LABORATORIOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

JORGE LUIS AMARÍS GONZÁLEZ

DIANA DEISY DURÁN DEDE

HOLMES ENRIQUE DE LA ROSA DÍAZ

JAIDER FRANCISCO SILVA ORTIZ

HUGO ALFREDO SILVA RIBÓN

Presentado al docente:

ING. ALLEX EDUARDO ÁLVAREZ L.

En la asignatura:

DISEÑO DE PAVIMENTOS Y LABORATORIO

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

SANTA MARTA

2004

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de la tecnología de los pavimentos dentro del campo de la

ingeniería civil ha sido significativo, la preocupación de caracterizar

tanto mecánica como físicamente los materiales empleados en la

conformación de un pavimento o en la construcción de carreteras, para

la posterior optimización de su uso ha sido creciente. La incertidumbre

de tiempos anteriores con la cual se escogía y se trabajaba con

materiales sin conocer su comportamiento verdadero ante las cargas a

las cuales se iban a someter durante su periodo de servicio, se ha

disminuido al tenerse en cuenta ciertos parámetros y especificaciones

de diseño, los cuales resultaron de la realización de ensayos y pruebas

especiales, sin olvidar la experiencia través de muchísimos años.

Las pruebas de laboratorio pretenden estimar y evaluar la calidad y la

aptitud del material para ciertos usos, además de simular los efectos a

los cuales van a someterse sendos materiales al estar en servicio la vía.

A continuación se presentan los ensayos de: penetración dinámica con

cono, que busca establecer zonas de resistencia homogénea; el ensayo

de equivalente de arena, el cual es un indicativo de la calidad del

material granular ensayado (PT No. 4) y además sirve para determinar la

cantidad de material fino en el suelo ensayado; el ensayo de módulo de

rotura, el cual se aplica a una viga de dimensiones prefijadas para

conocer la resistencia del concreto empleado en la conformación de

pavimentos rígidos.

EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS

I.N.V. E – 133

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETVO GENERAL

Determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino

nocivo, o material arcilloso, en los suelos o agregados finos.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Calcular el equivalente de arena en el suelo ensayado.

Obtener un estimativo de la calidad del agregado fino.

Adquirir de alguna manera un indicativo de la actividad del

material fino PT 200 presente en la muestra.

Identificar el posible uso del material ensayado según

especificaciones de diseño.

2. MATERIALES Y EQUIPOS

Cilindro graduado de plástico, con diámetro interior de 31.75 ±

0.381 mm (1¼ ± 0.015") y altura de 431.8 mm (17")

aproximadamente, graduado en espacios de 2.54 mm (0.1"),

desde el fondo hasta una altura de 381 mm (15"). La base del

cilindro debe ser de plástico transparente de 101.6 x 101.6 x

12.7 mm (4" x 4" x ½") bien asegurada al mismo.

Tapón macizo de caucho o goma que ajuste en el cilindro.

Tubo irrigador, de acero inoxidable, de cobre o de bronce, de

6.35 mm (¼") de diámetro exterior, y 0.89 mm (0.035") de

espesor, con longitud de 508 mm (20"), con uno de sus

extremos cerrado formando una arista. Las caras laterales del

extremo cerrado tienen dos orificios de 1 mm de diámetro

(calibre No.60), cerca a la arista que se forma.

Tubo flexible (de plástico o caucho) de 4.7 mm (3/16") de

diámetro y de 1.20 m de largo, aproximadamente, con una pinza

que permita cortar el paso del líquido a través del mismo. Este

tubo conecta el sifón con el tubo irrigador.

Un botellón de 3.785 l (1 galón) de capacidad, destinado a

contener la solución de cloruro de calcio; el tapón de este frasco

lleva dos orificios, uno para el tubo del sifón y el otro para

entrada de aire. El frasco debe colocarse a 90 cm de altura

sobre la mesa de trabajo.

Dispositivo para tomar lecturas. Un conjunto formado por un

disco de asentamiento, una barra metálica y una sobrecarga

cilíndrica. Este dispositivo está destinado a la toma de lecturas

del nivel de arena y tendrá un peso total de 1 kg. La barra

metálica tiene 457 mm (18") de longitud; en su extremo inferior

lleva enroscado un disco metálico de cara inferior plana

perpendicular al eje de la barra; la cara superior de este disco

de asentamiento es de forma cónica. El disco lleva tres tornillos

pequeños que sirven para centrarlo en el interior del cilindro.

