En el campo de la investigación geotécnica y el ensayo de suelos, el ensayo de corte con veleta es un método de ensayo in situ ampliamente utilizado para determinar la resistencia al corte no drenada de arcillas blandas. Según las diferencias en los sistemas de medición y transmisión, generalmente se clasifica en dos tipos: el ensayo de corte con veleta electrónico y el ensayo de corte con veleta mecánico. Si bien ambos métodos comparten el mismo principio de ensayo, difieren significativamente en la estructura del equipo, los procedimientos operativos y los métodos de adquisición de datos.

Este artículo, elaborado y publicado por nuestra empresa, ofrece una comparación sistemática de los procedimientos operativos de estos dos métodos de ensayo para ayudar a los usuarios de la industria a comprender mejor sus diferencias y seleccionar la solución más adecuada.

I. Ensayo de corte con paleta eléctrica

1. Instale anclajes al suelo a ambos lados del punto de prueba atornillándolos a la tierra, y monte y asegure el bastidor principal de la prueba de penetración. Nivele el sistema con un nivel de burbuja con una graduación de 1 mm e instale el dispositivo de aplicación de torsión.

2. Conecte el cabezal de la paleta al sensor de torsión y apriételo. Inserte la varilla de perforación con el cable enhebrado en el orificio de sujeción de la varilla de perforación del dispositivo de torsión. Conecte el conector del cable del sensor al receptáculo que atraviesa la varilla de perforación y realice un sellado hermético. Encienda el instrumento de medición y apriete las varillas de perforación. Las varillas de perforación deben mantenerse rectas y todas las uniones deben estar bien ajustadas. Se recomienda instalar un escariador de expansión en la unión de la varilla de perforación, aproximadamente a 1 m por encima del cabezal de corte de la paleta.

3. Tras introducir el cabezal de corte de veleta en el suelo hasta la profundidad de ensayo predeterminada, ajuste el bastidor de manera que la varilla de perforación quede alineada con el centro del orificio guía del panel del bastidor. Si se encuentra una capa intermedia relativamente dura a la profundidad de ensayo, este deberá realizarse después de atravesar dicha capa.

4. Una vez introducido el cabezal de corte de veleta a la profundidad de ensayo, déjelo reposar de 2 a 3 minutos antes de comenzar el ensayo.

5. Apriete la abrazadera de la varilla de perforación en el dispositivo de torsión y ponga el instrumento de medición a cero o registre la lectura inicial.

6. Gire la manivela del dispositivo de torsión en el sentido de las agujas del reloj. Cuando la lectura en el instrumento de medición comience a aumentar, inicie el cronómetro. La varilla de perforación debe girar a una velocidad de 1°/10 s a 2°/10 s. Registre la lectura por cada grado de rotación. Una vez alcanzado un valor máximo o estable, continúe girando y registrando durante 1 minuto más. El valor máximo o estable se considerará la lectura correspondiente a la falla por corte del suelo no perturbado.

7. Tras completar la prueba de valor máximo o estable, gire el cabezal de la veleta seis vueltas en el sentido de las agujas del reloj para remoldear completamente el suelo circundante. A continuación, determine la resistencia al corte no drenada del suelo remoldeado según lo indicado en el punto 6 anterior. La prueba de resistencia al corte del suelo remoldeado se realizará de acuerdo con los requisitos del proyecto.

8. Si se requieren pruebas adicionales, afloje la abrazadera de la varilla de perforación y presione el cabezal de la veleta hasta la siguiente profundidad de prueba; luego, repita el procedimiento descrito anteriormente.

9. Una vez completada la prueba de perforación completa, retire las varillas de perforación y el cabezal de corte de paletas sección por sección. Limpie a fondo todos los componentes e inspecciónelos para asegurarse de que estén en buen estado.

