Laboratorio 1 CBR

8/17/2019 Laboratorio 1 CBR

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Carreño Sierra, Ludwing Alfonso; Delgadillo Rico, Oscar Esteban; Sáenz Trujillo, Deivi Stev

Ing. Gloria Inés Beltrán Calvo

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EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO – ENSAYOS DERESISTENCIA Y CAPACIDAD DE SOPORTE

Carreño Sierra, Ludwing Alfonso; Delgadillo Rico, Oscar Esteban; Sáenz Trujillo, Deivi StevDirigido a: Ing. Gloria Inés Beltrán Calvo MS.c PhD

Resumen

El presente informe recopila la información recogida de la exploración del suelo de la UniversidadNacional de Colombia – Sede Bogotá, en un apique realizado cerca del edificio de Cine y Televisiónel día 25 de febrero de 2016. Adicionalmente, se realiza un análisis detallado de las característicasde la muestra inalterada del suelo y de los cálculos realizados para la determinación de lascaracterísticas físico-mecánicas de este.

En la exploración del lecho, se realiza adicionalmente un ensayo de resistencia con el penetrómetrodinámico de cono y posteriormente se realiza en el laboratorio el ensayo (con la humedad del sueloal momento de su almacenamiento) del ensayo de CBR (California Bearing Ratio). De igual forma,este informe recopila los resultados obtenidos del ensayo de CBR con la muestra sumergida y delos diversos procesos que este implica. Vale la pena aclarar que el informe está relacionadoúnicamente con los ensayos mencionados anteriormente, ya que existen múltiples pruebas que pueden producir información más acertada acerca del comportamiento mecánico del suelo.

Palabras Clave: exploración; muestra inalterada; análisis visual del terreno, Ensayo dePenetrómetro Dinámico de Cono, Capacidad de Soporte, CBR (California Bearing Test).

Abstract

This report compiles information gathered from scanning the floor of the Universidad Nacional deColombia - Sede Bogotá, in a apique made near the building of Film and Television on 25 th February 2016. In addition, a detailed analysis is performed characteristics of the unaltered soil sample andcalculations for determining the physical and mechanical characteristics.

On examination is further performed an endurance test with the dynamic cone penetrometer andsubsequently performed in the laboratory test (with soil moisture at the time of storage) assay CBR(California Bearing Ratio). Similarly, this report summarizes the results obtained from testing the

sample immersed CBR and the various processes that this entails. It is worth noting that the reportrelates only to the tests mentioned above, since there are many tests that can produce moreaccurate information about the mechanical behavior of the soil.

Keywords: exploration; unchanged sample; visual field analysis, Dynamic Cone Penetrometer Test,capacity support, CBR (California Bearing Test).


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1. Introducción.

En el recorrido del tiempo, el ser humano se va visto muy interesado por entender elcomportamiento del suelo, sus características, su estructura. Si bien, se han hecho grandesdescubrimientos y desarrollado múltiples expresiones matemáticas para entender su naturaleza,

aun es complicado saber con precisión la conducta físico-mecánica de este.

Siempre, desde tiempos remotos, se han venido realizando formas para identificar los perfiles delsuelo, aunque indirectamente el reconocimiento se hacía con actividades culturales, hoy en dia esindispensable para determinar la mejor opción de fundación a la hora de construir.

El hecho de que se busque la mejor opción de suelo a la hora de construir va de la mano a laresistencia de la obra, estudios matemáticos, y más aun a la disminución de costos por lascimentaciones que se deberán realizar.

Para la exploración existen principalmente dos clases de métodos: los directos y los indirectos. Losmétodos directos se realizan in situ por el contario, los métodos indirectos emplean equipos yadicionalmente se cooperan con información secundaria

Los métodos de exploración directos pueden aplicarse a muestras alteradas e inalteradas según eltipo de perforación que se use, análogamente, los métodos indirectos son una manera aproximadade predecir lo que probablemente se encontraría en el terreno al momento de ir directamente a la zona de investigación, sin embargo, este método no proporciona las características reales del sueloanalizado.

