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• Alam M. Gonza

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ENSAYO CBR DE LABORATORIO GENERALIDADES  INFORME No. 01 Ensayo: CBR de laboratorio  NORMA ASTM D 1883-07 /MTC- E 132 OBJETIVOS   

Hallar la capacidad de soporte de un suelo Para la determinación de un índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, que es muy conocido, como CBR Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de subrasante y de las capas de base, subbase y de afirmado.

MATERIALES Y EQUIPOS a) Prensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la penetración de uN pistón en el espécimen. El pistón se aloja en el cabezal y sus características deben ajustarse a las especificadas en el numeral 4.1.7. El desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a una velocidad uniforme de 1,27 mm (0,05") por minuto. La capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga debe ser de 44,5 kN (10000 Ibf) o más y la precisión mínima en la medida debe ser de 44 N (10 lbf) o menos. b) Molde, de metal, cilíndrico, de 152,4mm ± 0,66 mm (6 ± 0,026") de diámetro interior y de 177,8 ± 0,46 mm (7 ± 0,018") de altura, provisto de un collar de metal suplementario de 50,8 mm (2,0") de altura y una placa de base perforada de 9,53 mm (3/8") de espesor. Las perforaciones de la base no excederan de 1,6 mm (28 1/16”) las mismas que deberan estar uniformemente espaciadas en la circunferencia interior del molde de diámetro (Figura 1a). La base se deberá poder ajustar acualquier extremo del molde. c) Disco espaciador, de metal, de forma circular, de 150,8 mm (5 15/16”) de diametro exterior y de 61,37 +- 0,127 mm (2,416 +- 0,005”) de espesor (Figura 1b), para insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación. d) Pisón de compactación como el descrito en el modo operativo de ensayo Proctor Modificado, (equipo modificado).

e) Aparato medidor de expansión compuesto por:  Una placa de metal perforada, por cada molde, de 149,2 mm (5 7/8") de diámetro, cuyas perforaciones no excedan de 1,6 mm (1/16") de diámetro. Estará provista de un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura (Figura 1d).  Un trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve montado y bien sujeto en el centro un dial (deformímetro), cuyo vástago coincida con el de la placa, de forma que permita controlar la posición de éste y medir la expansión, con aproximación de 0,025 mm (0,001") (véase Figura 1c). f) Pesas. Uno o dos pesas anulares de metal que tengan una masa total de 4,54 ± 0,02kg y pesas ranuradas de metal cada una con masas de 2,27 ± 0,02 kg. Las pesas anular y ranurada deberán tener 5 7/8” a 5 15/16” (149,23 mm a 150,81 mm) en diametro; ademas de tener la pesa, anular un agujero central de 2 1/8” aproximado (53,98 mm) de diametro. g) Pistón de penetración, metálico de sección transversal circular, de 49,63 ± 0,13 mm (1,954 ± 0,005”) de diametro, area de 19,35 cm2 (3 pulg2) y con longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con las sobrecargas precisas de acuerdo con el numeral 6,4, pero nunca menor de 101,6 mm (4"). h) Dos diales con recorrido mínimo de 25 mm (1") y divisiones lecturas en 0,025 mm (0,001"), uno de ellos provisto de una pieza que permita su acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la muestra. i) Tanque, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua. j) Estufa, termostáticamente controlada, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 ºC. k) Balanzas, una de 20 kg de capacidad y otra de 1000 g con sensibilidades de 1 g y 0,1 g, respectivamente. l) Tamices, de 4,76 mm (No. 4), 19,05 mm (3/4") y 50,80 mm (2"). m) Misceláneos, de uso general como cuarteador, mezclador, cápsulas, probetas, espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde, etc.

