7- equipo trixial ciclico para modulo resiliente

7/13/2019 7- Equipo Trixial Ciclico Para Modulo Resiliente

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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO

Colegio de Ciencias e Ingeniera

Acondicionamiento de un Equipo Triaxial Cclico

Para la Estimacin de Mdulo Resiliente, Utilizado

en el Diseo de Pavimentos

Luis Eduardo Ayala Velasco

Fabricio Ypez, PhD, director de tesis

Tesis de grado presentada como requisito para la obtencin

del ttulo de Ingeniero Civil

Quito, enero de 2013


3/46

Universidad San Francisco de Quito

Colegio de Ciencias e Ingeniera

HOJA DE APROBACIN DE TESIS

Acondicionamiento de un Equipo Triaxial Cclico

Para la Estimacin de Mdulo Resiliente, Utilizado

en el Diseo de Pavimento

Luis Eduardo Ayala Velasco

Fabricio Ypez, PhD.

Director de la Tesis _____________________

Fernando Romo, MSc.

Director de la Carrera de Ingeniera Civil y _____________________

Miembro del Comit de Tesis

Quito, enero 2013


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DERECHOS DE AUTOR

Por medio del presente documento certifico que he ledo la Poltica de PropiedadIntelectual de la Universidad San Francisco de Quito y estoy de acuerdo con su contenido,

por lo que los derechos de propiedad intelectual del presente trabajo de investigacinquedan sujetos a lo dispuesto en la Poltica.

Asimismo, autorizo a la USFQ para que realice la digitalizacin y publicacin de estetrabajo de investigacin en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el

Art.144 de la Ley Orgnica de Educacin Superior.

Firma:

-------------------------------------------------------

Nombre: Luis Eduardo Ayala Velasco

C. I.: 1716075930

Fecha: Enero, 2013.


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A mi Madre, mi apoyo y mi fuerza para ser mejor cada da.

Gracias mam por estar siempre a mi lado.


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Agradecimientos

Quiero agradecer a todas aquellas personas que estuvieron a mi lado en algn momentode este camino. A mi familia, en especial mis abuelos que han sido mis segundos padres y

mi ta Alvita que ha sido otra madre para m. A mis hermanos Andrs y Juliana, Graciaspor serlo.

A mis amigos, todos con los que he compartido alguna etapa de mi vida, algunos siguenhasta hoy, Gracias por estar.

Tambin al Ing. Csar Landzuri Soto, quien con sus enseanzas levant mi inters poresta carrera y a su hijo, el Ing. Csar Landzuri Ludea, quien impuls y fue una gua

importantsima durante este trabajo, Gracias por todo.


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Resumen

El diseo de pavimentos confiables y duraderos es una de los principales objetivos de laingeniera de transporte. Para esto, se han elaborado varios conceptos que permitenentender de mejor manera el comportamiento del pavimento ante las cargas que sonsometidos por parte del trfico y las inclemencias de la naturaleza y del tiempo. Uno deestos conceptos es el de mdulo resiliente. Sin embargo, la falta de equipos para llevar acabo el ensayo en el Ecuador ha obligado a limitar el diseo al uso de correlaciones enbase a otros ensayos, como el CBR. El presente trabajo tiene como objetivo principal elacondicionamiento de un equipo triaxial cclico adquirido por un laboratorio particularpara la realizacin de ensayos de mdulo resiliente, lo que permitir obtener datos msprecisos y acordes a la realidad del Ecuador.


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7

Abstract

The design of reliable and durable pavement structures is one of the main objectives of

the transport engineering. For this purpose, several concepts that allow betterunderstanding of pavement performance under traffic loads and environmental effects havebeen developed. One of these concepts is the resilient modulus. However, the lack ofequipment to carry out the essays in Ecuador has led the design to be limited to the use ofcorrelations based on other tests such as CBR. The main objective of this work is the setupof a cyclic triaxial equipment acquired by a private laboratory for resilient modulus essays,allowing more precise, and consistent data with the reality of Ecuador.


