Ensayo de Corte de Veleta y Penetrometro de Bolsillo

Autor:

Briss Ninoska Mamani Tupacyupanqu

INTRODUCCION 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. El Penetrómetro de bolsillo se utiliza específicamente para determinar la resistencia a la penetración de las capas superiores del suelo (profundidad de medición 5 mm) y de muestras en el campo o en el laboratorio. Rango de medición 0,5 MPa. El Penetrómetro de bolsillo se compone de una carcasa, un muelle, una punta de penetración plana, de un anillo deslizante y una escala. Al presionar el Penetrómetro contra el suelo, la punta se encuentra con la resistencia de la fuerza de la tierra. El muelle es comprimido por esta fuerza. El anillo se desliza y nos muestra en la escala la fuerza máxima que ha encontrado. La escala ha sido calibrada de tal manera que la resistencia a la penetración que se ha encontrado puede leerse en él de inmediato.

1. OBJETIVOS 1.1.Objetivo General 

Realizar y obtener datos del ensayo de corte sobre suelos cohesivos en un terreno especifico, usando la Veleta y un penetrómetro de bolsillo obteniendo la resistencia al corte, además de calcular el torque o momento máximo en suelos.

1.2.Objetivos Específicos 

Este método usando la veleta en el terreno, se aplica solo 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.

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El método usando un penetrómetro de bolsillo es un instrumento de laboratorio utilizado para determinar el esfuerzo de compresión inconfinado (qu) en laboratorio o en campo. Para lo cual se traza un círculo con su centro en el suelo, entonces se ubica verticalmente el penetrómetro directamente contra el s uelo y se realizan disparos alrededor del círculo y en el centro.

2. NORMATIVA 

MTC E 122- 2000: Este método operativo está basado en las normas ASTM D 2573

Y AASHTO T 223,  las mismas que se han adaptado al nivel de implementación y las condiciones propias de nuestra realidad. Cabe indicar que este modo Operativo está sujeto a revisión y actualización continua. Este Modo Operativo no propone los requisitos concernientes a seguridad. Es responsabilidad del usuario establecer las cláusulas de seguridad y salubridad correspondiente y determinar además las obligaciones se su uso e interpretación.

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ASTM D 2573 -94: Este método de ensayo cubre la prueba de paletas campo en

suelos blandos y saturados, cohesivos.

3. MARCO TEORICO

3.1.Ensayo de corte con veleta

EL ensayo de ve leta “vane test” tiene como fin determinar la resistencia insitu al corte no drenado de suelos arcillosos, el cual esta normalizado por la asociación americana para el ensayo de materiales (ASTM). Equipo para ensayo en campo: Este método esta normalizado por la norma ASTM D

2573 en donde se definen las dimensiones típicas de las velas y varillas de extensión usadas en campo.

Fig Nº1. Equipo para ensayo en campo (Veleta)

Equipo para ensayo en laboratorio

Fig Nº2. Equipo para ensayo en laboratorio (Veleta)

Veleta: Cada una de las veletas por lo general consta de 4 aspas perpendiculares

entre si fijamente ligadas a un eje y su altura será el doble del diámetro.

Fig Nº3. Veletas con 4 aspas.

Varrilas de extension: La veleta debera operarse desde la superfice conectandola

con varillas de torsion las cuales deben suplir las siguientes caracteristicas: 

Tener un diametro dial, que no sea escedido su limite elastico cuando la veleta sea sometida a su capacidad plena.

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Deberan acoplarse muy bien, para evitar cualquier posibilidad de que se desajuste el acople cuando aplique la rotacion.

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Si se emplea revestimeinto para la veleta, la varillas de torsion deberan aquiparse con cojines bien lubricantes y deben estar previstos de sellos que eviten la entrada de suelo en ellos.

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Las varillas de giro deberan quitarse de tal manera, que se evite el desarrollo de friccion entre ellas y las paredes del revistimeinto o de la perforacion.

Fig Nº4. Varillas de extension.

Dimensiones aconsejables

(a)= La selección del tamaño de la veleta esta relacionada directamente con la resistenica del

suelo que se va a ensayar; para suelos mas blandos el diametro de la veleta debera ser mayor. (B)= Diametro interior.

Se podran emplear dimensiones diferentes a las especificas, unicamente con la autorizacion y la responsabilidad, unicamente con la autorizacion y la repsonsabilidad del especialista a cargo. Los bordes de las hojas de la veleta que penetran, se deberan afiliar, cuidando que no se altere el anguli de 90º comprendido entre ellas.

Fig Nº5.Bordes de hojas de Veletas.

Condiciones para su empleo: En este enbsayo se debe realizar unicamente en suelos cohesivos,

inalterados o remoldeados, no se debe realizar este ensayo en suelos que permiten el drenaje, que presenten dilatacion en el momento de ensayo y en suelos que tengan presencia de piedras

que puedan influir en los reusltados tales como arenas y limos. Se recomienda no hacer ensayos a distancias menores a 0.76 m entre ellos.