MUESTRA La muestra deberá ser preparada y los especímenes para la compactación deberán prepararse de acuerdo con los procedimientos dados en los métodos de prueba NTP 339.141 ó NTP 339.142 para la compactación de un molde de 152,4mm (6”) excepto por lo siguiente: 

Si todo el material pasa el tamiz de 19mm (3/4”), toda la graduación deberá usarse para preparar las muestras a compactar sin modificación. Si existe material retenido en el tamiz de 19 mm (3/4”), este material deberá ser removido y reemplazado por una cantidad igual de material que pase el tamiz de ¾ de pulgada (19 mm) y sea retenido en el tamiz Nº 4 obtenido por separación de porciones de la muestra no de otra forma usada para ensayos.

PROCEDIMIENTO

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Tomar el peso del molde, el cual debe ser un dato para corroborar, pues cada molde debe tener en sus paredes exteriores los datos de su peso, altura y volumen.

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Se arma el equip o de compactación, es decir base, molde, camisa superior y ajuste de tornillos. Se debe asegurar que el terreno o superficie donde la base del molde quede apoyada, sea firme y no presente deformaciones ni pendientes. Se introduce el disco espaciador sobre la base perforada y sobre este un papel de filtro y de esta manera asegurando que el suelo no presente adherencia con el disco durante la compactación.

Imagen:Disco espaciador y papel de filtro dentro del molde  

Se lleva a cabo la etapa de compactación, que para el caso serán cinco (5) capas, por tratarse del molde utilizado en Proctor modificado. -A continuación se retira la camisa superior del molde y se enrasa la muestra, asegurando que los espacios que hayan quedado sean llenados con material mas fino que los orificios producidos en el enrase. Del material sobrante se debe apartar una muestra representativa con el fin de determinar el porcentaje de humedad.

Imagen Peso de molde mas suelo compactado  

Con el fin de determinar el peso unitario del suelo, se retira el disco espaciador y se pesa el conjunto molde mas suelo compactado. Luego sobre la base se coloca un papel de filtro y el molde se coloca sobre este, pero esta vez invertido, de manera que el papel de filtro quede en contacto con la superficie enrasada.

A partir de este paso, el ensayo se puede llevar a cabo de dos maneras diferentes y a saber: la primera con muestras saturadas y la segunda con muestras en condición natural. SATURADA 

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Lo primero que se debe hacer es determinar la presión o esfuerzo que producirá el suelo a esa profundidad, a causa de la estructura de pavimento que sobre este se vaya a construir. Una vez se tenga este dato, se debe determinar el número de sobrecargas metálicas que simularan este esfuerzo, teniendo en cuenta el área de contacto. Una vez se haya invertido el molde, se colocara sobre la muestra compactada, la placa perforada con el vástago y las sobrecargas previamente determinadas y cuyo valor se debe registrar. Tanto en el manual de Joseph Bowles como la Norma INV 148, recomiendan que la aproximación debe ser de 2,2 kg y nunca por debajo de 4,5 kg. Alistar un tanque cuya superficie inferior sea plana y estable y que se encuentre en un lugar donde no hayan vibraciones ni riesgos de producir oleaje o turbulencia dentro del mismo. Sumergir el molde en el tanque con todo su conjunto y asegurarse que el nivel del agua sobrepase el extremo superior de la muestra. Se recomienda que la lámina de agua superior este 20 mm arriba del punto donde empieza la camisa superior

Imagen: Inmersión de molde y colocación de trípode con deformimetro 

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Se monta el trípode sobre el borde del molde, marcando con tiza o marcador los puntos exactos de contacto de las tres patas del trípode. Esto en caso de ser necesario retirarlo durante el ensayo y ponerlo nuevamente. Se ajusta el deformimetro de caratula y se registra la primera lectura, registrando también la hora y el día exacto. El ensayo puede tener una duración de 96 horas, pero se puede dar por terminado cuando se registren valores cero de expansión por un periodo mayor a 24 horas. Por lo anterior se deduce que en ningún momento se puede dar por terminada la inmersión por un periodo inferior a 24 horas. Se recomienda hacer lecturas en los siguientes intervalos de tiempo:

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Luego de retirar la muestra de la inmersión, se debe sacar y dejar drenar por un lapso de 15 minutos y secar sus superficies expuestas. Luego de esto se debe registra el peso muestra saturada mas molde. Llevar el conjunto (con sobrecargas incluidas)a la máquina de compresión y con una presión no mayor a 4,5 kg presionar el pistón de penetración sobre la muestra. Tanto el deformimetro de carga como el deformimetro de penetración se deben llevar a cero luego de realizar el paso anterior. A partir de este momento se lleva a cabo la compresión con una velocidad de penetración de 1,27 mm por minuto. La penetración se debe llevar hasta una profundidad de penetración de 0, 5 “ y los rangos de registros que se tomen pueden ser definidos por el ingeniero encargado. Se recomienda que sean rangos no mayores a 0,025 “. Entre mas registros se tomen, la curva será mucho mejor definida

Imagen: penetración de CBR

NO SATURADA    

Llevar el conjunto (con sobrecargas incluidas)a la máquina de compresión y con una presión no mayor a 4,5 kg presionar el pistón de penetración sobre la muestra. Tanto el deformimetro de carga como el deformimetro de penetración se deben llevar a cero luego de realizar el paso anterior. A partir de este momento se lleva a cabo la compresión con una velocidad de penetración de 1,27 mm por minuto. La penetración se debe llevar hasta una profundidad de penetración de 0, 5 “ y los rangos de registros que se tomen pueden ser definidos por el ingeniero encargado. Se recomienda que sean rangos no mayores a 0,025 “. Entre más registros se tomen, la curva será mucho mejor definida

CALCULOS 

Área de molde

Donde: A: área del molde D: diámetro del molde

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Volumen del molde

Donde V: volumen del molde H: altura del molde 

Porcentaje de humedad

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Densidad húmeda

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Densidad húmeda

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Densidad seca

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Grafica Carga vs Penetración

Cuando la parte inicial de la gráfica se presente cóncava hacia arriba, se debe trazar una tangente a la curva en el punto de inflexión, prolongándolo hasta el eje de las abscisas y cuyo punto se tomara como el nuevo origen.  CBR a 0,1” y 0,2 “ de penetración:

A continuación se muestra la tabla donde se presentan los datos correspondientes a la muestra patrón:

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Porcentaje de expansión:

Donde

1. MEDIDA DE LA DEFLEXION Y DETERMINACION DEL RADIO DE CURVATURA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE EMPLEANDO LA VIGA BENKELMAN GENERALIDADES  INFORME No. 02 Ensayo: Medida de la deflexion y determinacion del radio de curvatura de un pavimento flexible empleando la viga benkelman  NORMA ASTM D 4695 /MTC- E 1002-2000 OBJETIVOS  

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Describir el procedimiento que se debe seguir, para la determinación estatica de la deflexión elástica recuperada de un firme, utilizando la viga benkelman El ensayo permite determinar la deflexión vertical y puntual de una superficie bajo la acción de una carga normalizada, transmitida por medio de las ruedas gemelas de un eje simple tipo Permite evaluar la línea de influencia de la deformada originada por la carga, midiendo las deflexiones para diferentes posiciones del punto de aplicación de la carga, con relación al punto de medida fijo en el que se requiere hacer la determinación de la línea de influencia

MATERIALES Y EQUIPOS  Dispositivo de carga estática no continua – Es un dispositivo que funciona bajo el principio del brazo de palanca simple. Este dispositivo debe tener una sonda calibradora de, por lo menos, 2.5 m (8.2 pies) de largo y su extensión debe bajar el deformímetro (dial medidor) o el sensor electrónico que mide la máxima deflexión de la superficie del pavimento con una sensibilidad mínima de 0.025mm (0.001”). Un ejemplo de este tipo de equipo es la viga Benkelman  Viga Benkelman – Es un deflectómetro mecánico simple. Una palanca, suspendida en un bastidor, transmite la deflexión vertical del punto de medida a un comparador o dial medidor. Las dimensiones son las que se indican :  Longitud del primer brazo de ensayo, desde el pivote al punto de prueba= 2,440m  Longitud del primer brazo de ensayo, desde el pivote al punto de apoyo del vástago de su dial registrador= 0,610m  Longitud del segundo brazo de ensayo. Desde el pivote a la punta de prueba= 2,190 m  Longitud del segundo brazo de ensayo, desde el pivote al punto de apoyo del vástago de su dial registrador= 0,5475 m