10. Para las pruebas de corte con veleta realizadas en pozos, se perforará el pozo y se instalará el revestimiento hasta una profundidad de 3 a 5 veces el diámetro del revestimiento o 0,5 m por encima de la profundidad de prueba objetivo. A continuación, se limpiará el pozo con una barrena perforada. El cabezal de la veleta, la varilla del eje y las varillas de perforación se ensamblarán sección por sección y se apretarán con una llave para tubos. El conjunto se bajará al pozo hasta que el cabezal de corte de la veleta toque el fondo del pozo. La profundidad de penetración del cabezal de corte de la veleta en el fondo del pozo no será inferior a 3 a 5 veces el diámetro del pozo o del revestimiento, o 0,5 m.

11. Durante el ensayo, evite exponer el cabezal de la veleta a la luz solar directa o a temperaturas bajo cero. En el caso de los equipos de ensayo de corte con veleta de anillo abierto, se debe corregir la influencia de la resistencia por fricción entre el eje y el suelo.

12. Antes y después de las pruebas de ingeniería, se deberá calibrar el sensor de par del cabezal de corte de paletas. El periodo de validez de cada calibración suele ser de 1 a 3 meses. Si se produce alguna anomalía durante el uso, se deberá realizar una recalibración. El sensor, los cables y los instrumentos de medición utilizados durante la calibración deberán ser los mismos que los utilizados durante la prueba.

13. Al realizar pruebas de paletas en agua, si el suelo en el fondo del pozo es blando, se deberá utilizar un controlador de revestimiento para evitar que este se hunda durante la prueba.

II. Procedimiento de ensayo de cizallamiento mecánico con paleta

1. En el lugar de prueba, baje la tubería de revestimiento a una profundidad de 3 a 5 veces su diámetro o 0,5 m por encima de la profundidad de prueba deseada, según la profundidad de perforación.

2. Asegure la tubería de revestimiento con abrazaderas de madera o de cadena para evitar que se hunda o gire en sentido contrario debido a un par excesivo.

3. Retire la tierra residual del pozo. Para evitar perturbar la capa de suelo de prueba, generalmente se utiliza una barrena perforada para la limpieza.

4. Ensamble el cabezal de corte de paletas, la varilla del eje y las varillas de perforación sección por sección y apriételas con una llave para tubos. Luego, baje el conjunto al pozo hasta que el cabezal de corte de paletas toque el fondo.

5. Conecte la varilla guía, pase la base a través de ella y fíjela a la carcasa. Apriétela con los tornillos de bloqueo y, a continuación, presione lentamente el cabezal de corte de paletas hasta la profundidad de prueba. Si se encuentra una capa intermedia relativamente dura a dicha profundidad, la prueba deberá realizarse tras atravesarla.

6. Una vez presionado el cabezal de corte de paletas hasta la profundidad de prueba, deberá permanecer inmóvil durante 2-3 minutos antes de comenzar la prueba.

7. Instale los componentes de la transmisión y gire la placa base para alinear la chaveta de la varilla guía con la chaveta de la abrazadera fija del anillo de acero. Fije el manguito fijo a la base con los tornillos de bloqueo. A continuación, gire la manivela para que la chaveta especial se inserte libremente en la chaveta. Alinee el puntero con cualquier escala entera, instale el comparador de cuadrante y póngalo a cero.

8. Inicie la prueba girando la manivela a una velocidad de 1°/10 s a 2°/10 s, mientras pone en marcha el cronómetro. Registre la lectura del comparador de cuadrante una vez por cada grado de rotación. Cuando se alcance un valor máximo o estable, continúe girando y registrando durante 1 minuto más. La lectura máxima o estable se considerará el valor máximo del comparador de cuadrante Ry correspondiente a la falla por corte del suelo no perturbado.

9. Retire la llave especial, instale la manivela giratoria en la parte superior de la varilla guía y gírela seis vueltas en el sentido de las agujas del reloj para remover completamente el suelo alrededor del cabezal de corte de la veleta. Luego, retire la manivela giratoria y vuelva a insertar la llave especial. De acuerdo con la cláusula 8, mida y registre el valor máximo del indicador de cuadrante Ry en el momento de la falla por corte del suelo remoldeado. El ensayo de resistencia al corte del suelo remoldeado se realizará de acuerdo con los requisitos de ingeniería.

10. Para cabezales transversales de tipo embrague, retire la llave especial, levante la varilla guía 2 cm ~ 3 cm para desenganchar los dientes del embrague, luego inserte la llave especial nuevamente, gire la manivela a una velocidad constante y registre la lectura estable Ry del medidor para la fricción entre el eje y el suelo;

11. Para el cabezal dentado, gire rápidamente la manivela en sentido antihorario más de diez veces para desenganchar el eje del cabezal. A continuación, gire la manivela en sentido horario a velocidad constante y registre la lectura del medidor Ry cuando el eje roce con el suelo.

12. Tras la prueba, retire las piezas giratorias y la base. Inserte un gancho en el orificio de la varilla guía y retire la varilla de perforación y el cabezal sección por sección. Limpie el cabezal y compruebe que no haya tornillos sueltos ni el eje doblado.

13. Al realizar ensayos de cabeza transversal en agua, si el suelo en el fondo del pozo es blando, se debe utilizar un controlador de revestimiento para evitar que este se hunda durante el ensayo.

14. En el caso de los instrumentos de corte de paletas de anillo de acero abierto, se debe corregir la influencia de la fricción entre la varilla del eje y el suelo.

15. Antes y después de las pruebas de ingeniería, se deberá calibrar el sensor de par del cabezal de corte de paletas. Si se presenta alguna anomalía durante el uso, se deberá recalibrar. El sensor, los cables y los instrumentos de medición utilizados para la calibración deberán ser los mismos que los utilizados durante la prueba.

III. Comparación fundamental de los dos métodos de prueba

1. Principio de medición

Método electrónico: Utiliza un sensor de par para convertir directamente la resistencia al corte en señales eléctricas.

Método mecánico: Se basa en la transmisión mecánica y en las lecturas de un comparador de cuadrante (o aguja).

2. Modo de adquisición de datos

Método electrónico: Recopilación y registro automático de datos digitales.

Método mecánico: Lectura y registro manual por parte de los operadores.

3. Precisión de las pruebas

Método electrónico: Mayor precisión con menor margen de error humano.

Método mecánico: Precisión relativamente menor, influenciada por la operación manual.

4. Complejidad de la operación

Método electrónico: Requiere conexión eléctrica, calibración y configuración del sistema.

Método mecánico: Más pasos mecánicos, pero una estructura de sistema más simple.

5. Estabilidad de los datos

Método electrónico: Gran capacidad antiinterferencias y salida estable.

Método mecánico: Los datos pueden fluctuar debido a las diferencias en la lectura por parte del operador.

6. Estructura del equipo

Método electrónico: Sistema integrado que incluye sensor, cables e instrumentación digital.

Método mecánico: Principalmente componentes mecánicos como varillas, manivela y comparador de cuadrante.

7. Requisitos de mantenimiento

Método electrónico: Requiere calibración periódica de sensores y mantenimiento electrónico.

Método mecánico: Principalmente inspección mecánica y lubricación.

8. Costo y ámbito de aplicación

Método electrónico: Mayor costo, adecuado para proyectos de ingeniería e investigación de alto nivel.

Método mecánico: Menor costo, ampliamente utilizado en investigaciones geotécnicas rutinarias.

9. Adaptabilidad en campo

Método electrónico: Adecuado para condiciones de monitoreo avanzado y continuo.

Método mecánico: Más adaptable en entornos de campo básicos con suministro eléctrico limitado.

10. Tendencia general de desarrollo

Método electrónico: Representa la dirección del desarrollo moderno, digital y automatizado.

Método mecánico: Tradicional, pero aún muy utilizado debido a su simplicidad y fiabilidad.

IV. Conclusión

Tanto los ensayos de corte con veleta eléctricos como mecánicos se utilizan principalmente para determinar la resistencia al corte de arcillas blandas, pero difieren significativamente en los métodos de adquisición de datos y su aplicabilidad en ingeniería.

Ante la creciente demanda de precisión y automatización de datos en la ingeniería geotécnica, los equipos de ensayo eléctricos se están convirtiendo gradualmente en la principal tendencia de desarrollo; mientras que los equipos mecánicos siguen manteniendo un valor importante en la ingeniería básica y la topografía tradicional.