Recipiente metálico, de diámetro 57 mm (2¼")

aproximadamente, con una capacidad de 85 ± 5 ml.

Embudo, de boca ancha, de 101.6 mm (4") de diámetro.

Reloj o cronómetro, para lecturas de minutos y segundos.

Un agitador de operación manual, que sea capaz de producir un

movimiento oscilatorio a una rata de 100 ciclos completos en 45

± 5 seg., con ayuda manual y un recorrido medio de 127 ± 5.08

mm (5 ± 0.2").

Solución de trabajo de cloruro de calcio: (CaCl2) Se obtiene con

88 ml de la Solución Tipo, diluida en agua destilada hasta

completar 3.785 l (1 galón).

Material granular fino PT no. 4.

3. PROCEDIMIENTO

3.1. PREPARACION DE LA MUESTRA

Obténgase al menos 1500g de material que pase el tamiz de

4.75 mm (No.4), de la siguiente forma:

Sepárese la muestra por tamizado a mano o por medio de un

tamizador mecánico.

Antes de seleccionar la muestra de ensayo se deben

desmenuzar todos los terrones de material fino.

Remuévase cualquier cubierta de finos que se adhiera al

agregado grueso: estos finos pueden ser removidos por

secado superficial del agregado grueso, y frotación entre las

manos sobre un recipiente plano. Añádase el material así

removido a la porción fina de la muestra.

Para determinar la cantidad de material para el cuarteo, se

pesará o se determinará el volumen de una porción de

material igual a 4 moldes de medida, en la siguiente forma:

Humedézcase el material para evitar segregación o pérdida

de finos durante el proceso de separación o cuarteo, teniendo

cuidado, al adicionar agua a la muestra, para mantener una

condición de flujo libre de material.

Usando el recipiente de medida, sáquense cuatro (4) de esas

medidas de la muestra.

Cada vez que obtenga una medida golpéese la parte inferior

del recipiente sobre una superficie dura al menos cuatro (4)

veces, para obtener una medida de material consolidado

hasta el borde del recipiente.

Determínese la cantidad de material contenido en estas

cuatro (4) mediciones, ya sea por peso o por volumen del

cilindro plástico.

Retórnese este material a la muestra y realícese el cuarteo

haciendo los ajustes necesarios para obtener el peso o el

volumen anteriormente determinado. De este cuarteo se

debe obtener, en los siguientes cuarteos, la cantidad

suficiente de muestra para llenar la medida.

Séquese cada espécimen de muestra hasta peso constante a

105 ±5 °C (230 ± 9 °F) y enfríese a temperatura ambiente

antes de empezar el ensayo.

Cuando el ensayo se efectúe para controlar el cumplimiento

de las especificaciones, puede permitirse, en muchos casos,

ejecutarlos sin antes secar el material. Sin embargo, aquellos

materiales que den valores menores que el mínimo

especificado, deben volverse a ensayar con el material

secado al horno. Si el equivalente de arena determinado en

un ensayo con una muestra seca está por debajo del mínimo,

será necesario realizar dos (2) ensayos adicionales con

especimenes secos de la misma muestra.

Prepárese el número deseado de especimenes de la muestra

de ensayo, así:

Humedézcase el material para evitar segregación o pérdidas

de finos, manteniendo una condición de flujo libre.

Sepárense por cuarteo de 1000 a 1500g de muestra.

Colóquese en un recipiente circular y mézclese hacia el

centro, por lo menos durante 1 minuto, para lograr

uniformidad. Revísese que la muestra tenga la humedad

necesaria, exprimiendo firmemente una porción pequeña de

la muestra en la palma de la mano. Si se forma una masilla

que puede ser manejada con cuidado sin romperse, está en el

rango correcto de humedad.

Si la muestra está demasiado seca, se desmoronará y será

necesario añadir agua, volver a mezclarla y probar

nuevamente hasta que el material forme una masilla plástica.

Si la muestra presenta agua libre superficial estará

demasiado húmeda y deberá secarse al aire, mezclándola

frecuentemente para asegurar uniformidad y ensayándola

nuevamente, hasta obtener una masilla que se pueda

manejar.

Si el contenido de humedad al recibo de la muestra se

encuentra dentro de los límites descritos anteriormente, la

muestra puede ensayarse de inmediato. Si el contenido de

humedad se debe modificar para su empleo, la muestra debe

colocarse en un recipiente y cubrirse con una toalla húmeda,

en forma tal que no toque el material, y dejarla allí por 15

minutos, como mínimo.

Después del tiempo mínimo de curado, mézclese nuevamente

por 1 minuto sin agregar agua y fórmese un cono con el

material, utilizando un palustre.

Tómese el recipiente de medida en una mano y presiónese

contra la base del cono mientras se sostiene a éste con la

mano libre.

A medida que el recipiente atraviesa el cono manténgase

suficiente presión en la mano para que el material lo llene por

completo. Presiónese firmemente con la palma de la mano

compactando el material hasta que éste se consolide, el

exceso debe ser retirado y desechado, enrasando con el

palustre a nivel del borde del recipiente.

Para obtener especimenes adicionales, repítanse los pasos

anteriores.

A un volumen determinado de suelo o agregado fino se le adiciona

una pequeña cantidad de solución floculante, mezclándolos en un

cilindro de plástico graduado y agitándolos para que las partículas

de arena pierdan la cobertura arcillosa. La muestra es entonces

"irrigada", usando una cantidad adicional de solución floculante,

para forzar el material arcilloso a quedar en suspensión encima de

la arena.

Después de un período de sedimentación, se determinan las

alturas de la arcilla floculada y de la arena en el cilindro. El

"equivalente de arena" es la relación entre la altura de arena y la

altura de arcilla, expresada en porcentaje.

3.2. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

Viértase solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro

graduado, con la ayuda del sifón, hasta una altura de 101.6 ±

2.54 mm (4 ± 0.1").

Con ayuda del embudo, viértase la muestra de ensayo en el

cilindro graduado. Golpéese varias veces el fondo del cilindro

con la palma de la mano para liberar las burbujas de aire y

remojar la muestra completamente. Déjese en reposo durante

10 ± 1 minuto.

Al finalizar los 10 minutos (periodo de humedecimiento), tápese

el cilindro con un tapón y suéltese el material del fondo

invirtiendo parcialmente el cilindro y agitándolo a la vez.

Después de soltar el material del fondo, agítese el cilindro de

la manera siguiente, sosténgase el cilindro en una posición

horizontal y agítese vigorosamente con un movimiento lineal

horizontal de extremo a extremo. Agítese el cilindro 90 ciclos

en aproximadamente 30 segundos, usando un movimiento de

229 ± 25 mm (9 ± 1"). Un ciclo está definido como

movimiento completo hacia adelante y hacia atrás. Para

agitar el cilindro a esta velocidad, será necesario que el

operador mueva únicamente los antebrazos mientras

mantiene el cuerpo y los hombros descansados o relajados.

Inmediatamente después de la operación de agitación,

colóquese el cilindro verticalmente sobre la mesa de trabajo y

remuévase el tapón.

Procedimiento de irrigación.

Durante el procedimiento de irrigación manténgase el cilindro

vertical y la base en contacto con la superficie de trabajo.

Colóquese el tubo irrigador en la parte superior del cilindro,

aflójese la pinza de la manguera y lávese el material de las

paredes del cilindro a medida que baja el irrigador, el cual

debe llegar a través del material, hasta el fondo del cilindro,

aplicando suavemente una acción de presión y giro mientras

que la solución de trabajo fluye por la boca del irrigador. Esto

impulsa hacia arriba el material fino que esté en el fondo y lo

pone en suspensión sobre las partículas gruesas de arena.

Continúese aplicando una acción de presión y giros mientras

se lavan los finos, hasta que el cilindro esté lleno a la altura

de 382 mm (15"); entonces, levántese el tubo irrigador

suavemente sin que deje de fluir la solución, de tal forma que

el nivel del líquido se mantenga cerca a dicha altura,

mientras se extrae el tubo irrigador. (Regúlese el flujo

justamente antes de que el tubo irrigador sea completamente

sacado, y ajústese el nivel final a la lectura de 382 mm

(15")).

Déjese el cilindro y el contenido en reposo por 20 min ± 15s.

Comiéncese a medir el tiempo inmediatamente después de

retirar el tubo irrigador.

Al finalizar los 20 min del periodo de sedimentación, léase y

anótese el nivel de la parte superior de la suspensión

arcillosa. Este valor se denomina "lectura de arcilla". Si no se

ha formado una línea clara de demarcación al finalizar el

periodo especificado de 20 min, permítase que la muestra

permanezca sin ser perturbada hasta que una lectura de

arcilla pueda ser claramente obtenida; entonces, léase

inmediatamente y anótese la altura de la suspensión arcillosa

y tiempo total de sedimentación. Si éste último excede de 30

min, efectúese nuevamente el ensayo, usando tres

especímenes individuales de la misma muestra y anótese la

lectura de la columna arcillosa para la muestra que requiera

el menor tiempo de sedimentación.

Determinación de la lectura de la arena.

Después de tomar la lectura de arcilla, introdúzcase dentro

del cilindro el conjunto del disco, la varilla y el sobrepeso, y

baje suavemente el conjunto hasta que llegue sobre la arena.

Evítese que el disco indicador de lectura golpee la boca del

cilindro, mientras se baja el conjunto. A medida que el

conjunto baje, manténgase uno de los tornillos de centraje

del pie en contacto con la pared del cilindro sobre las

graduaciones, de manera que sirva de índice para la lectura.

Cuando el conjunto toque la arena, léase y anótese el de la

ranura del tornillo, la cual se denominará "lectura de arena".

Si la lectura se hace con el disco indicador, la "lectura de

arena" se obtendrá restando 254 mm (10") del nivel indicado

por el borde superior del indicador.

Cuando el nivel de las lecturas, de arcilla o arena, esté entre

líneas de graduación, se anotará la lectura correspondiente a

la graduación inmediatamente superior. Por ejemplo si, un

nivel de arcilla es 7.95 se anotará como 8.0. Un nivel de

arena de 3.22, se anotará como 3.3.

Después de tomar las lecturas, sáquense el conjunto del

cilindro, tape éste con su tapón de goma y sacúdase hacia

arriba y hacia abajo en posición invertida hasta que el

material sedimentado se deshaga y vacíese inmediatamente.

Enjuáguese la probeta con agua dos veces.

4. MARCO TEÓRICO

EQUIVALENTE DE ARENA

Todos los materiales térreos que se

utilizan en las terracerías y los

pavimentos contienen en mayor o menor

grado partículas finas, de cuyo monto y

actividad depende en gran parte, como es

sabido, el comportamiento mecánico del

conjunto. La prueba de Equivalente de

Arena fue desarrollada por Hveerr para

valuar en forma cualitativa la cantidad y la actividad de los finos

Donde:

La es la lectura en el nivel superior de la arena

LA es la lectura en el nivel superior de la arcilla.

que existen en la mezcla de partículas que constituyen el suelo

que se va a utilizar. El material ensayado es una cantidad prefijada

del suelo que pasa el tamiz N° 4, el cual se introduce en una

probeta estándar parcialmente llena con una solución de cloruro de

calcio, que entre otros efectos propicia la sedimentación de los

finos. Se agita la probeta durante un periodo estándar y luego se

deja en reposo; se procede después a tomar las lecturas.

Matemáticamente se puede expresar el equivalente de arena como

sigue:

Un equivalente de arena EA 100% indica una cantidad menor de

finos en la muestra, mientras valores entre 10 y 25% indican gran

cantidad de finos presentes en la muestra.

5. TABULACIÓN DE DATOS Y CÁLCULOS Y RESULTADOS

Peso de la muestra total 1225 g

Peso de las 4 muestras 670.2 g

Peso de una muestra 166.4 g

Lectura de arcilla (LA) 9.8 in

Lectura de arena( La) 14 in - 10 in = 4 in

Cálculos.

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El ensayo para la determinación del equivalente de arena

resulta de ejecución relativamente sencilla en el laboratorio. En

el proceso de agitación y posterior reposo de la muestra se

cumplieron con los tiempos establecidos, por tanto el resultado

tiene un cierto grado de confiabilidad.

El valor del equivalente de arena obtenido de 41%, refleja la

aptitud del material ensayado y su calidad, este valor es

superior al requerido por las especificaciones de agregado para

ser utilizado como subbase y base granular. Se podría decir que

el material es apto, pero se deben realizar otros ensayos que

corroboren esta afirmación.

La actividad del material fino sería relativamente baja, el agente

floculante hizo que se sedimentaran las partículas de arcilla casi

totalmente ya que la solución presentaba bien marcadas las

diferentes fases y se observaban pocas partículas en

suspensión.

Se tuvo la precaución en la toma de la lectura de arena de no

presionar hacia abajo el dispositivo, ya que esto conllevaba a

una lectura errada.

ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA CON CONO (PDC)

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Evaluar indirectamente la capacidad estructural de los materiales

no ligados de una estructura de pavimento y del suelo de

subrasante a través del ensayo de penetración dinámica con cono.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Observar la variación de la resistencia con la profundidad del

material no ligado ensayado.

Determinar los índices de penetración dinámica para el suelo

ensayado.

Conocer las pautas y procedimiento de aplicación del ensayo.

2. MATERIALES Y EQUIPOS

Penetrómetro dinámico de cono (PDC), el cual está conformado

por una varilla de acero, con su extremo inferior en forma de

cono, que penetra continuamente a través de las capas bajo la

acción dinámica de un martillo de 8kg, que cae libremente

desde una altura preestablecida de 57,5 cm. Se debe de medir

con una escala anexa al aparato, la longitud que penetra el cono

para un determinado número de golpes del martillo de 8kg.

Capas de material no ligado pertenecientes a la vía perimetral

de la Universidad del Magdalena.

3. PROCEDIMIENTO

La ejecución del ensayo de PDC requiere tres operarios, uno

para sostener el instrumento por la parte superior, otro para

maniobrar la pesa y un técnico para registrar los datos de

penetración y número de golpes correspondientes.

El instrumento debe mantenerse vertical, posicionado a la

profundidad a la cual desea iniciarse el ensayo y la pesa debe

levantarse cuidadosamente hasta el tope superior.

Debe tenerse cuidado en asegurar que la pesa ascienda hasta el

tope superior pero no levante el instrumento, antes de que se

permita su caída libre por parte del operario, que ésta sea

empujada con las manos.

Si durante el ensayo el PDC pierde su verticalidad, no debe

intentarse corregirlo obligando a entrar en contacto las varillas y

los lados de la perforación. Si el ángulo del instrumento causa

que la pesa deslice sobre las varillas y no caiga libremente, el

ensayo de ser abandonado.

Se toman lecturas en la escala anexa para cada golpe propinado

por la pesa hasta llegar a la penetración deseada, que para este

caso fue de 70 cm.

4. MARCO TEÓRICO

Penetración dinámica con cono, PDC.

El cono dinámico es un dispositivo para medir in-situ la resistencia de los

materiales que conforman la estructura de un pavimento y la

subrasante. El ensayo registra la penetración para cada caída (desde

una altura estandarizada de un peso normalizado) la cual se denomina

tasa de penetración PR (penetration rate), y está dada en mm/golpe, o

DCP en pulgadas/golpe (blow).

Existen correlaciones entre el valor de penetración y el valor de CBR,

estas correlaciones varían de acuerdo a las condiciones de ensayo y el

ángulo de ataque del cono (30° o 60°).

Correlación entre valores de PDC y CBR

Existen varias correlaciones de diversos estudios nacionales e

internacionales entre el valor de la pendiente Ip obtenida del

ensayo PDC con el valor de CBR; a nivel de Colombia se tiene:

CBR= 567Ip-1.4 (Suelos Tropicales)

CBR= 239Ip-1.24 (Suelos blandos de la Sabana)

Además…

5. TABULACIÓN DE DATOS Y CÁLCULOS Y RESULTADOS

Profundidad (mm)

No. Golpes

Ip (mm/golpe)

Profundidad (mm)

No. Golpes

Ip (mm/golpe)

0 0 11.12492 31 6.5

14 1 11.12500 32 6.5

28 2 11.12508 33 6.5

40 3 11.12515 34 6.5

50 4 11.12520 35 6.5

61 5 11.12525 36 6.5

76 6 11.12532 37 6.5

VENTAJAS DE L OS ENSAYOS DE PDC

Permiten ver la variación de la resistencia del suelo con la profundidad.

Permiten obtener un estado de compacidad más representativo en profundidad.

Permiten el control de compactación hasta 8 m aproximadamente.

Los resultados dependen de menos factores externos.

Permiten la estimación de parámetros resistentes.

Requieren menor tiempo de ejecución y menores costos.

Sirven para establecer zonas de resistencia homogénea a lo largo del proyecto en estudio.

PRINCIPAL DESVENTAJA:

La interpretación de los resultados.

Desgaste del cono, varillas torcidas, no datos para diseño y campo de aplicación reducido.

82 7 11.12540 38 6.5

92 8 11.12545 39 6.5

100 9 11.12552 40 7.63

120 10 23.31560 41 7.63

145 11 23.31568 42 7.63

170 12 23.31572 43 7.63

182 13 23.31584 44 7.63

200 14 23.31590 45 7.63

228 15 23.31600 46 7.63

255 16 23.31608 47 7.63

285 17 23.31614 48 7.63

313 18 23.31625 49 7.63

339 19 23.31629 50 7.63

362 20 23.31635 51 7.63

380 21 23.31640 52 7.63

391 22 23.31650 53 7.63

410 23 23.31655 54 7.63

425 24 10.68665 55 7.63

437 25 10.68674 56 7.63

450 26 10.68682 57 7.63

460 27 10.68692 58 7.63

470 28 10.68700 59 7.63

479 29 10.68- - -

490 30 10.68- - -

Se grafica la primera columna (penetración en mm) versus la segunda

columna (número de golpes) de la tabla anterior (Gráfico 3). Se observa

la tendencia de los distintos datos tomados en campo y se agrupan los

valores que presentan o conforman más o menos una línea recta. Luego

se toman los datos ya agrupados y se determinan los índices de

penetración (Ip) en mm/golpe; utilizando una hoja de cálculo de

Microsoft Excel y la opción de gráficos, se agrega una línea de tendencia

lineal para los distintos datos agrupados, se obtienen los valores de R2

(los cuales son altos, indicando esto que se refleja bien la tendencia del

conjunto), además se muestran también las ecuaciones de las líneas de

tendencia, en donde se ven los distintos valores de las pendientes, las

cuales corresponden a los respectivos índices de penetración.

Se tabulan en la columna tres de la tabla anterior los datos de índices

de penetración y el rango de penetración que abarcan.

Por último se grafica la profundidad de penetración versus índices de

penetración (Ver Gráfico 5).

También se utilizó el programa PDC de INPACO y se obtuvieron las

gráficas de Penetración vs. Número de golpes (Gráfico 1), penetración

vs. Índices de penetración (Gráfico 2); sendos gráficos son obtenidos tan

sólo con digitar en este programa los datos de campo.

Ver Gráfico 4. Determinación de los índices de penetración, en la sección 6. Gráficos.

Gráfico 1. Curva PDC de evolución de la penetración

6. GRÁFICOS

Gráfico 2. Diagrama Estructural

7. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

La realización del ensayo de penetración dinámica con cono presenta

algunos inconvenientes en el momento de tomar las lecturas debido al

poco tiempo transcurrido entre golpe y golpe; además se debe tener

mucho cuidado en la maniobrabilidad de la pesa para evitar posibles

accidentes.

Se tuvo que tomar otro punto en donde realizar la prueba porque en el

primer punto se presentó el problema de la pérdida de verticalidad del

PDC, parece ser además que el suelo en tal punto estaba muy

compactado por que la penetración a medida que se golpeaba avanzaba

de mm en mm.

Se nota en el Gráfico 3 la variación de la resistencia con la profundidad,

es interesante observar que en los primeros 100 mm se presentaba una

resistencia mayor a la penetración, cosa contraria se observa de los 100

mm hasta los 410 mm, esta zona es la más “débil” se avanzaba casi de

20 mm por golpe, acá la pendiente es más alta. De los 410 mm hasta

los 490 mm se tiene un comportamiento en cuanto a resistencia similar

al de los primeros 100 mm con aproximadamente 10 mm por golpe; la

zonas siguientes a ésta presentan las mayores resistencias, las

pendientes son bajas.

Se dividió en tramos homogéneos los datos de penetración obtenidos en

campo, en el Gráfico 4 se observan estos valores agrupados, se utilizó

la regresión lineal para los distintos tramos y se obtuvieron las distintas

ecuaciones de ajuste, en éstas se muestran los valores de las

pendientes de cada línea, los cuales corresponden a los valores de los

índices de penetración.

El Gráfico 5 muestra los índices de penetración, los valores obtenidos

son variados y muestran así el comportamiento de las diferentes capas

compactadas.

Los tramos homogéneos con mayores índices de penetración son los que

presentan menor resistencia.

La utilización del programa INPACO con la subrutina PDC, muestra con

mayor detalle los distintos tramos homogéneos, es de fácil manejo y

brinda los resultados de forma rápida, el problema es el entorno del

programa y las pocas opciones de edición en el momento de imprimir las

gráficas obtenidas.

En general se asemejan los resultados conseguidos a través de la hoja

electrónica y la inspección visual a los valores obtenidos por la subrutina

PDC del programa IMPACO.

Se puede decir que se tiene una mejor resistencia en la zona de los 500

mm hacia abajo debido a que los menores valores de índices de

penetración se encuentran allí.

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO, MÉTODO DE LA VIGA

SIMPLE CARGADA EN LOS TERCIOS DE LA LUZ (MÓDULO DE ROTURA DEL

CONCRETO HIDRÁULICO)I.N.V. E - 414

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL.

Determinar la resistencia a la flexión del concreto, por medio del uso

de una viga simple cargada en los tercios de la luz.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Conocer el procedimiento para determinar el módulo de rotura.

Calcular el valor del módulo de rotura del concreto hidráulico por

medio del uso de una viga simple cargada en los tercios de la luz.

2. EQUIPOS Y MATERIALES

Máquina de ensayo.

Viga de concreto hidráulico con dimensiones 53 x 15 x 15.

Marcador

Cinta métrica

3. PROCEDIMIENTO

3.1. Gírese la muestra sobre un lado con respecto a su posición de

moldeo y céntrese sobre los bloques de carga. Céntrese el

sistema de carga con relación a la fuerza aplicada. Póngase los

bloques de aplicación de carga en contacto con la superficie del

espécimen en los puntos tercios, entre los soportes. Si no se

obtiene contacto completo sin carga entre el espécimen, los

bloques de aplicación de carga y los soportes, de forma que se

presente una separación de 0.1 mm (0.004”) en una longitud

de 25 mm (1”) o más larga, púlanse o refréntense las

superficies de contacto de la muestra, o rellénense con láminas

de cuero.

3.2. Se recomienda minimizar el pulimento de las superficies

laterales de la muestra, ya que esto puede variar las

características físicas de ésta y afectar los resultados del

ensayo.

3.3. Úsense láminas de cuero sólo cuando la superficie de la

muestra se separe del plano en más de 0.38 mm (0.015”). Las

láminas de cuero deben tener un espesor uniforme de 6.4 mm

(0.25”) y un ancho de 25 a 50 mm (1 a 2”), y deben extenderse

el ancho total de la muestra. La carga debe aplicarse

rápidamente, hasta aproximadamente el 50% del valor

esperado de rompimiento. A continuación, aplíquese la carga

en forma continua a una rata que incremente constantemente

el esfuerzo de la fibra extrema, entre 861 y 1207 kPa/min (125

a 175 lb/pulg2).

3.4. Mídase cada dimensión (una en cada borde y en el centro) para

determinar el ancho promedio, la altura promedio y la

localización de la línea de fractura del espécimen en la sección

de falla.

4. MARCO TEÓRICO

MÓDULO DE ROTURA

La resistencia a la flexión es

una medida de la resistencia a

la tracción del concreto

(hormigón). Es una medida de

la resistencia a la falla por

momento de una viga o losa

de concreto no reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas a

vigas de concreto de 6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de sección

transversal y con luz de como mínimo tres veces el espesor. La

resistencia a la flexión se expresa como el Módulo de Rotura (MR) en

libras por pulgada cuadrada (psi) ó en megapascales (MPa) y es

determinada mediante los métodos de ensayo ASTM C78 (cargada en

los puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio).

El Módulo de Rotura es cerca del 10% al 20% de la resistencia a

compresión, en dependencia del tipo, dimensiones y volumen del

agregado grueso utilizado, sin embargo, la mejor correlación para los

materiales específicos es obtenida mediante ensayos de laboratorio para

los materiales dados y el diseño de la mezcla. El Módulo de Rotura

determinado por la viga cargada en los puntos tercios es más bajo que

el módulo de rotura determinado por la viga cargada en el punto medio,

en algunas ocasiones tanto como en un 15%.

¿Por qué es útil el ensayo de resistencia a flexión?

Los diseñadores de pavimentos utilizan una teoría basada en la

resistencia a la flexión, por lo tanto, puede ser requerido el diseño de la

mezcla en el laboratorio, basado en los ensayos de resistencia ala

flexión, o puede ser seleccionado un contenido de material cementante,

basado en una experiencia pasada para obtener el Módulo de Rotura de

diseño. Se utiliza también el Módulo de Rotura para el control de campo

y de aceptación de los pavimentos. Se utiliza muy poco el ensayo a

flexión para el concreto estructural. Las Agencias y empresas que no

utilizan la resistencia a la flexión para el control de campo,

generalmente hallaron conveniente y confiable el uso de la resistencia a

compresión para juzgar la calidad del concreto entregado.

Si la fractura se inicia en la zona de tensión, dentro del tercio medio de

la luz libre de la viga, se calcula el módulo de rotura de la siguiente

forma:

; donde:

MR = Módulo de rotura, MPa, (lb/pulg2)

P = Máxima carga aplicada indicada por la máquina de ensayo, N, (lbf)

l = Longitud libre entre apoyos, mm, (pulg.)

b = Ancho promedio de la muestra, mm, (pulg)

d = Altura promedio de la muestra, mm, (pulg)

a) Si la fractura ocurre en la sección refrentada, incluya el espesor del

recubrimiento en la altura de la muestra.

b) El peso de la viga no se incluye en los cálculos anteriores.

Si la fractura ocurre en la zona de tensión, fuera del tercio medio de la

luz libre, en menos del 5% de la luz libre, se calcula el módulo de rotura

de la siguiente forma:

; donde:

a = Distancia promedio entre la línea de fractura y el soporte más

cercano, medido sobre la zona de tensión de la viga, mm, (pulg).

Si la fractura ocurre en la zona de tensión y fuera del tercio medio de la

luz libre, en más del 5% de la luz libre, no tenga en cuenta los del

ensayo.

5. TABULACIÓN DE DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

Dimensiones de la Viga

Ancho promedio: 15 cm

Altura promedio: 15 cm

Longitud: 53 cm

Ubicación de los tercios

La falla ocurrió en el tercio medio de la viga y la fuerza que resistió fue

de:

P = 39.7 kN = 39700 N.

Se utiliza la fórmula:

l : longitud libre entre apoyos = 450 mm.

4 cm 4 cm15 cm 15 cm 15 cm

Las condiciones de humedad aparente eran normales. La viga

presentaba superficie rugosa y algunos defectos en los bordes, pero la

muestra era apta para el ensayo.

Edad del espécimen: 28 días.

6. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

El valor de módulo de rotura obtenido de 5.29 MPa indica que el

concreto hidráulico con el cual fue construido la viga tiene una alta

resistencia.

El valor normal de resistencia del concreto exigido para construir losas

para los pavimentos es de 4.1 MPa, el módulo de rotura para este caso

es superior a dicho valor, por tanto se puede utilizar este tipo de

concreto en la construcción de una vía cuya importancia amerite los

costos involucrados, por ejemplo una troncal para transporte masivo.

El ensayo es de fácil y rápida ejecución.

La viga se fracturó por el tercio central como se esperaba.

Se podría pensar que la viga tuvo un buen proceso de curado.

La viga que se ensayó provenía de los especímenes que se utilizan en la

construcción del piso de las bodegas de la Sociedad Portuaria, por tanto

la exigencia en su resistencia para soportar las grandes solicitaciones de

cargas estáticas que allí predominan.

BIBLIOGRAFÍA

INV. Normas De Ensayo Para Materiales De Carreteras, Tomo II.

Editorial Escuela Colombiana De Ingeniería. Bogotá, Colombia.

1998.

MONTEJO, Alfonso. Ingeniería de Pavimentos Para Carreteras.

Universidad Católica de Colombia. 2ª. Edición. 1998.

Internet. www.google.com.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN.

EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS I.N.V. E –

133.

ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA CON CONO (PDC).

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO, MÉTODO DE LA VIGA

SIMPLE CARGADA EN LOS TERCIOS DE LA LUZ (MÓDULO DE ROTURA

DEL CONCRETO HIDRÁULICO) I.N.V. E – 414.

BIBLIOGRAFÍA.