De igual forma, una recomendación muy importante que puede ser vital para la obtención de los

mejores datos de las características del terreno es mantener la muestra lo más inalterada posible;aunque en la vida cotidiana, esto es complicado debido a factores climáticos o secundarios, comoel transporte de la muestra hacen que la muestra pueda alterarse hasta cierto punto y conlleve adar con resultados bastante alejados a la realidad, llegando así a que se tomen decisionesincorrectas al tratar con el suelo a estudiar.

En caso de que la muestra llegue al laboratorio en las más óptimas condiciones, se deben realizarlos estudios necesarios de la forma más detallada posible, siendo así que a mayor confiabilidad delos resultados se pueda ejercer un mayor control en el uso del suelo y el procedimiento altratamiento de este. Dicha confiabilidad en los estudios obtenidos en el laboratorio y aproximando

un escenario real de una muestra inalterada obtenida es en lo que se basa este informe paradeterminar los resultados de los ensayos de Penetración Dinámica con Cono y el ensayo CBR.

2.

Objetivos.

Obtener de una muestra inalterada de suelo a partir del procedimiento descrito en la I.N.V148, la cual define los procedimientos para la relación de soporte del suelo (CBR) en ellaboratorio.


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EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO – ENSAYOS DE RESISTENCIA Y CAPACIDAD DE SOPORTEUniversidad Nacional de Colombia - Pavimentos

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Determinar a partir de la evaluación visual, el suelo que se encuentra a lo largo del apiquerealizado.

Dar a conocer las condiciones mecánicas del suelo (de forma aproximada), a partir delensayo de Penetración Dinámica con Cono.

Dar a conocer las condiciones mecánicas del suelo (de forma aproximada) relacionadascon la resistencia al corte del mismo, a partir del ensayo de CBR.

Nota: se menciona de forma aproximada ya que, durante el transporte de la muestra y lascondiciones climáticas del día de la perforación, la muestra pudo alterarse.

3. Procedimiento.

Para realizar el ensayo de CBR inalterado se desarrolló el siguiente procedimiento:

a) Se requiere obtener una muestra, la cual será usada para determinar el CBR inalterado.Esta muestra se obtiene a partir de un apique realizado en la zona escogida. El apiqueconsiste en una excavación vertical de 1,5 m de profundidad con dimensiones en plantade 0,7m x 0,7 m. Sin embargo, antes de hacer la excavación, se debe realizar el descapoteque consiste en el retiro de la capa vegetal, sin hacer daños a esta, para posteriormentedevolverla a su sitio de origen. Para la elaboración del apique se usan palas, picas, barras,etc.

Ilustración 1: Descapote y excavación. Fuente propia.

Nota: a la hora de realizar el apique se encontró que el material encontrado a una profundidad de 60 cm aproximadamente, correspondía a escombros.

b) Después de llegar a la profundidad deseada, se realiza la identificación cualitativa del suelodescribiendo la composición, consistencia, y grado de humedad.


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c) Posterior a la identificación prepara la muestra, para esto es alisada la superficie en el sitiodonde se quiere extraer el espécimen asegurándose de no alterar la condición natural delsuelo. Se inserta el molde CBR al cual se le coloca un anillo de borde cortante de maneraque éste quede en contacto con el suelo ejerciendo una presión moderada. Posteriormentese cava una zanja alrededor del molde para poder ejercer presión sobre éste, de ser

necesario se utiliza una barra de carga para este fin. A medida que se va cavando la zanja y la muestra es colocada en el molde, se va retirando (cortando) el material adyacente(también se le hace la respectiva identificación nombrada en el punto anterior) al cilindroteniendo cuidado de no alterar el contenido de éste. Cuando la muestra ocupe el molde ensu totalidad se retira el anillo de corte y el de extensión para enrasar debidamente las doscaras de la muestra. Finalmente se cubre con un material protector (vinipel) la superficiede las caras enrasadas para evitar alteraciones de humedad; en este caso a la muestra nole fue retirado el anillo de corte.