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8

TABLADECONTENIDO

1. INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES ............................................................ 11

1.1. Introduccin ................................................................................................... 11

1.2. Antecedentes .................................................................................................. 12

1.3. Definicin y uso de C.B.R. ............................................................................ 13

1.4. Introduccin de mtodos dinmicos .............................................................. 15

1.5. Definicin de Mdulo Resiliente ................................................................... 15

1.6. Importancia del Mdulo Resiliente y su aplicacin en el diseo de

pavimentos. ...................................................................................................................... 17

2. ACONDICIONAMIENTO DEL EQUIPO TRIAXIAL CCLICO ..................... 19

2.1. Descripcin del equipo triaxial cclico .......................................................... 19

2.1.1. Cmara de presin triaxial ......................................................................... 20

2.1.2. Unidad de carga ......................................................................................... 22

2.1.3. Equipo de medicin de respuesta y carga del espcimen. ......................... 24

2.1.4. Equipo de preparacin del espcimen ........................................................ 27

2.2. Calibracin de los equipos de medicin ........................................................ 28

2.2.1. Calibracin de los transductores lineales LVDTs .................................... 28

2.2.2. Calibracin de la celda de carga. ............................................................... 29

3. PRUEBA DE MDULO RESILIENTE .............................................................. 32

3.1. Descripcin de la muestra.............................................................................. 32

3.1.1. Ensayo de clasificacin .............................................................................. 32


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9

3.1.2. Ensayo de compactacin ............................................................................ 32

3.1.3. C.B.R. de suelos compactados en laboratorio............................................ 33

3.2. Ensayo de la muestra ..................................................................................... 34

3.3. Resultados del ensayo .................................................................................... 39

4. Conclusiones ......................................................................................................... 42

5. Recomendaciones ................................................................................................. 43

6. Bibliografa ........................................................................................................... 45

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Esquemas de estructuras de pavimentos flexibles y rgidos .......................... 11

Figura 1.2 Esquema del ensayo de C.B.R. ...................................................................... 14

Figura 1.3 deformacin de materiales no ligados ante la carga del trfico (Huang 2004)

............................................................................................................................................. 16

Figura 2.1 Equipo moderno de Mdulo Resiliente y sus partes ..................................... 20

Figura 2.2Esquema de cmara triaxial con LVDT's externos ........................................ 21

Figura 2.3 Cmara triaxial .............................................................................................. 22

Figura 2.4 Ciclo de carga y determinacin de valores mximos y mnimos .................. 23

Figura 2.5 Panel de control de vlvulas de presin ........................................................ 23

Figura 2.6 Celda de carga electrnica ............................................................................. 24

Figura 2.7 Transductores lineales ................................................................................... 25

Figura 2.8 DAQ, sistema de adquisicin de datos .......................................................... 26


11/46

10

Figura 2.9 Pantalla del programa de control LabVIEW ................................................. 26

Figura 2.10 Molde partido de acero y pie de acero para compactacin de muestras ..... 27

Figura 2.11 Curva de calibracin LVDT's ...................................................................... 30

Figura 2.12 Calibracin celda de carga .......................................................................... 31

Figura 3.1 Resultados de ensayos de clasificacin ......................................................... 33

Figura 3.2 Curva de compactacin de la muestra ........................................................... 34

Figura 3.3 Muestra compactada ...................................................................................... 36

Figura 3.4 Muestra al concluir el ensayo ........................................................................ 39

Figura 3.5 Tiempo vs Deformacin, Secuencia 9 ........................................................... 40

Figura 3.6 Tiempo vs Deformacin, Sec. 9, 5 ltimos ciclos ......................................... 40

Figura 3.7 Mdulo Resiliente vs. Suma de esfuerzos principales .................................. 41

LISTA DE TABLAS

Tabla 2.1 Datos de calibracin LVDT's ......................................................................... 29

Tabla 2.2 Datos calibracin celda de carga .................................................................... 31

Tabla 3.1 Resultados CBR .............................................................................................. 34

Tabla 3.2 Secuencias de ensayo ...................................................................................... 38


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1. I

1.1.

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12

ha permitido. Actualmente en el mundo, uno de los criterios de diseo ms usado es el

obtenido a travs del C.B.R. (California Bearing Ratio), creado por Porter en 1938.

Sin embargo este mtodo, an muy fiable y usado, ha demostrado tener ciertas

limitaciones con respecto a la naturaleza dinmica de los esfuerzos a los que los

pavimentos estn sometidos por parte de los vehculos. Para suplir esta deficiencia, se

desarrollaron nuevos conceptos, y con ellos, nuevos mtodos para ensayar los materiales

usados en la fabricacin de pavimentos.