 un camión para ensayo con las siguientes características el eje trasero pesara en la balanza 8175 kg, igualmente distribuidos en sus ruedas duales y estará equipado con llantas de caucho y cámaras neumáticas. Las llantas deberán ser 10”x20”,12 lonas e inflado a 5,6 kg/cm (80 lb/pulg2). La distancia entre los puntos medios de la banda de rodamiento de ambas llantas de cada rueda dual debe ser de 32 cm.  Un medidor de presión de inflado  Un termómetro de 0 a 100°C con divisiones cada grado  Un barreno para ejecutar orificios en el pavimento de 4 cm de profundidad y 10mm de diámetro  Un cronometro  Una wincha de acero de 2 m y otra de 25m  Un vibrador PREPARACIÓN DEL ENSAYO  El vehiculo especificado en la Sección 4.2 se carga con paralelepípedos , preferiblemente de metal, de concreto o de piedra y se pesan en una báscula contrastada hasta tener la carga de 80 kN (18000 lbf) en el eje simple trasero. Se comprueba la carga al comienzo del ensayo y para series de ensayos al comienzo y al final de la jornada de trabajo. Se pesa el eje trasero y las ruedas gemelas, bajo las cuales se realizara la medida, la masa en estas últimas será de 40 kN (9000 lbf). Si los materiales utilizados para cargar el vehiculo son susceptibles a las variaciones de humedad, se deberá proteger con una lona.  Se imprime sobre un papel la huella de las ruedas gemelas cargadas correctamente, con la presión de inflado recomendada por el fabricante de los neumáticos para esa carga. Para ello se levantan las ruedas con un gato sobre una superficie lo mas plana posible se coloca el papel debajo y se descienden las ruedas reposando libremente toda la carga sobre el papel. Se anota la presión de inflado con la que se ha obtenido la huella. La presión de inflado se debe comprobar cada dos horas.  Se monta la viga Benkelman o similar, comenzando por los tres tramos de la palanca de medida. Luego se coloca el nivel y finalmente el deformímetro. Se comprueba el correcto funcionamiento de todo el conjunto

PROCEDIMIENTO  Con el fin de medir la temperatura del pavimento se practica un orificio (antes de comenzar el ensayo y simultáneamente con el trazado de la línea), de 20 a 50 mm de profundidad y 10mm de diámetro, aproximadamente, emplazado sobre la línea paralela al eje del camino, que pasa por el punto de determinación de la deflexión y a 500 m del mismo, en el sentido de avance del camión. Se llena con glicerina o aceite, a no menos de 10 minutos antes de iniciar el ensayo, se inserta el termómetro y se lee la temperatura, retirando el mismo antes del desplazamiento del camión. El rango de temperatura de trabajo deberá quedar dentro de los siguientes límites: Límite inferior 5º C y Límite superior 35º C.  Se mide y anota la temperatura ambiente o si cambian las condiciones ambientales. Se mide y se anota la temperatura del pavimento al comienzo del ensayo y cuando la temperatura del aire varíe en 2º C o cambie la insolación del pavimento. Cuando se cuente con la información necesaria de temperatura ambiente, se puede emplear el método de la norma INV E – 788 para predecir la temperatura de las capas del pavimento y sustituir lo descrito en la Sección 6.1.  El punto del pavimento a ser ensayado deberá ser marcado convenientemente con una línea transversal al camino. Sobre dicha línea será localizado el punto de ensayo a una distancia prefijada del borde. Se recomienda utilizar las distancias indicadas en la Tabla 1.

