PONTIFICIA UNIVERSIDAD

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE CIVIL

PAVIMENTOS

OCTAVO NIVEL

PRCTICA N 4 Ensayos C.B.R. en sitio por mtodos indirectos

Ensayo DCP (Cono de Penetracin Dinmica)FECHA:

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NOTA: ________

ENSAYOS CBR EN SITIO POR MTODOS INDIRECTOS

Ensayo DCP (Cono de Penetracin Dinmica)A. INTRODUCCIN

Por muchos aos, algunos ensayos de penetracin, tales como DCP, DPA y STP, han sido usados para determinar los valores de CBR de subrasantes o de capas de pavimentos existentes sin necesidad de excavacin de pozos a cielo abierto. Su capacidad para suprimir los pozos a cielo abierto es la gran ventaja de estos ensayos de tal manera que es posible reducir los costos y minimizar las perturbaciones en el trnsito. Prcticamente estos ensayos pueden ser denominados ensayos SEMI NO DESTRUCTIVOS (Semi-NDT).

Por otra parte, el ensayo directo de CBR en sitio, ocasionalmente introduce una considerable dispersin de resultados, muchas veces tan alto como un coeficiente de variacin del 60 % (Livneh, 1983, Smith y Pratt, 1983). Esto induce a una disminucin de la potencia prevista. En consecuencia, en tales casos, los mencionados ensayos de penetracin son preferibles, ya que su coeficiente de variacin es generalmente ms bajo (Livneh, 1987, Smith y Pratt, 1983).

Para el ensayo SPT, se requiere perforar a travs de las capas de pavimento, por lo tanto, en estos casos, el ensayo de corte puede ser usado para determinar el valor de CBR indirecto de la subrasante existente; cuando esta es, por supuesto, del tipo arcilloso o limoso. Tambin en estos casos el ensayo de compresin no confinada puede ser realizado en el laboratorio sobre muestras no disturbadas extradas del suelo durante el proceso de perforacin.

Naturalmente las ecuaciones de correlacin usadas en los clculos del valor de CBR a partir de los resultados del ensayo, son empricas, y por esto consiguientemente, es necesario realizar ensayos por la necesidad de modificaciones. Y, realmente, este documento presenta las modificaciones necesarias para las correlaciones obtenidas de ensayos recientes en varias investigaciones de subrasantes y capacidad de carga de pavimentos en vas y pistas de aeropuertos israelitas.

El anlisis de estas modificaciones fue posible por la realizacin de ensayos en combinacin con ensayos de CBR en sitio, despus de excavar pozos a cielo abierto. Las mencionadas ecuaciones de correlacin se describen en este documento, con el propsito de contribuir al xito de la aplicabilidad de los ensayos DCP, SPT y DPA, as como los ensayos de corte y de compresin no confinada obtenidos en los trabajos de evaluacin de pavimentos y subrasantes, cuyos valores prcticos se han mostrado recientemente en Israel, en nmero importante de investigaciones en sitio, tanto en aeropuertos y vas interurbanas.

Es bien conocido que la ventaja de varios ensayos de penetracin tales como DCP, DPA y STP para determinar la capacidad de soporte de las subrasantes y estructuras de pavimento flexible, es que no se requiere de excavacin de pozos a cielo abierto en vas existentes o pistas de aeropuertos.

Esta ventaja es, por supuesto, expresada en un bajo costo de ejecucin y poca interrupcin del trnsito existente.

Prcticamente estos ensayos pueden ser llamados semi no-destructivos (Semi-NDT). Lo mismo se aplica a los ensayos de corte y de compresin no confinada solamente en subrasantes arcillosas o limosas.

Documentos anteriores han presentado correlaciones empricas entre ensayos directos de CBR y los ensayos mencionados. Este documento presenta ensayos que apuntan a modificar estas correlaciones a partir de varios trabajos recientemente realizados en Israel, investigando la capacidad de soporte de subrasantes y pavimentos existentes tanto para aeropuertos como para vas. Las condiciones obtenidas a partir de los anlisis de los cuatro trabajos son:

a. Las correlaciones de transformacin a partir de los valores DCP, STP o DPA con los valores de CBR, pueden ser realizadas con razonable confiabilidad. La ecuacin de la transformacin modificada para el ensayo DCP se presenta posteriormente en la ecuacin (1).

b. El ensayo de corte con veleta y el de compresin no confinada puede ser empleado para estimar los valores de CBR en sitio de subrasantes arcillosas o limosas, pero con baja confiabilidad.

Finalmente, es importante enfatizar que el ensayo DCP permite determinar el valor del CBR en sitio de materiales para cualquier rango de resistencia pero con una profundidad lmite de 800 mm. En contraste, el ensayo DPA, permite determinar el CBR en sitio de los materiales con un rango de resistencia de bajo a medio, pero a una profundidad ms grande. Debido a las limitaciones de la resistencia, este ensayo ocasionalmente no puede ser llevado a cabo por el espesor de la base del pavimento y es por tanto necesario perforar verticalmente a travs de las capas estructurales hasta que el cono dinmico DPA alcance una profundidad a la cual la resistencia de las capas estructurales es apropiada para la facilidad del ensayo. De igual manera, el ensayo STP no est limitado en profundidad pero siempre necesita perforacin vertical. Este ensayo es aplicable a los materiales cuyo rango de resistencia es de medio a alto. Tanto el ensayo de resistencia al corte con veleta como el de compresin no confinada, tambin necesitan perforacin vertical. Su aplicabilidad est limitada a suelos arcillosos o limosos solamente.

EL ENSAYO DCP

Una descripcin de este ensayo se ha presentado en algunos trabajos por Kleyn (1975), y por lo tanto, ste no se incluye aqu.

Al mismo tiempo, la ecuacin israelita de transformacin a partir de los valores DCP a CBR, es ligeramente diferente de la presentada en la literatura tcnica y su expresin es ( Livneh, 1987, Livneh e Ishai, 1987 ) :

(1)

donde,

DCPes la relacin entre la profundidad de la penetracin en milmetros y el nmero de golpes requerido para alcanzar tal penetracin

CBRes el CBR del material en % a la profundidad de la penetracin del DCP

Una comparacin de dichas expresiones y otras expresiones presentadas en la literatura tcnica se muestran en Livneh (1987a y 1987b). Esta comparacin indica la razonable validez de la ecuacin (1). Recientemente, sin embargo, una correlacin adicional se ha obtenido a partir de los estudios de campo y de laboratorio que han sido pre-publicados y garantizados. Esta correlacin es (Harrison, 1987) :

(2)

La tabla 1 presenta las comparaciones requeridas para un nmero de valores tpicos de DCP.

TABLA 1

Comparacin de valores calculados CBR

DCP

(mm/golpe)CBR en % de acuerdo a la ecuacin N

(1)(2)

1001.61.5

504.23.7

2510.69.2

1519.718.1

1030.930.9

561.077.2

1158.5845.7*

La tabla 1 indica que la Eq. (1) encabeza los valores de CBR los cuales son aproximadamente 15 % ms altos que algunos obtenidos por la Ec. (2), para valores de DCP de aproximadamente 15 mm/golpe y ms altos. Este incremento se genera a partir del hecho que el ngulo de la cabeza del cono es 30 en el ensayo que muestra la Ec. (1) y con 60 en el ensayo que muestra la Ec. (2). La diferencia entre estos dos penetrmetros se ha obtenido en una investigacin especial diseada para determinarlo (Kleyn, 1975), los trazos fueron realmente similares. Adicionalmente, es importante anotar que la ventaja de la Ec. (1) se presenta en un rango ms bajo de valores de DCP, donde los valores calculados a travs de esta ecuacin son ms plausibles que los calculados mediante la Ec. (2).

B. EQUIPO

El cono de penetracin dinmica (DCP) consiste en una barra de 16 milmetros de dimetro con un cono endurecido en uno de sus extremos, el cual se introduce en el pavimento mediante repetitivos golpes producidos por el impacto de un peso estndar de 8 kilogramos. La penetracin del cono se mide empleando una regla calibrada.

Equipo para el ensayo del Cono de Penetracin Dinmica

C. PROCEDIMIENTO

1. Remover la superficie bituminosa de la vecindad del punto de ensayo.

2. Luego de ensamblar el aparato, se debe registrar la lectura cero del instrumento, esto se logra sosteniendo el Cono de Penetracin Dinmica en la superficie del pavimento, verificando que est en posicin vertical e ingresando la lectura cero en las hojas de registro de la investigacin.

3. Se inicia el ensayo desde la parte superior de la capa de base. El instrumento se debe sostener en posicin vertical. Se procede a elevar cuidadosamente el peso hasta la manilla pero sin levantar el instrumento. Luego, dejar caer libremente el peso. Si durante el ensayo, el Cono de Penetracin Dinmica se desplaza de la vertical, no se debe intentar corregir esto, ya que el contacto entre el extremo inferior de la varilla y el borde del orificio va a producir resultados errneos.

Se recomienda que se tomen lecturas a incrementos de penetracin de 10 milmetros; sin embargo, es ms sencillo tomar una lectura luego de un nmero dado de golpes. Para esto, se deber cambiar el nmero de golpes entre lecturas de acuerdo a la capa que se est penetrando. Para bases de buena calidad, realizar las lecturas cada 5 o 10 golpes es normalmente satisfactorio, pero para sub-rasantes y sub-bases dbiles es ms apropiado tomar lecturas cada 1 o 2 golpes. No existe mayor ventaja al tomar muchas lecturas, sin embargo, si las lecturas se toman demasiado espaciadas, algunos puntos dbiles se podran omitir y va a ser ms difcil identificar los lmites exactos entre capas.

El anlisis del ensayo del Cono de Penetracin Dinmica, est basado en un esquema grfico de penetracin en funcin del nmero acumulado de golpes aplicados.

En la construccin de un pavimento, cada capa se va a representar por una penetracin en funcin de una lnea de golpes de pendiente constante. Los lmites de capas se pueden identificar generalmente por un cambio de pendiente de esta lnea.

Adems, algunos investigadores han producido relaciones que indican el CBR del sitio como una funcin de la pendiente de la lnea (mm/golpes). Esto permite obtener una aproximacin del CBR de las capas individuales del pavimento.

Procedimiento DCP

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