d) Luego de la preparación de la muestra se procede a la realización del ensayo de expansiónen el laboratorio. Primero es retirada la protección, pero como la muestra llevada allaboratorio fue transportada con el anillo de corte aún puesto se procede a retirar el anillo y enrasarla debidamente. Luego se coloca el anillo de expansión para facilitar el ensayo.Sin embargo, sobre la muestra se colocan dos pesas de sobre carga de aproximadamente5 libras cada una, las cuales simulan las condiciones de carga las que será sometido elsuelo por la estructura de pavimento. Es ubicado el trípode de medición sobre el anillo deexpansión (se recomienda marcar la ubicación de las patas del trípode con el fin de realizarlas lecturas en el mismo lugar) donde es tomada la primera lectura, esto para evitaralteración en los resultados; en la normativa (INV 148) se solicita anotar el día y la horarespectivas del ensayo.

e)

Luego de enrasar la muestra se coloca el molde con la muestra sobre el falso fondo ubicadoen la máquina de ensayo justo bajo el pistón de carga, de manera que éste quede en elcentro de la muestra. Se ajusta el pistón hasta que se realice una pequeña presión sobre elespécimen para posteriormente ajustar al cero los diales de carga y deformación. Se iniciala aplicación de la carga girando la manivela presente en la máquina, la cual actúa comoun gato hidráulico haciendo que el pistón penetre el espécimen, la velocidad de penetracióndebe ser constante (0.05 pulg/minuto), esto se logra con la aplicación de carga controlada por deformación, es decir, se debe garantizar cierta deformación en un tiempodeterminado, en este caso las deformaciones corresponden a 0.005, 0.025, 0.050, 0,075,0.100, 0.150, 0.200, 0.250, 0.300, 0.400 y 0.500 pulg. Para garantizar que los valores

deformación se den en el tiempo exacto es utilizado un cronómetro procurando garantizarla velocidad exigida. Los valores arrojados por el dial de carga son consignados en surespectivo formato (éste es entregado por el laboratorio al iniciar el ensayo). Posteriormentese retira el pistón de carga de la muestra, para después extraer parte del material que fueafectado por el pistón y determinar la humedad de este. La humedad se determina, dejandoel material en un horno por un tiempo mínimo de 24 horas, para que este pierda el aguaque posee por evaporación, es necesario registrar el peso del recipiente más la muestrahúmeda y finalmente el peso del recipiente con la muestra seca.


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f)

La muestra es llevada a inmersión por mínimo cuatro días con el objetivo de determinar el porcentaje de expansión de ésta.

g)

Luego del transcurso del tiempo necesario se toma una lectura final con el trípode medidora la muestra, para realizar este procedimiento es necesario esperar al menos 15 minutosluego de retirar la muestra del estanque donde estaba sumergida.

h)

Finalmente se realiza de nuevo un ensayo de penetración a la muestra que estabasumergida, de la misma manera que el paso número d.

En cuanto al ensayo de Penetración Dinámica del Cono (PDC) fue elaborado por el laboratorista acargo del equipo debido a la practicidad y cuidados necesarios para que los datos sean lo máscorrectos posibles. A diferencia del CBR, es un ensayo in-situ, de más rápida elaboración. El

procedimiento fue el siguiente:

a)

Mientras otro equipo de trabajo realizaba el apique, el laboratorista se ubicó a unadistancia aproximada de 1.5 metros del apique en donde procedió a armar Penetrómetro.

b)

Luego de armado el Penetrómetro, se verificó la perpendicularidad del instrumento, estocon el fin de obtener datos precisos a la hora de leer la regleta ubicada paralelamente a lavarilla que daba dirección al cono.

c) Una compañera de estudio, realiza la lectura inicial de la ubicación del cono. Se procede arealizar el conteo y la lectura de 51 golpes. La penetración se realizaba con la caída libredel cono.

d)

Se realiza la toma de datos y se procede al estudio matemático de los valores obtenidos.

