundo. 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 se pueda obtener una determinación apreciable de las propiedades esfuerzo-deformación. Durante la rotación de la veleta, se deberá mantener ésta a una altura fija. Se deberá registrar el momento máximo. Con aparatos de transmisión, es aconsejable anotar los valores intermedios del momento obtenido en ese instante, a intervalos de 15 segundos o menores, si es requerido. 4.4 Después de determinar el máximo momento, se rota 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, se determina 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. Se debe efectuar el ensayo de fricción de la varilla por lo menos una vez en cada sitio. 4.6 Para determinar la magnitud de la fricción de los cojinetes o guías, en aparatos en los cuales la varilla de giro esté completamente aislada del suelo, se deberá realizar un ensayo de fricción con una varilla lisa al menos una vez en cada sitio. En dispositivos de veleta que funcionen adecuadamente, esta fricción deberá ser despreciable. Nota 2 - En algunos casos no será necesario remover la veleta para el ensayo de fricción de cojinetes o guías. En tanto que la veleta no se halle en contacto con el suelo, por ejemplo, cuando se encuentre dentro de un revestimiento, no resulta afectada por las medidas de fricción. 4.7 Se deberán efectuar ensayos con veleta únicamente en suelos cohesivos, inalterados o remoldeados. No se deben realizar en ningún suelo que permita el drenaje o que se dilate durante el período del ensayo, como en arenas o limos o en suelos en los cuales la veleta encuentre piedras que puedan influir en los resultados. Se recomienda no hacer ensayos de veleta con espaciamientos menores de 0.76 m entre ellos. Este espaciamiento se podrá variar cuando sea requerido con la autorización y responsabilidad del especialista a cargo. 4.8 Periódicamente se deberán comprobar las dimensiones de la veleta para asegurarse que no esté desgastada ni distorsionada. E 170 - 4 Instituto Nacional de Vías 5. CÁLCULOS 5.1 Se calcula la resistencia al corte del suelo mediante el empleo de la siguient e expresión: T =s×K donde: T = momento de giro, en N-m (lb-pie), s = resistencia al corte de la arcilla, en kPa (lb/pie²), y K = constante que depende de las dimensiones y de la forma de la veleta m 3 (pies 3 ), tal como se indica en Tabla 2. Tabla 2. Valor de la constante K, m3 (pies3 ) Tipo de veleta Rectangular Valor de K π D2H  D  1 +  9 2  3H  10 Unidades π D2 H  D  Inglesas K= 1 +  1728 2  3H  Unidades SI 1 K = 9 πD 3 + 0.37(2 D 3 − d 3 ) 10 Unidades SI Cónica H=2D, conicidad a 45° [ Unidades Inglesas Rectangular K= K= ] [ ( 1 πD 3 + 0.37 2 D 3 − d 3 1728 )] Cuando la relación longitud diámetro sea 2:1 Unidades SI 3.66 3 K= Unidades Inglesas D 10 9 2.12 K = 3 D3 10 donde: D = diámetro de la veleta, en milímetros o pulgadas, según las unidades, H = altura de la veleta, en milímetros o pulgadas, según las unidades, y d 5.2 = diámetro de la varilla, en milímetros o pulgadas, según las unidades. Puesto que el valor de la resistencia al corte, s, es el requerido, es más útil escribir la ecuación en la siguiente forma: s =T × k E 170 - 5 Instituto Nacional de Vías donde: k= 6. 1 K INFORME 6.1 Para cada ensayo de veleta se deben registrar los siguientes datos: 6.1.2 Fecha del Ensayo. 6.1.3 Número del apique o perforación. 6.1.4 Tamaño y forma de la veleta (ahusada o rectangular). 6.1.5 Profundidad del extremo de la veleta. 6.1.6 Profundidad del extremo de la veleta por debajo del revestimiento o fondo del hueco. 6.1.7 Lectura máxima del momento y, si se requieren, lecturas intermedias para el ensayo inalterado. 6.1.8 Tiempo del ensayo hasta la falla. 6.1.9 Velocidad del remoldeo. 6.1.10 Lectura máxima del momento para el ensayo remoldeado, y 6.1.11 Notas sobre cualquier clase de desviaciones con respecto al procedimient o normal de ensayo. 6.2 Adicionalmente, se deben anotar las observaciones sobre la perforación. 6.2.1 Número del sondeo. 6.2.2 Sitio 6.2.3 Condiciones del suelo en el sitio. 6.2.4 Cota de referencia. 6.2.5 Método de ejecución de la perforación. 6.2.6 Descripción de la veleta, esto es, si tiene camisa o no. 6.2.7 Descripción del método para aplicar y medir el momento. 6.2.8 Observaciones sobre la resistencia o la penetración. E 170 - 6 Instituto Nacional de Vías 6.2.9 7. Nombres del inspector de la perforación y del ingeniero Supervisor. NORMAS DE REFERENCIA ASTM D – 2573 AASHTO T – 223 E 170 - 7