Estos nuevos conceptos en el diseo de pavimento analizan y estudian el

comportamiento elstico de los pavimentos. En realidad, los pavimentos no se

consideraban elsticos por presentar una deformacin permanente con cada carga que se

aplica sobre ellos; sin embargo, se demostr que tras varios ciclos de carga los materiales

se endurecen y solo se produce en ellos una deformacin recuperable, esta deformacin se

la conoce como Deformacin Resiliente.

El presente trabajo tiene como objetivo el acondicionamiento de un equipo triaxial

cclico usado, adquirido por la empresa Geosuelos con el fin de poder llevar a cabo

ensayos de materiales granulares de base, subbase y subrasante para el diseo de

estructuras de pavimento.

1.2. Antecedentes

Desde la creacin de los primeros vehculos fue evidente la necesidad de caminos

duraderos y resistentes a desgastes producidos por el trfico y la misma naturaleza. El

diseo de pavimentos se ha desarrollado conforme la teora de pavimentos se fue

ampliando y la tecnologa avanzando, con el fin de construir mejores y ms resistentes

estructuras de pavimentos.


14/46

13

Existen un sinnmero de estudios destinados a comprender el comportamiento de los

materiales usados en la construccin de pavimentos, con el fin de prever posibles causas de

las fallas; entre las ms comunes estn los agrietamientos, hundimientos, desgaste, etc.

La Divisin de Carreteras de California (California Division of Highways) fue uno de

los primeros institutos en realizar estos ensayos y emitir recomendaciones, basadas en la

experiencia mayormente, sobre materiales y diseo de pavimentos. En los aos 40s se

publicaron los primeros resultados sobre el Ensayo de C.B.R. (California Bearing Ratio),

que se extendera ampliamente en el mundo, y se convertira en el principal criterio de

diseo debido a la gran aceptacin a nivel mundial de sus resultados (Brown, 1997). Sin

embargo, futuras investigaciones demostraran que esta prueba tendra una gran limitacin

al ser un ensayo esttico, siendo que se basa en la capacidad de una muestra de suelo ante

una carga constante.

En los aos 50s Seed y sus colaboradores de la universidad de California estudiaron

una nueva prueba que simulaba de mejor manera el paso del trfico sobre la estructura, y

mostraba de forma ms acertada las propiedades resilientes de stas ante carga repetidas.

Este ensayo permita analizar ms profundamente el comportamiento de los materiales

fuera del lmite elstico, lo cual se ha demostrado, tiene mayor relacin con las fallas de las

estructuras de pavimentos.

1.3. Definicin y uso de C.B.R.

Como seala Brown (1997), el C.B.R. es el mtodo casi mundialmente aceptado para la

caracterizacin y diseo de pavimentos alrededor del mundo. Fue creado en los aos 30s

por el Departamento de Carreteras de California y popularizado por James Porter al


15/46

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16/46

15

1.4. Introduccin de mtodos dinmicos

Como ya se ha puntualizado previamente, el ensayo de C.B.R. muestra deficiencias con

respecto a las propiedades elsticas que se presentan en los pavimentos producto de la

carga cclica, o repetida, a la que son sometidos por parte de los vehculos. El mismo

Porter se refiri al hecho en las siguientes palabras (Porter, 1950):

Los resultados son influenciados solo en un grado menor por la deformacin elstica

El ensayo fue descrito por Turnbull en el mismo ao como un ndice de resistencia al

corte. (Turnbull 1950)

En el Reino Unido tambin hubo posturas acerca del alcance del ensayo C.B.R. Segn

Croney (1977):

La Resistencia al corte de los suelos no es de directo inters para el ingeniero de

caminos el suelo debe operar a niveles de esfuerzo dentro del rango elstico el

ingeniero de pavimentos est, en consecuencia, ms interesado en el mdulo elstico de

los suelos y su comportamiento frente a carga repetida

Paralelamente a los trabajos realizados con el C.B.R. se realizaron nuevos estudios

enfocados en entender estos parmetros que empezaban a tomar fuerza dentro del diseo,

as Hveem y sus colaboradores de la Universidad de California presentaron su trabajo

sobre el Estabilmetro y posteriormente, con la ayuda de Seed, los conceptos sobre

Mdulo Resiliente.

1.5. Definicin de Mdulo Resiliente

El pavimento fue concebido en un principio como un material plstico, ya que se

presentaban deformaciones permanentes con cada carga que se aplicaba. Posteriormente se


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18/46

17

= esfuerzo principal mayor.

= esfuerzo principal menor.

= esfuerzo desviador.

= deformacin axial resiliente.

1.6. Importancia del Mdulo Resiliente y su aplicacin en el diseo de

pavimentos.

La importancia del Mdulo Resiliente reside principalmente en la caracterizacin del

material por su respuesta a cargas cclicas que simulan el paso del trfico sobre la

estructura del pavimento. Muchas veces el pavimento presenta problemas antes de alcanzar

su esfuerzo mximo de corte, determinado por el ensayo de C.B.R. por lo que conocer las

caractersticas resilientes de los materiales se torna fundamental en el diseo de

pavimentos.

La American Society of Highway American Association of State Highway and

Transportation Officials (AASHTO), hace referencia al mdulo resiliente como el

principal parmetro para el diseo de pavimentos multicapas, especialmente para el

dimensionamiento de las capas de materiales de subbase y subrasante, que son los

cimientos de las estructuras de pavimento. De hecho, el mdulo resiliente es la propiedad

de material requerida para la gua de diseo 1993 AASHTO Guide for Design of Pavement

Structures, que es un procedimiento de diseo basado empricamente y es el parmetro de

entrada principal para la Gua de Diseo 2002 (Yau, 2002), en dnde se puede encontrar la

frmula emprica de diseo de pavimento flexible, que se presenta a continuacin:


19/46

18

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Ec. 1-2

= nmero calculado de cargas de ejes simples equivalentes de 80kN (18000 lbs).

= desviacin normal estndar.

= error estndar combinado de la prediccin de trfico y desempeo.

= nmero estructural (ndice indicativo del grosor total de pavimento requerido).

= diferencia entre el ndice de serviciabilidad inicial y el ndice de diseo deserviciabilidad final.

= Mdulo resiliente de la subrasante.

Esta no es la nica ecuacin emprica utilizada para el diseo de pavimentos, pero es un

ejemplo bastante til para demostrar el uso del mdulo resiliente en el diseo de

pavimentos. Los clculos para el diseo final se realizan mediante el software

proporcionado en la misma ASSHTO, en el cul se introducen una serie de datos

adicionales referentes a variables del tipo de pavimento y el ambiente en que se

desarrollar.

Lamentablemente, la obtencin de mdulos resilientes se ve limitada a la disponibilidad

de equipos y laboratorios que tengan la capacidad de llevar a cabo este ensayo, debido al

costo de los equipos y complejidad del procedimiento. Por lo que, en gran parte de los

lugares donde no se cuenta con esta facilidad, se utilizan distintas correlaciones de Mr

basadas en resultados de C.B.R., penetracin de cono dinmico, caracterizacin del

material, entre otras.

Sin embargo, estas correlaciones, en su mayora, son llevadas a cabo por instituciones

ajenas al lugar del diseo. En el caso de Ecuador existen muy pocas instituciones que


20/46

19

poseen esta capacidad, por lo que se utilizan actualmente las correlaciones presentadas por

AASHTO en el manual antes nombrado. Naturalmente, estas correlaciones tienen gran

variabilidad con la realidad de las propiedades de los materiales del medio y se vuelve

fundamental la obtencin del mdulo resiliente real de los materiales a ser usados en el

lugar de implementacin del diseo.

2. ACONDICIONAMIENTO DEL EQUIPO TRIAXIAL CCLICO

2.1. Descripcin del equipo triaxial cclico

El equipo a ser usado y los procedimientos llevados a cabo para la determinacin de

mdulo resiliente se encuentran de acuerdo a las normas establecidas por AASHTO

(T292), y con la ayuda del protocolo delLong-Term Pavement Performance P46,

desarrollado por la Divisin Federal de Carreteras del U.S. Department of Transportation.

El equipo consta de las siguientes unidades:

1. Cmara de presin triaxial.

2. Unidad de carga.

3. Equipo de medicin de respuesta y carga del espcimen.

4. Equipo de preparacin del espcimen.

5. Equipos miscelneos.

En la Figura 2.1 se presenta un equipo actual de mdulo resiliente, indicando los 3

primeros puntos de la lista anterior.


21/46

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Figura 2.5

los aparato

a cada uno

de adquisi

, el cual se

ecificacin

a una tasa

escala com

C) o 5mV

tores lineale

se transmit

on una pre

s de medici

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cin de dat

uestra en

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pleta

V (DC)

en al actua

cisin de 0

n electrn

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s (DAQ p

la Figura 2

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00Hz, es

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.5kPa.

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r sus sigla

.8. Este sist

T292, que

ecir una m

25

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27/46

L

Instr

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ro de la der

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F

reciben por

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apagado,

Figura 2.

Figu

igura 2.8 DA

medio del

ear a neces

ediciones

rol de dato

progreso d

yecta un re

as como u

9 se muestr

a 2.9 Pantal

Q, sistema d

Software L

idad las en

ealizadas d

. Se puede

el ensayo

sumen del

recuadro

a una captu

a del progra

adquisicin

abVIEW d

radas y pa

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el fichero

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26

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28/46

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ro de 69.6

de muestra

27

a

del Mr.

un

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realizar

lmente

ings de

m y un


29/46

28

2.2. Calibracin de los equipos de medicin

Como se indica en la norma ASSHTO T292 y en el protocolo P46, los equipos de

medicin se deben calibrar peridicamente para no perder precisin en los ensayos. Este

procedimiento es de vital importancia ya que lo que el computador recibe son variaciones

de voltaje que deben ser transformadas en medidas coherentes con las del ensayo.

2.2.1. Calibracin de los transductores lineales LVDTs

La seal de salida de los transductores lineales tiene como unidad de medida el voltio.

Esta seal se procesa con la ayuda de un acondicionador de seal que ayuda a filtrar y

amplificar la seal antes de pasar a la tarjeta de adquisicin de datos.

La calibracin de los LVDTs se lleva a cabo con la ayuda de un deformmetro digital

con una precisin de 0.002mm. El deformmetro y los transductores se sostienen de un

soporte especial sobre una base fija. Para llevar a cabo la calibracin se vara la altura de la

base y se anotan los valores proporcionados por el deformmetro y los voltajes indicados

en el computador. En la Tabla 2.1se presentan los datos de este procedimiento.

Con estos datos se realiz la regresin lineal que permite obtener la ecuacin y el

coeficiente de correlacin respectivo. La curva de calibracin y su ecuacin se muestran en

Figura 2.11.

El coeficiente de correlacin es alto, por lo que se acepta la calibracin y se introducen

los valores en el software de procesamiento de datos para que los valores procesados estn

en milmetros.


30/46

29

Tabla 2.1 Datos de calibracin LVDT's

Deformacin,mm

Voltaje,V

0.000 -0.900

0.116 -0.4500.218 -0.0900.326 0.3200.446 0.7400.548 1.0800.644 1.4200.802 2.0000.952 2.5501.108 3.0601.154 3.250

1.280 3.7001.360 4.0001.480 4.4101.564 4.7201.684 5.1281.746 5.3751.904 5.9452.006 6.3132.176 6.9252.258 7.235

2.396 7.7052.518 8.1652.618 8.5482.720 8.8802.876 9.4953.068 10.0903.140 10.380

3.210 10.597

2.2.2. Calibracin de la celda de carga.

La calibracin de la celda de carga se realiz utilizando el mismo equipo de aplicacin

de carga neumtica del equipo triaxial. Se coloc un cilindro de acero utilizado como

apoyo para ensayos de hormign y una celda de carga S calibrada previamente para otros


31/46

30

ensayos del laboratorio. Se hizo variar la presin en el sistema neumtico por medio del

panel de control mientras se tomaba nota de los valores de la celda de carga, en libras, y

del sistema de adquisicin de datos, en voltios. Los resultados de este procedimiento se

presentan en la Tabla 2.2.

Figura 2.11 Curva de calibracin LVDT's

Con los resultados se realiz el mismo procedimiento que en la calibracin de los

LVDTs y se obtuvieron los datos de la regresin y el valor de la correlacin entre la celda

de carga S y la celda de carga diametral. Este resultado se presenta en la Figura 2.12.

Los resultados de la regresin dan un coeficiente de correlacin casi perfecto, que

permite calificar la calibracin como buena. Estos datos se ingresaron en el software de

control para tener una lectura en libras de la celda de carga.

y=0.2788x+0.2454

R=1

0.500

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

2.000 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000

Lecturadeformmetro[mm]

Lectura

LVDT's

[V]


32/46

31

Tabla 2.2 Datos calibracin celda de carga

Lecturacelda de

carga "S",

lbs

Lecturacelda decarga,

V15 0.03540 0.1688 0.3975133 0.625179 0.8475224 1.07269 1.29311 1.51357 1.735

400 1.95448 2.175

474 2.305

Figura 2.12 Calibracin celda de carga

y=202.28x+7.1172

R=0.9999

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 0.5 1 1.5 2 2.5Lecturaceldadecarga"S"[lbs]

Lecturaceldadecarga[V]


33/46

32

3. PRUEBA DE MDULO RESILIENTE

3.1. Descripcin de la muestra

La muestra a ser ensayada se tom de una calicata producto de un estudio de

pavimentos y corresponde a una muestra granular del sur de la ciudad de Quito. Esta

muestra se seleccion al azar con el solo fin de mostrar el trabajo del equipo en la

consecucin del mdulo resiliente.

Los ensayos realizados para caracterizar la muestra se explican a continuacin y los

resultados se detallan en este trabajo.

3.1.1. Ensayo de clasificacin

Esta prctica consta de una serie de ensayos enfocados en obtener una clasificacin de

suelo de origen mineral y orgnico-mineral para propsitos ingenieriles, basado en la

determinacin en laboratorio del tamao de partculas, lmite lquido e ndice de

plasticidad (ASTM). Se encuentra normado bajo la norma ASTM D2487.

En la Figura 3.1 se presenta los resultados de los ensayos de clasificacin.

3.1.2. Ensayo de compactacin

El ensayo determina la relacin entre el contenido de agua y la densidad seca de los

suelos compactados, en moldes de 4 o 6 pulgadas con un martillo especial de 44.5N que se

deja caer una altura de 18 pulgadas (ASTM). Con estos resultados se elabora la curva de

compactacin, que permite calcular la densidad mxima del suelo y su contenido de agua

ptimo. Se encuentra normado bajo la norma ASTM 1557-02.


34/46

E

3.1.3

E

para

anter

E

la Figura

. C.B.R.

sta prctica

pavimento

iormente (

la Tabla

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3.2 se mue

e suelos co

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mpactados

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rocedimie

D1883-05.

BR realiza

del ensay

e, subbase

to descrito

dos a la m

33

.

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estra.


35/46

3.2.

L

LTT

de

Ensay

os pasos qu

P46, basa

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F

de la mu

e se descri

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T

estra

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as AASHT

ligados de

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ados CBR

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a la deter

se y subras

muestra

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inacin de

ante para p

a del prot

mdulo re

vimentos.

34

ocolo

siliente


36/46

35

Primero se presentan los pasos seguidos para preparar la muestra:

1. Se tom una cantidad aproximada de 12.0kg de la muestra y se la sec en horno

a 60C durante una noche.

2. Previamente se llevaron a cabo los clculos pertinentes para poder realizar una

mezcla de suelo y la cantidad necesaria de agua que concuerde con la densidad y

el contenido de humedad que el material tena en el lugar de investigacin. Estos

datos se obtuvieron mediante un ensayo de densidad nuclear in situ.

3.

Se realiz la mezcla de suelo seco y la cantidad de agua calculada sobre una

bandeja de metal y se dej reposar la mezcla en doble bolsa de plstico durante

una noche.

4. Se prepar el molde partido ajustndolo con una abrazadera y se extendi una

membrana de latex en su interior. Con la ayuda de una bomba de vaco se

extrajo el aire contenido entre el molde y la membrana por medio de una vlvula

especial del molde.

5. Se tom la cantidad necesaria de suelo para que la muestra tenga la misma

densidad que la que tena el material en el terreno en el volumen del molde; esta

cantidad se dividi en seis partes para realizar la compactacin en seis capas.

6. El molde se acomod sobre la base de la cmara triaxial y una piedra porosa

sobre ella.

7. Se coloc 1/6 de la mezcla de suelo y agua y, con la ayuda del martillo mecnico

y el pie de acero, se compact la muestra hasta que sta tenga dos pulgadas de


37/46

altura

y rev

8.

Term

y se

la mu

9. Se af

mues

10.

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vibra

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3.3 Muestr

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muestra.

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a completa

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e carga so

ecesario co

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embrana la

aturaleza

re la mues

36

mpactar

pactar.

actada

tal de

er la

axial.

ra y la


38/46

37

11.La cmara triaxial se coloc bajo el marco de aplicacin de carga con el vstago

en su lugar y los LVDTs ajustados a este y se conect la manguera de presin

triaxial proveniente del panel de control.

Una vez preparada la muestra se procedi con el ensayo de mdulo resiliente como

sigue:

1. Se aplic una presin de confinamiento de 103.4 kPa a la cmara triaxial.

Debido a que el vstago debe tener un contacto positivo con la muestra se aplica

un esfuerzo de contacto equivalente al 10% del esfuerzo axial mximo.

2. Se ajust la presin que se transmitir al actuador neumtico, para aplicar el

esfuerzo cclico correspondiente a la secuencia de acondicionamiento. En esta

secuencia se aplican 500 repeticiones de un esfuerzo mximo de 103.4 kPa,

incluyendo el esfuerzo de contacto inicial; si la muestra se sigue deformando

despus de las 500 repeticiones, se aplicarn 500 ms. En la Tabla 3.2 se

muestran las secuencias a seguir con las cargas correspondientes aplicadas a la

muestra y el nmero de repeticiones para cada una.

3. Se enciende el sistema de carga al mismo tiempo que se inicia el programa de

registro de datos. Al completarse el nmero de repeticiones se apagan ambos

controles.

4.

Una vez terminada la secuencia de acondicionamiento, se redujo la presin de

confinamiento a 20.7 kPa y se ajust la presin del actuador para transmitir un

esfuerzo axial mximo de 20.7 kPa. Se aplicaron 100 repeticiones de carga como

indica la Tabla 3.2 en la secuencia 1.


39/46

38

Tabla 3.2 Secuencias de ensayo

SecuenciaNo.

Presin deConfinamiento

S3

Carga AxialMx.Smax

CargaccicaScclica

Carga decontacto0.1Smax

No. DeAplicaciones de

carga

kPa psi kPa psi kPa psi kPa psi

0 103.4 15 103.4 15 93.1 13.5 10.3 1.5 500 - 1000

1 20.7 3 20.7 3 18.6 2.7 2.1 0.3 100

2 20.7 3 41.4 6 39.3 5.7 2.1 0.3 100

3 20.7 3 62.1 9 60.0 8.7 2.1 0.3 100

4 34.5 5 34.5 5 31.0 4.5 3.4 0.5 100

5 34.5 5 68.9 10 65.5 9.5 3.4 0.5 100

6 34.5 5 103.4 15 100.0 14.5 3.4 0.5 100

7 68.9 10 68.9 10 62.1 9.0 6.9 1.0 100

8 68.9 10 137.9 20 131.0 19.0 6.9 1.0 100

9 68.9 10 206.8 30 199.9 29.0 6.9 1.0 100

10 103.4 15 68.9 10 58.6 8.5 10.3 1.5 100

11 103.4 15 103.4 15 93.1 13.5 10.3 1.5 100

12 103.4 15 206.8 30 196.5 28.5 10.3 1.5 100

13 137.9 20 103.4 15 89.6 13.0 13.8 2.0 100

14 137.9 20 137.9 20 124.1 18.0 13.8 2.0 100

15 137.9 20 275.8 40 262.0 38.0 13.8 2.0 100

Nota: el ensayo se interrumpe si se alcanza un 5% de la deformacin unitaria o la

muestra falla.

5. El ensayo se continu hasta alcanzar el criterio de falla mencionado. Al ocurrir

esto se retir la muestra del marco y se tom una muestra para realizar un

ensayo de contenido de agua comprobatorio. En la Figura 3.4 se presenta la

muestra despus de concluir el ensayo.


40/46

3.3.

L

com

nece

P

pro

E

Result

os datos ob

atible con

sarios para

ra este cl

edian los r

la Figura

dos del e

tenidos en

el program

la obtenci

ulo se tom

esultados p

3.5 se mue

Figura 3.4

sayo

l software

Microsoft

del valor

n solo los

ra tener u

tran los da

Muestra al

de adquisic

Excel en d

de mdulo

ltimos 5 c

solo valor

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onde se lle

resiliente c

iclos de car

de mdulo

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sayo

s se guarda

an a cabo

mo se indi

ga de cada

resiliente.

encia 9 de

en un fic

os clculos

c en la Ec

secuencia

l ensayo re

39

ero

. 1-1.

se

lizado.


41/46

40

Figura 3.5 Tiempo vs Deformacin, Secuencia 9

En la Figura 3.6 se muestran los ltimos 5 ciclos de carga ms detalladamente, se puede

observar fcilmente la deformacin resiliente producto de las aplicaciones de carga

anteriores.

Figura 3.6 Tiempo vs Deformacin, Sec. 9, 5 ltimos ciclos

Con los valores obtenidos de todas las secuencias se genera una regresin log-log de los

valores de mdulo resiliente para cada secuencia y la suma de esfuerzos principales, de la

forma:

2.4

2.45

2.5

2.55

2.6

2.65

2.7

2.75

0 20 40 60 80 100 120

Deformaci

n[mm]

Tiempo

[s]

2.4

2.45

2.5

2.55

2.6

2.65

2.7

95 96 97 98 99 100 101 102 103

Deformacin

[mm]

Tiempo[s]


42/46

E

E

la si

E

=9

S

corr

= mdul

,= con

la Figura

mdulo re

uiente fr

3000

mdulo re

2 kPa se c

puede evi

lacin pro

resiliente

tantes de r

3.7 se mue

Figura 3.

siliente de

ula, indica

.

3

siliente de

lcula con l

denciar una

uesta y el r

gresin.

tran los da

7 Mdulo R

a muestra

da en la gu

000 41.

a muestra

Ec. 3-1, p

9

diferencia

esultado d

os del ensa

siliente vs. S

alculado a

a de dise

. 33

alculado p

ropuesta pa

.5358 9

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l ensayo d

E

yo y su res

uma de esfu

partir del e

AASHTO

89.0

ra la mayo

ra la regres

2.

entre el va

mdulo re

c. 3-1

ectiva reg

rzos princip

sayo de C

1993:

Ec. 3

232

r combinac

in:

70

or calculad

siliente rea

esin.

ales

BR se reali

2

in de esfu

o con la

izado.

41

a con

erzos


43/46

42

4. Conclusiones

El estudio de materiales para pavimentos es fundamental para poder realizar un

diseo confiable y duradero.

El ensayo de CBR es un parmetro usado por varios departamentos de ingeniera

de transporte alrededor del mundo, debido a la gran difusin que tuvo por el

cuerpo de ingenieros de Estados Unidos.

El CBR es un ndice de resistencia al corte de los materiales que no toma en

cuenta las propiedades elsticas de los pavimentos.

Los pavimentos se comportan como un material elstico despus de varias

repeticiones de carga instantnea, como las que producen el paso del trfico.

Es necesario realizar anlisis que incluyan este comportamiento, debido a que

muchas veces los pavimentos pierden su efectividad antes de fallar por esfuerzo

cortante.

El ensayo de mdulo resiliente es una tcnica que simula la carga producida por

el trfico y permite aproximar el comportamiento del pavimento ante la

naturaleza repetitiva de estos esfuerzos.

Los mtodos de diseo actuales se basan en el concepto de mdulo resiliente y

presentan una serie de correlaciones con otros ensayos, debido a la dificultad de

obtener este valor directamente en algunos medios, como ocurre Ecuador.

Debido a que las correlaciones son una medida indirecta de las propiedades

resilientes de los materiales usados para la fabricacin de pavimentos en


44/46

43

Ecuador, se vuelve de gran importancia la adquisicin de estos equipos en los

laboratorios locales para tener datos ms confiables y apegados a la realidad. El

equipo triaxial que fue acondicionado por la empresa Geosuelos constituye una

herramienta fundamental en la consecucin de este objetivo.

Los primeros ensayos realizados mostraron ciertas dificultades que con la

prctica fueron disminuyendo. Se pueden nombrar dificultades en el armado de

la mquina, manejo del software de adquisicin de datos, manejo de los datos,

entre otros.

Los elementos usados para poner en funcionamiento el equipo cumplen con las

normas especificadas por la ASSHTO.

Los resultados obtenidos son aceptables, ya que muestran coherencia con

resultados encontrados en la literatura, sin embargo se necesita un mayor

nmero de ensayos para comprobar la fiabilidad del procedimiento.

5. Recomendaciones

Difundir e impulsar el uso de este ensayo en los diseos de pavimentos actuales

en el Ecuador.

Mejorar los sistemas de control del equipo de carga a fin de que todos los

controles sean automatizados, permitiendo un trabajo ms exacto y eficaz.

Realizar un mayor nmero de ensayos que permitan mejorar los procedimientos

y aseguren resultados ms confiables de mdulo resiliente.


45/46

44

Se recomienda realizar trabajos que comprueben con un mayor nmero de

ensayos las correlaciones propuestas, con el fin de que estas sean validadas o

modificadas para que se ajusten mejor a la realidad nacional.


46/46

45

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7- equipo trixial ciclico para modulo resiliente

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