4.

Datos, cálculos y resultados.

CBR CALIFORNIA BEARING RATIO)

Humedad y peso unitario

Una vez extraída la muestra de suelo y llevada al laboratorio cuidadosamente para no afectar sus propiedades, se tomaron algunos datos para determinar su humedad y peso unitario con y sininmersión de la muestra, tal como se muestra en la tabla 1 y 2.


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Humedad Sin inmersión Con inmersión

Recipiente No. 69 g31Peso suelo húmedo + Recipiente (P1) g 243,33 170,92

Peso suelo seco + Recipiente (P2) g 208,69 139,11Peso recipiente (P3) g 30,9 36,5

Tabla 1: Datos tomados en el laboratorio para la determinación de humedad

Peso unitario Sin inmersión Con inmersión

Pesos del recipiente o molde 4586,0 4586,0Peso de la muestra + molde g 8817,6 11637,0

Tabla 2: Datos tomados en el laboratorio para la determinación del peso unitario

Las dimensiones del molde para determinar el volumen de la muestra se encuentran especificadasen la norma del INVIAS INV E-148-13 y se muestran en la tabla 3.

Diámetro (cm) 15,2 Altura (cm) 17,8

Tabla 3. Dimensiones del molde para determinar el volumen

A partir de la información dada en la tabla 1 es posible determinar la humedad de la muestra ensu estado natural y después de la inmersión a través de la siguiente ecuación:

= =1 223 ó 1

Reemplazando en la ecuación 1 los datos obtenidos para la muestra en estado natural:

= 243,33208,69208,6930,90 =0,195

% =19,5% De igual forma, reemplazando los datos para la muestra con inmersión:

= 170,92139,11139,1136,50 =0,310

% =31,0% Para determinar el peso unitario se aplica la siguiente ecuación:

= = +

ó 2

Con los datos de la tabla 2 y 3 determinamos el peso unitario de la muestra sin inmersión o enestados natural:


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= 8817,64586,017,8 ( 15,2 4 )

= 4231,6 3230,0

= 1,31 /

Para la muestra con inmersión, el peso unitario es el siguiente:

= 11637,04586,017,8 ( 15,2 4 )

= 7051,0 3230,0

= 2,18 / Relación de soporte CBR

Durante el ensayo de CBR se aplicó una carga mediante un pistón con una velocidad de

penetración constante, de forma que se anotaron lecturas de carga para determinadas penetraciónde pistón dentro de la muestra. En las tablas 4 y 5 se muestran los resultados obtenidos en elensayo de laboratorio tanto para la etapa de falla sin inmersión como para la etapa de falla coninmersión.

Etapa de falla sin inmersión

Penetración

Pulg)

Esfuerzo

estándar

lb/Pulg2)

Tiempo

Lectura anillo de

carga x10~-4in)

0,005 - 6 20,025 - 30 80,05 - 1'' 160,075 - 1' 30 210,1 1000 2 220,15 - 3 260,2 1500 4 300,25 - 5 330,3 1900 6 37

0,4 2300 8 440,5 2600 10 51

Tabla 4. Datos del ensayo de CBR para falla sin inmersión


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Etapa de falla con inmersión

Penetración

Pulg)

Esfuerzo

estándar

lb/Pulg2)

Tiempo

Lectura anillo de

carga x10~-4in)

0,005 - 6 2

0,025 - 30 60,05 - 1'' 90,075 - 1' 30 11,5

0,1 1000 2 140,15 - 3 170,2 1500 4 190,25 - 5 190,3 1900 6 -0,4 2300 8 -0,5 2600 10 -

Tabla 5. Datos del ensayo de CBR para falla sin inmersión

Como se puede observar en la tabla 5 no todos los valores de lectura del anillo de carga fuerontomados debido a que debajo del pistón de penetración se encontró una pequeña roca que pudoocasionar que el pistón no avanzara y se leyera la misma carga en los últimos valores de penetración. Por esta razón el ensayo se detuvo y no se tomaron todas las lecturas.

También se observa que las unidades de lectura de carga están en longitud y no en unidades defuerza, por lo que se debe aplicar la ecuación del anillo de carga H4454A para transformar las

lecturas de pulgadas a libras: = 9,916 Donde:

: es la carga aplicada en : es la lectura del anillo de carga en −

Una vez obtenidas las lecturas de carga, se deben convertir estas fuerzas a esfuerzos aplicadossobre la muestra de suelo dividiendo los valores por el área del pistón. Bajo la suposición de que el

pistón de penetración cumple con las especificaciones establecidas en el numeral 5.7 del INVE E-148-13, este tiene un área transversal de 1935 mm 2 (3 pulg 2 ). Con esta información es posibleobtener los esfuerzos en MPa y los valores de penetración en mm, resumidos en las tablas 6 y 7.


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Etapa de falla sin inmersión

Penetración

Pulg)

Esfuerzo

estándar

lb/Pulg

2

)

Tiempo

Lectura anillo de

carga x10

-4

in)

Carga lb)

Esfuerzo

MPa)

Penetración

mm)

0,005 - 6 2 19,832 0,046 0,1270,025 - 30 8 79,328 0,182 0,6350,05 - 1'' 16 158,656 0,365 1,2700,075 - 1' 30 21 208,236 0,479 1,9050,1 1000 2 22 218,152 0,502 2,5400,15 - 3 26 257,816 0,593 3,8100,2 1500 4 30 297,480 0,684 5,0800,25 - 5 33 327,228 0,752 6,3500,3 1900 6 37 366,892 0,844 7,6200,4 2300 8 44 436,304 1,003 10,160

0,5 2600 10 51 505,716 1,163 12,700Tabla 6. Esfuerzos y penetraciones en la etapa de falla sin inmersión

Etapa de falla con inmersión

Penetración

Pulg)

Esfuerzo

estándar

lb/Pulg

2

)

Tiempo

Lectura anillo de

carga x10

-4

in)

Carga lb)

Esfuerzo

MPa)

Penetración

mm)

0,005 - 6 2 19,832 0,046 0,1270,025 - 30 6 59,496 0,137 0,635

0,05 - 1'' 9 89,244 0,205 1,2700,075 - 1' 30 11,5 114,034 0,262 1,9050,1 1000 2 14 138,824 0,319 2,5400,15 - 3 17 168,572 0,388 3,8100,2 1500 4 19 188,404 0,433 5,0800,25 - 5 19 188,404 0,433 6,3500,3 1900 6 - - - -0,4 2300 8 - - - -0,5 2600 10 - - - -

Tabla 7. Esfuerzos y penetraciones en la etapa de falla con inmersión

Con los resultados de esfuerzos a diferentes penetraciones se obtiene la curva esfuerzo-penetración presentadas en las gráficas 1 y 2. La norma específica que en caso de que la curva resulte cóncavahacia arriba en su parte inicial se debe ajustar el punto cero de la curva. Sin embargo se puedeobservar que la primera curva, correspondiente a la muestra sin inmersión, tiene uncomportamiento lineal inicial y la segunda, correspondiente a la muestra con inmersión, presentaun tramo inicial con una leve concavidad hacia abajo, por lo cual no es necesario un ajuste a estascurvas.


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Gráfica 1: Curva Penetración-Esfuerzo muestra sin inmersión

Gráfica 2: Curva Penetración-Esfuerzo muestra sin inmersión

Para calcular la relación de soporte CBR, se utilizan los esfuerzos de las anteriores gráficas para penetraciones de 2,54 y 5,08 mm (0,1 y 0,2 pulgadas), dividiéndolos por los esfuerzos de referenciade la muestra patrón de 6,9 MPa (1000 psi) y 10,3 MPa (1500 psi), y multiplicándolos por 100 paraobtener los valores en forma porcentual.

Aplicando el anterior procedimiento para la muestra sin inmersión, se obtuvieron los siguientesvalores:

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

E s f u e r z o ( M P a )

Penetración (mm)

Curva Penetración-Esfuerzo muestra sin inmersión

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0 1 2 3 4 5 6 7

E s f u e r z o ( M P a )

Penetración (mm)

Curva Penetración-Esfuerzo muestra con inmersión


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. = 0,502 6,9 ∗ 100 = 7,27 %

. = 0,684

10,3 ∗ 100 = 6,64 %

De igual manera se obtuvieron los valores de CBR para la muestra con inmersión:

. = 0,319 6,9 ∗ 100 = 4,63 %

. = 0,433 10,3 ∗ 100 = 4,21 %

Expansión

Los datos tomados en el laboratorio para calcular la expansión de la muestra sumergida semuestran en la tabla 8.

Fecha Hora

Lectura Deformímetro

10

-3

pulg)

25/02/2016 13:10 819 26/02/2016 11:53 842 29/02/2016 09:53 843,5

01/03/2016 10:35 848Tabla 8: Lecturas del deformímetro para determinar la expansión

La expansión de la muestra expresada en porcentaje se calcula por la diferencia entre las alturasdel deformímetro del aparato medidor de expansión al inicio y al final de la inmersión, con respectoa la altura inicial de la muestra o del molde, que según el numeral 9.6 de la norma INV E 148-13es de 4,58 pulgadas. La ecuación 3 resume lo dicho anteriormente.

ó=100∗ ℎ ó 3Donde:

: es la lectura inicial en pulgadas: es la lectura final en pulgadas

ℎ: es la altura inicial de la muestra en pulgadasTeniendo en cuenta las lecturas inicial y final del deformímetro, y reemplazando en la ecuación 3el valor de la expansión es:

ó=100∗ 848819 ∗ 10−

4,58 = 0,63 %


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ÍNDICE DE PENETRACIÓN DINÁMICA IPD

El procedimiento para determinar el IPD (Índice de Penetración Dinámica) fue el siguiente:

Se realiza la conversión de las lecturas de pulgadas a milímetros.

Se le resta la lectura inicial a todas las lecturas para obtener la profundidad a la cual se

tiene el dato de cantidad de golpes.

Se determina el IPD realizando una gráfica de profundidad versus cantidad de golpes paraidentificar posibles líneas de tendencia en los datos; cada línea de tendencia representa unvalor de IPD distinto, este IPD es representado por la pendiente de cada una de las líneasde tendencia obtenidas. El ideal de este grafico es ver el comportamiento de la penetracióncon la profundidad debido a que el suelo es un material no isotrópico y aunque el materialsea aparentemente el mismo, sus propiedades físico-mecánicas varían con la profundidad.

La pendiente se determina con la formula básica de una ecuación lineal, como se observaa continuación:

( ) =

. .

Posteriormente se construye otra gráfica, esta grafica relaciona los valores de profundidadversus los valores del IPD para determinar la profundidad adecuada para establecer lasubrasante de una vía. Este valor no se obtiene con una expresión matemática, es unejercicio visual.

A continuación, se muestra el Penetrómetro usado para este ensayo, manejado por el laboratorista.

Ilustración 2: Penetrómetro usado para determinar los diversos Índices de Penetración Dinámicadel suelo. Fuente propia.


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Los datos obtenidos, con el proceso determinado para determinar el IPD fueron:

Inicial 10,80 274,32 -- --

1 11,40 289,56 15,24

34,29 2 13,00 330,20 55,88

3 14,10 358,14 83,82

4 14,90 378,46 104,14

14,55

5 15,40 391,16 116,84

6 15,90 403,86 129,54

7 16,60 421,64 147,32

8 16,90 429,26 154,94

9 17,50 444,50 170,18

10 18,00 457,20 182,88

11 18,60 472,44 198,12

12 19,20 487,68 213,36

13 19,90 505,46 231,14

14 20,40 518,16 243,84

15 21,40 543,56 269,24

27,9416 22,50 571,50 297,18

17 23,90 607,06 332,74

18 24,80 629,92 355,60

19 25,60 650,24 375,92

9,14

20 26,00 660,40 386,08

21 26,20 665,48 391,16

22 26,80 680,72 406,40

23 27,10 688,34 414,02

24 27,40 695,96 421,64

25 27,90 708,66 434,34

26 28,20 716,28 441,96

27 28,60 726,44 452,12

28 28,90 734,06 459,74

29 29,20 741,68 467,36

30 29,50 749,30 474,98

7,04

31 29,80 756,92 482,60

32 29,90 759,46 485,14

33 30,20 767,08 492,76

34 30,50 774,70 500,38

35 30,90 784,86 510,54

36 31,20 792,48 518,16

37 31,70 805,18 530,86

38 31,90 810,26 535,94

39 32,10 815,34 541,02

40 32,40 822,96 548,64

41 32,80 833,12 558,80

42 33,00 838,20 563,88

43 33,20 843,28 568,96

44 33,40 848,36 574,04

45 33,60 853,44 579,12

46 33,90 861,06 586,74

47 34,10 866,14 591,82

48 34,30 871,22 596,90

49 34,90 886,46 612,14

50 35,10 891,54 617,22

51 35,30 896,62 622,30

Tabla 9: Datos obtenidos de las lecturas en la regleta del Penetrómetro con el respectivo valor delIPD para cada sección estudiada. Fuente propia.

Las gráficas obtenidas durante el estudio de los datos fueron:


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Ilustración 3: Gráficas obtenidas del estudio de los datos. A la izquierda se evidencia la gráfica de profundidad en milímetros versus la cantidad de golpes dados, mostrando las diversas pendientes

vistas con su respectivo valor de IPD; a lado derecho la gráfica de profundidad en milímetrosversus el valor del IPD en milímetros por golpe. Fuente propia.


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Finalmente, con la gráfica de IPD versus profundidad podemos determinar la profundidad óptima para la construcción de la subrasante de la vía que pasara por el punto determinado. Esta profundidad se determina visualmente buscando el mínimo valor de IPD obtenido, el valor fijadocomo profundidad optima es de 467.36 milímetros que corresponde al IPD 9.14 mm/golpe.

La profundidad obtenida no se puede colocar más abajo debido a dos razones:

El valor de IPD empieza a tender a cero, por lo que colocarlo a una menor profundidad noimplicaría un cambio significativo en la resistencia.

Realizar una excavación para la construcción de la subrasante es tan costosa, que removermás material traerán costos significativos, por lo que toca optimizar la profundidad mínima.

Una recomendación que deja como experiencia esta práctica es leer bien los valores mostrados porla regleta, adicionalmente realizar el ensayo los más perpendicular posible al suelo y evitar que elcono pierda impulso por el rozamiento con la varilla guía.

Otra recomendación es observar la cantidad necesaria de líneas de tendencia, a veces tener unacantidad basta de líneas es innecesaria.

5.

Análisis de resultados.

La muestra de suelo natural tuvo una humedad de 19,5 %, un valor muy bajo debido a las escasaslluvias que se han presentado en Bogotá y muy por debajo del valor de 31,0 % para la muestrasumergida.

Para determinar el CBR se toma como material de referencia una roca triturada bien gradada quetendría un CBR del 100 %. Con valores obtenidos de CBR que varían entre el 4 y el 8 %, el materialcorresponde a una clasificación de suelos de muy pobre a regular cuyo uso se restringe a subrasantes de pavimentos. Según el sistema de clasificación unificado, los valores de CBR entre 3 y 7corresponden a suelos OH, CH, MH y OL.

Tabla 9. Valores referenciales de CBR, usos y suelos.Fuente: es.slideshare.net


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Para la muestra sumergida, como era de esperarse, se obtuvo una humedad mayor y un pesoespecífico mayor ya que el agua saturo los vacíos que tenía la muestra. Igualmente se obtuvo unvalor de CBR menor para la muestra saturada que simula las condiciones de trabajo másdesfavorables

Se obtuvo una expansión de la muestra muy baja con un valor de 0,63 %. Las especificacionesestablecen que suelos que van a ser utilizados como sub base deben tener expansiones menoresdel 2%, mientras que materiales de base deben tener expansiones menores del 1%.

Como es sabido el suelo de Bogotá está compuesto principalmente de arcillas y se ha registradoque el 70 % de los suelos tienen un CBR de entre 2-5 % y un 30% un CBR inferior a 2 %. Sinembargo se registraron valores de CBR para la muestra natural mayores a lo esperado y puededeberse al caluroso clima que en los últimos meses se ha presentado en Bogotá que ha provocadoque el suelo tenga bajos niveles de humedad.

Comparación IPD-CBR:

A partir de ciertas ecuaciones evidenciadas en la literatura, se puede realizar un cálculo aproximadodel valor del CBR a partir del ensayo de Penetración Dinámica con Cono, las formulas encontradasfueron:

= 292∗ −. 1 = 10.002871∙ 2

= 10.017019∙ 3

Estas ecuaciones están calibradas para suelos blandos y son ecuaciones adoptadas por el InstitutoNacional de Vías.

Respecto a los valores obtenidos en el IPD, los valores de CBR (%), fueron:

IPD mm/golpe) CBR 1 CBR 2 CBR 3

34,29 5,57 10,16 2,94

14,55 14,56 23,94 16,31

27,94 7,01 12,47 4,42

9,14 24,49 38,09 41,29

7,04 32,80 49,46 69,61

Tabla: Valores de CBR(%) obtenidos por el IPD.

Aunque las formulas 1 y 3 se asemejan más a la realidad de los suelos predominantes en Bogotá y especialmente en la Ciudad Universitaria, es recomendable no guiarse por estas fórmulas, ya queestos valores solo aplicarían si se tuviera la certeza de que el material fuera 100% igual al materialcon el que se determinó la ecuación.


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6.

Conclusiones y recomendaciones

Para evitar que en la muestras de suelos se encuentren restos de escombros o pequeñas rocas que

afecten los resultados del laboratorio, se recomienda que la excavación sea un poco más profundade lo habitual para evitar estos inconvenientes.

Con los resultados obtenidos se puede decir que el CBR depende de características del suelo comoel peso unitario y la humedad, por esta razón se debe tener especial cuidado en conservar las propiedades del suelo extraído para que la muestra refleje lo más aproximado posible lascondiciones presentes en el suelo donde se realizó la excavación. Los métodos de conservacióndeben ser rigurosos para evitar que durante el traslado al laboratorio la muestra no sufra cambiosde humedad en situaciones como la que se presentó en la práctica, donde hubo una lluvia mientrasnos dirigíamos al laboratorio.

Un aspecto que es válido mencionar, es el hecho de usar aproximaciones en donde el resultado deun ensayo, es función del otro. El uso de estas aproximaciones no son recomendados ya que losresultados obtenidos tienen una variación porcentual muy grande entre ellos. Es por esto, que esmejor realizar los dos ensayos por separado y analizar los resultados finales, y posteriormenteobtener conclusiones.

7. Bibliografía.

[1] Bowles, J. 1978. Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. McGraw - Hill.

[2] Berry L, P. 1986. Mecánica de suelos. McGraw – Hill.

[3] Tschebotarioff, G. 1951. Soil mechanics, foundations, and earth structures. McGraw-Hill

[4] Karl von Terzaghi. 1974. Fundamentos de la mecánica de suelos, tercera edición, tomo1


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Anexos:


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Laboratorio 1 CBR

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