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Medición de la deflexión, Método de Recuperación 1

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La rueda dual externa del camión se deberá colocar sobre el punto seleccionado; para la correcta ubicación de la misma, se deberá colocar en la parte trasera externa del camión una guía vertical en correspondencia con el eje de carga. Desplazando suavemente el camión, se hace coincidir la guía vertical con la línea transversal indicada en la Sección 6.3, de modo que simultáneamente el punto quede entre ambas llantas de la rueda dual. Se coloca la viga sobre el pavimento, detrás del camión, perpendicularmente al eje de carga, de modo que la punta de prueba del brazo coincida con el punto de ensayo y la viga no roce contra las llantas de la rueda dual. Se libera el seguro del brazo y se ajusta la base de la viga por medio del tornillo trasero, de manera que el brazo de medición quede en contacto con los diales. Se ajusta el dial del deformímetro de modo que su vástago tenga un recorrido libre comprendido entre 4 y 6 mm. Se gira la esfera del dial hasta que las agujas queden en cero y se verifica la lectura golpeándolo suavemente con un lápiz. Se gira la esfera si es necesario y se repite la operación hasta obtener la posición cero (0). También se puede registrar una lectura inicial diferente de cero (L0) Se hace avanzar suave y lentamente el camión hasta una distancia de 8 m aproximadamente; se pone en marcha el cronómetro cuando el camión se detiene a la distancia indicada y se lee el dial cada 60 segundos, golpeándolo suavemente con un lápiz. Cuando dos lecturas sucesivas no difieran en más de 0.01 mm, se da por finalizada la recuperación, registrándose la última lectura observada (Lf). No obstante, el ensayo no se deberá efectuar a temperaturas inferiores al límite superior indicado en la Sección 6.1, si ellas producen deformación plástica entre ambas llantas de la rueda dual. Para detectar si dicha deformación se produce, se deberá proceder de la siguiente forma: Una vez registradas la lectura Lf, se hace retroceder suave y lentamente el camión hasta que la rueda dual externa quede colocada sobre el punto de ensayo, observando la marcha en la aguja del dial. Si alcanzada cierta posición la aguja se detiene y luego se observa un desplazamiento en sentido contrario, como si se produjera la recuperación del pavimento, ello indica que existe deformación plástica medible entre ambas llantas de la rueda dual. Esa aparente recuperación puede ser debida, también, al hecho que el radio de acción de la carga del camión afecte las patas de la viga (Ver Sección 6.10). Tampoco se deberá efectuar el ensayo si, aun cuando no se detectara deformación plástica mediante el procedimiento recién indicado, se constatará que el radio de acción de la carga del camión afecta las patas de la regla, para lo cual se procederá de la siguiente forma: Una vez registrada la lectura del dial, se hace retroceder lentamente el camión observando el dial. Cuando se observe que el dial se comienza a desplazar acusando la deformación producida por la carga, se marca sobre el pavimento la posición de la guía vertical mencionada en la Sección 6.4 y se detiene el retroceso del camión. Se mide la distancia entre la punta de prueba y la marca practicada sobre el pavimento, de acuerdo con lo indicado antes. Sea “d” esa distancia, si d es mayor de 2.40 m, la acción de la carga del camión afecta las patas de la viga. Se calcula la deflexión de la superficie del pavimento en el punto de medida, deflexión = 2(Df – Do. (Relación de la viga simple del esquema 1:2)

CALCULOS  

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La deflexión bajo el eje de la carga (Do), se calcula mediante la expresión: Do=4xLo, (expresada en 0.01 mm) Donde Lo es la lectura registrada en el dial del primer brazo de ensayo La deflexión a 25 cm del eje de la carga (D25), se calcula con la expresión: D25=4Xl25 (expresada en 0.01 mm) El valor 4 usado por el calculo de Do y D25 obedece a que la relación de longitudes de brazo indicadas en 2.1 es 4. En caso de que la viga utilizada tenga una relación diferente, se aplicara el factor que corresponda El radio de curvatura en el punto de ensayo se calcula con la expresion: