Aplicaciones de la veleta para medición in situ de la resistencia al corte de suelos blandos en México

El objetivo de este artículo es destacar los beneficios de la prueba de veleta in situ para determinar la resistencia al corte de suelos blandos, a través de algunas experiencias en México. Detalles mecánicos y su operación están fuera del objetivo, ya que éstos pueden consultarse en publicaciones al respecto. La veleta ha sido usada en México, más en años pasados que en recientes. La primera, en los años cincuenta con fines de investigar el subsuelo de la Ciudad de México, poco conocido hasta entonces (Marsal y Mazari, 1959). Un segundo tipo de veleta de los sesenta a los ochenta, primero para investigaciones de Proyecto Texcoco, y luego se extendió a estudios de la práctica común (Carlson, 1948; Santoyo, 1968). Posteriormente, hasta el presente, prácticamente dejó de utilizarse, al contrario de otros países en los que su empleo es frecuente y se ha perfeccionado al ritmo de los avances tecnológicos. 

La medición de la resistencia al corte con veleta eléctrica, bien calibrada, es quizá la más confiable entre los diferentes procedimientos para determinarla. La prueba es rápida y se realiza en el estado natural, inalterado del suelo, a diferencia de las pruebas de laboratorio en las que se emplean “especí- menes inalterados”, pero que en realidad han experimentado alteraciones, sea por muestreo, transporte, extracción del muestreador, labrado, pérdida de humedad, fisuras naturales o inducidas y por otras causas, si bien son indispensables para ver, tocar y clasificar el suelo y obtener propiedades índice, como contenido de agua, relación de vacíos, peso volumé- trico, grado de saturación, y mecánicas, como resistencia al corte en pruebas de compresión simple, compresión triaxial, compresibilidad y otras. Las pruebas de veleta, por su confiabilidad, son indicadas en problemas en los que la resistencia al corte juega un papel determinante, como en estabilidad de taludes naturales y de estructuras de tierra (terraplenes, bordos) construidos sobre suelos blandos, así como en la capacidad de carga de cimentaciones, estabilidad de excavaciones y de estructuras profundas (lumbreras, túneles y otras obras subterráneas). Si la resistencia al corte medida con veleta proporciona valores confiables, también lo serán los factores de seguridad. Esta es una razón poderosa para comprender su importancia en México.

 En el apartado 2 de este artículo se mencionan las veletas eléctricas utilizadas en México. En el apartado 3, a modo de ejemplos, se resumen resultados de algunas aplicaciones en el ex Lago de Texcoco y en la Ciudad de México, incluyendo los terraplenes de prueba del camino Peñón-Texcoco en el periodo 1968-1974 que recíprocamente se complementan con los trabajos de Rico y Moreno de 1968, reproducidos en el trabajo de Moreno Pecero (en edición), si bien los enfoques son distintos. Se agrega un ejemplo del interior del país, recordando que en él también existe un sinnúmero de sitios caracterizados por la presencia de suelos blandos, sobre todo en planicies costeras. Finalmente, el apartado 4 reúne las conclusiones desprendidas de este artículo.

 2. VELETAS ELÉCTRICAS UTILIZADAS EN MÉXICO 

El artículo se refiere a las veletas nombradas “veletas eléctricas”, que se distinguen de las pioneras mecánicas, no empleadas en México, así como de las veletas recientes más desarrolladas (Geonor, s/f; Van den Berg, s/f; Ingenjörsfirman Geotech, s/f). Esto no resta confiabilidad a las veletas eléctricas diseñadas en México, cuando una y otras son apropiadamente calibradas y operadas.

Dos tipos de veletas eléctricas se han diseñado y usado en México: la primera (Veleta 1) fue, con fines de investigación, diseñada por Marsal en los cincuenta (Marsal y Mazari, 1959), en parte basada en la de Carlson (1948); se utilizó por última vez en 1968. La Veleta 2, desarrollada por Santoyo (1968), es una variante evolucionada de la primera, usada en un principio en estudios de Proyecto Texcoco (Santoyo, 1969) y después en diversos estudios de la práctica profesional. Ambas veletas están instrumentadas con medidores eléctricos de deformación para evaluar el par torsor producido al girar manualmente una manivela situada en el extremo superior de las barras que conectan con la veleta propiamente dicha, rotada a una velocidad de 4º/minuto. El cuerpo protector del medidor eléctrico, situado en el extremo inferior, mide 95 mm de diámetro en la Veleta 1 y 53.5 mm en la Veleta 2. En términos generales, los principios son los mismos en ambas veletas. La operación de la segunda es notablemente más práctica. Detalles constructivos de ellas están publicados en los trabajos de Marsal y Mazari (1959) y Santoyo (1968). El procedimiento seguido en las pruebas presentadas a continuación fue el establecido convencionalmente para la Veleta 2. Se aplicó la mencionada velocidad de deformación blanda, de gran espesor, altamente compresible y de muy baja resistencia al corte.  

3. Terraplenes de prueba del camino Peñón-Texcoco

 En estos terraplenes experimentales, construidos en 1965, descritos en Rico, Moreno y García (1969), las pruebas de veleta se realizaron en cuatro lapsos intermitentes, uno en 1968, dos en 1973 y uno en 1974 (Geotec 1972, 1973 y 1974), según avances de la investigación llevada a cabo por la ex Secretaría de Obras Públicas (SOP). La investigación abarcaba una amplia variedad de instrumentación y cuidadosas mediciones, para conocer el comportamiento de dos terraplenes de prueba. Los resultados de la investigación serían básicos para el proyecto y diseño del camino PeñónTexcoco, el cual cruza el lago sobre un subsuelo de arcilla estima a largo plazo, como en los últimos años lo atestiguan hundimientos y tramos inundables del camino, a los que ha contribuido el bombeo de pozos a lo largo de él. Según Rico, Moreno y García (1969), el Terraplén 1 tenía un espesor de 4.0 m y bermas a los lados de 9 m de ancho; se construyó con material convencional de 1.8 t/m3 de peso volumétrico. El terraplén 2 es de 3.5 m de espesor, sin bermas y construido con material ligero de 1.2 t/m3 . La corona de ambos mide ~ 22 x 120 m. En la misma figura aparece la distribución de seis sondeos de veleta y de dos sondeos con muestreo inalterado, S1-1 y S1-2 (veánse figuras 3a y 3b); el segundo está retirado de la influencia de los terraplenes. El contenido de agua w es sensiblemente igual en los dos sondeos. En esas figuras se observa el orden, de más a menos, de los valores de la resistencia al corte máxima svm obtenidos con veleta, sQ (prueba triaxial UU) y squ (prueba de compresión simple). Esto ocurre sistemáticamente en otros ejemplos presentados en este artículo y en muchos otros, y se atribuye a las causas citadas en la introducción. La resistencia con veleta de la arcilla remoldeada es, obviamente, baja, y su trayectoria con la profundidad es sensiblemente paralela a svm.