3.2.Ensayo de corte con penetrometro de bolsillo

El Penetrometro de bolsillo se utiliza específicamente para determinar la resistencia a la penetración de las capas superiores del suelo (profundidad de medición 5 mm) y de muestras en el campo o en el laboratorio. Rango de medición 0,5 MPa. El Penetrómetro de bolsillo se compone de una carcasa, un muelle, una punta de penetración plana, de un anillo deslizante y una escala. Al presionar el Penetrómetro contra el suelo, la punta se encuentra con la resistencia de la fuerza de la tierra. El muelle es comprimido por esta fuerza. El anillo se desliza y nos muestra en la escala la fuerza máxima que ha encontrado. La escala ha sido calibrada de tal manera que la resistencia a la penetración que se ha encontrado puede leerse en él de inmediato.

Fig Nº5.penetrometro de bolsillo.

Modelos: S065 PENETROMETRO DE BOLSILLO CON DIAL , para la clasificación de suelos cohesivos,

en términos de consistencia, resistencia al corte, y resistencia aprox. a la compresión simple. El valor se mide directamente en kgf/cm2, en un dial graduado de 0 a 6 kgf/cm2. Función de tara y puesta a cero con el botón pulsador. Peso: 300 g. S066 PENETROMETRO DE BOLSILLO CON DIAL.  Idéntico al mod. S065 pero con rango

del indicador de 1-14 kgf/cm2, adecuado para suelos muy compactados. S068 PENETROMETRO DE DIAL GEOPOCKET  diseñado para una determinación rápida

de los suelos de cimentación desde las arcillas a los suelos arenosos, se indica: - El ángulo de fricción interna (suelos arenosos). - La cohesión “C” (suelos arcillosos) y su resistencia

aprox. a la compresión simple. Función de tara y puesta a cero con el botón pulsador. Completo con 5 puntas de diá. 6,4-10-15-20-25 mm Peso: 400 g. S070 PENETROMETRO DE BOLSILLO   diseñado para una determinación rápida de la

consistencia del suelo, resistencia al corte y determinación aprox. de la resistencia a la compresión simple. Rango de medida 0-4,5 kgf/cm2 con medida directa de los valores de rigidez. Diámetro de la punta 6,35 mm. Peso: 300 g. S071 PENETROMETRO DE BOLSILLO,   idéntico al mod. S070 pero con un rango de

medida de 0-16 kgf/cm2. Adecuado para suelos muy compactados. Peso: 800 g. S075 MOLINETE DE BOLSILLO (VANE-TEST) ESCALA 0-1 kg/cm2 . Diseñado para la

determinación rápida en campo o laboratorio de la resistencia al corte de los suelos cohesivos. El dial indica directamente la resistencia al corte en kg/cm2. Completo con paletas vane intercambiables de acero inoxidable de 10x20 mm (diá. x altura). Peso: 300 g. S076 MOLINETE DE BOLSILLO (VANE-TEST) ESCALA 0-2 kg/cm2.  Idéntico al mod. S075,

pero con escala de 0-2 kg/cm2. Ventajas: 

Los conos planos permiten realizar mediciones poco profundas.

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Permite mediciones indicativas sobre las muestras.

4. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS 

Aparato de veleta.

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Cuatro hojas perpendiculares entre si varillas de torsión de acero (Rectangular).

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Llaves.



Penetrometro de bolsillo.

5. PROCEDIMEINTO 

Insertar la veleta mediante un simple empuje, hasta la profundidad mínima igual a dos veces la altura del aspa, durante dicho empuje no se aplica torsión.



Una vez hincado dentro del suelo inalterado verticalmente iniciamos la rotación en el extremo libre de la veleta en sentido horario.

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Se gira a razón de 6 y 12 grados por minuto para determinar la resistencia la corte don perturbaciones.

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Durante la rotación, mantener las aspas a una altura fija.

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Girar la veleta hasta que llegue el momento máximo.

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Luego retirarlo la veleta del suelo y se lectura el momento máximo o torque que nos da en K.Pa.

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Registra el giro o las alturas del momento máximo que nos indica la veleta.



El mismo procedimiento se realizó para 13 lecturas.

6. METODOLOGIA DE CALCULOS

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

S ( resistencia al corte) = T/K

Donde: 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 Periódicamente deberán comprobarse las dimensiones de la veleta para asegurarse de que no esté desgastada ni distorsionada.

Tabla Nº1. Valor de la constante k, m3 (Pies3)

Puesto que el valor de s es el requerido, es más útil escribir la ecuación en la siguiente forma: S=T*K Donde: K=1/k

7. CALCULOS

8. CONCLUCIONES

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Este método de la Veleta es solo y únicamente aplicable a materiales de falla plástica, tipo arcillas blandas y arenas sueltas.



Se recomienda no hacer ensayos de veleta con espaciamientos menores a o.76 m entre ellos.



No se deben realizar en ningún suelo que permita el drenaje o que se dilate durante el periodo del ensayo.



Se determinó el torque o momento máximo en suelos inalterados.

9. RECOMENDACIONES 

La prueba de la veleta es solo aplicable a materiales de falla plástica, tipo arcillas blandas y arenas sueltas.



Se recomienda también no hacer ensayos de velera con espaciamientos menores de 0.76 m entre ellos.



No se deben realizar en ningún suelo que permita el drenaje o que se dilate durante el periodo del ensayo.

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Realizar el ensayo de acuerdo al procedimiento recomendado.

10. REFERENCIAS 

Ensayo de suelos in-situ Argentina.

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Lib. Mecánica de suelos tomo II. Juárez Badillo.

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Manual de mecánica de Suelos,

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Lib. Resistencia al corte Ing. Augusto José Leoni.

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Normas técnicas ASTM

11. ANEXOS