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Ensayo de Penetración Dinámica de Cono (PDC) y CBR en Suelos Compactados, Ejercicios de Suelos y recursos naturales

Informes de laboratorio de pavimentos

Tipo: Ejercicios

2020/2021

Subido el 25/04/2022

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Laboratorio No.4:
ENSAYO DE PDC
PENETRACIÓN DINAMICA DE CONO
INV E-172 13
Presentado por:
Ginna Gómez Ortiz
CODIGO: 506471
Brahiam Stiven Pacheco
CODIGO: 507335
Stiven Padilla Peña
CODIGO: 507050
Daniel Gordo
CODIGO: 505145
Oscar Rodríguez
CODIGO: 507069
Juan Carlos Alvarado
CODIGO: 508175
Presentado a: ING. CARLOS SLEBI
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL
PAVIMENTOS Y LABORATORIO
Marzo de 2022
BOGOTÁ D.C
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Laboratorio No. 4 :

ENSAYO DE PDC

PENETRACIÓN DINAMICA DE CONO

INV E- 172 13

Presentado por:

Ginna Gómez Ortiz

CODIGO: 506471

Brahiam Stiven Pacheco

CODIGO: 5 07335

Stiven Padilla Peña

CODIGO: 507050

Daniel Gordo

CODIGO: 505145

Oscar Rodríguez

CODIGO: 507069

Juan Carlos Alvarado

CODIGO: 508175

Presentado a: ING. CARLOS SLEBI

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL

PAVIMENTOS Y LABORATORIO

Marzo de 2022

BOGOTÁ D.C

USO DEL PENETRÓMETRO DINÁMICO DE CONO EN APLICACIONES DE PAVIMENTOS

A POCA PROFUNDIDAD

INV E - 172 13

I. OBJETO.

Este ensayo tiene como fin determinar la capacidad de soporte (CBR) in-situ de suelos

inalterados y/o materiales compactados mediante el uso del cono dinámico de

penetración con un martillo de 8 kg (17.6 lb).

II. INTRODUCCIÓN.

Es de mucha importancia la aplicación de estudios previos de suelos, ya que nos

permite conocer las propiedades físicas y mecánicas del suelo, es por esto que este

procedimiento nos permitirá conocer la resistencia de los suelos para estimar un valor

de CBR in-situ.

El Penetrómetro Dinámico de Cono (PDC), fue desarrollado por Van Vuuren (1969) y

fue empleado durante una extensiva investigación del comportamiento de los

pavimentos a cargo del Departamento de caminos del “Transvaal Provincial

Administration” de Sudáfrica durante 1973, enn un esfuerzo por estirar de forma simple

la resistencia in-situ de los materiales de subrasante y capas que conforman el

pavimento.

Esta investigación se ha realizado con suelos existentes en las carreteras de

Colombia, siguiendo los modelos matemáticos existentes y proporcionando relaciones

aplicables a otros países para determinar valores de CBR en base a los ensayos de

PDC in situ. Independientemente del lugar o la magnitud de la estructura con este

estudio se pueden determinar muchos factores tales como sus propiedades físicas y

mecánicas del suelo, su clasificación, y entre otras.

Con base a lo anterior, el presente informe de laboratorio, tiene como objetivo realizar

la correlación de entre el ensayo de PDC y CBR in-situ, definidos en el Instituto

Nacional de Vías – INVÍAS, establecidos en esta norma y nombrados como normas

I.N.V.E-148 (CBR de suelos compactados en el laboratorio y sobre muestra inalterada)

y I.N.V.E-172 (Uso del Penetrómetro dinámico de cono en aplicaciones de pavimentos

a poca profundidad) y según los resultados obtenidos se podrá comparar con dicha

norma.

 Un compañero era el encargado de sostener el equipo a través de la manija en

una posición vertical, la levantaba y liberaba el martillo, de manera que cayera

en la altura especificada, fijándonos de que empezara la lectura en el nivel de

referencia 0. El otro compañero se encargaba de medir y registrar la lectura de

la penetración por cada golpe (18 golpes). Figura 2.

Figura 2 Procedimiento PDC

 Una vez se completó el ensayo, hasta que la penetración llego a 1000 mm, se

procedió a extraer el equipo dirigiendo el martillo hacia arriba y golpeándolo

contra la manija.

 Por último, se registraron los golpes según la norma INV 172 – 13, se

registraron las características del equipo, en una columna se tomó nota del

número de golpes y en la siguiente columna la penetración en cm.

IV. CÁLCULOS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.

Registro y análisis datos.

Kleyn y Van

Heerden

TRL US - CH MTP Prom

# golpes

Penetración

acum (cm)

Penetración

acum (mm)

Pen entre

lecturas

(mm)

Pen por

golpe

(mm)

Factor

martillo

índice PDC CBR (%) CBR (%) CBR (%) CBR (%) CBR (%)

Valor 10.41 21.35 25.37 33.44 21.33 25.

V. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los valores obtenidos para el ensayo de PDC y correlacionados con el CBR efectuados sobre

la subrasante, presentan clasificación aceptable con valores que van desde 15.81 % hasta

19.35%, lo cual ofrece una capa de resistencia regular para el soporte de cualquier estructura

de pavimento.

Según la gráfica de PDC nos da la perspectiva de tener 2 estratos de suelo lográndolo

observar en los cambios de pendiente; lo que nos daría un índice de PDC y CBR para cada

suelo: Según lo anterior estos valores serían:

Suelo 1:

Kleyn y

Van

Heerden

TRL

US -

CH

MTP Prom

golpes

Penetración

acum (cm)

Penetración

acum (mm)

Pen entre

lecturas

(mm)

Pen por

golpe

(mm)

Factor

martillo

índice

pdc

CBR (%)

CBR

CBR

CBR

CBR

Índice PDC: 37.

CBR Promedio: 5.88 %

*Lo que nos daría un suelo muy pobre - regular a una penetración de 43.5 cm

Suelo 2:

Kleyn y

Van

Heerden

TRL

US -

CH

MTP Prom

golpes

Penetración

acum (cm)

Penetración

acum (mm)

Pen entre

lecturas

(mm)

Pen por

golpe

(mm)

Factor

martillo

índice

pdc

CBR (%)

CBR

CBR

CBR

CBR

Índice PDC: 7.

CBR Promedio: 37.15 %

*Lo que nos daría un suelo muy bueno a una penetración de 83 .5 cm

VI. CONCLUSIONES.

1. Logramos determinar según la curva de PDC dos estratos diferentes con un índice

de PDC y CBR distintos.

2. El primer estrato está a una penetración acumulada de 43.5 cm con 4 golpes, y

arrojándonos un índice de PDC de 37.50 y un CBR de 5.88% nos da una

clasificación para este suelo de una Sub-rasante muy mala o pobre.

3. El segundo estrato está a una penetración acumulada de 8.5 cm con 14 golpes, y

arrojándonos un índice de PDC de 7.50 y un CBR de 37.15% nos da una

clasificación para este suelo de una Sub-base muy buena.

Laboratorio No. 5 :

CBR DE SUELOS COMPACTADOS EN EL LABORATORIO Y

SOBRE MUESTRA INALTERADA

INV E- 148 13

Presentado por:

Ginna Gómez Ortiz

CODIGO: 506471

Brahiam Stiven Pacheco

CODIGO: 5 07335

Stiven Padilla Peña

CODIGO: 507050

Daniel Gordo

CODIGO: 50 5145

Oscar Rodríguez

CODIGO: 507069

Juan Carlos Alvarado

CODIGO: 508175

Presentado a: ING. CARLOS SLEBI

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL

PAVIMENTOS Y LABORATORIO

Abril de 2022

BOGOTÁ D.C

CBR DE SUELOS COMPACTADOS EN EL LABORATORIO Y SOBRE MUESTRA INALTERADA

INV E - 148 13

I. OBJETO.

Este ensayo tiene como fin determinar el índice de resistencia de los suelos de

subrasante, subbase y base, denominado CBR (California Bearing Ratio). Este

método de ensayo está proyectado, aunque no limitado, para la evaluación de la

resistencia de materiales que contengan tamaños máximos de partículas de menos

de 19 mm (¾").

II. INTRODUCCIÓN.

La evaluación de las propiedades de resistencia de los suelos de cimentación o para

carreteras empleando métodos directos siempre es lo más deseado, pero

frecuentemente éstos son difíciles y costosos, como el ensayo de CBR in-situ. Debido

a esto se recurre a un método indirecto, tal como el CBR de laboratorio, ensayando la

muestra en condiciones desfavorables, que en muchos casos no logra representar con

absoluta fidelidad las condiciones reales de trabajo.

Uno de los más usados es el CBR (California Bearing Ratio), el cual es un índice

empleado para expresar las características de resistencia y deformación de un suelo,

estableciéndose en la una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y

la que corresponde a un material de referencia.

Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros T.E. Stanton y O.J Porter del

departamento de carreteras de California. Desde esa fecha tanto en Europa como en

América, el método CBR sea generalizado y es una forma de clasificación de un suelo

para ser utilizado como subrasante o material de base en la construcción de

carreteras. Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los estados

unidos adopto este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.

La experiencia ha demostrado que los resultados del ensayo CBR para aquellos

materiales que contienen porcentajes sustanciales de partículas retenidas en el tamiz

4.75 mm (No. 4), son más variables que los de los materiales más finos. En

consecuencia, se pueden requerir más pruebas para estos materiales, con el fin de

establecer un valor confiable de CBR.

Figura 3 Disco Espaciador (INV- 148 13)

 Martillos de compactación – Como los descritos en las normas INV E–141 e INV E–

142, excepto que, si se usa un martillo mecánico, solo se permite el empleo del de

cara circular.

Figura 4 (INV- 148 13)

 Aparato medidor de expansión – Compuesto por los elementos indicados en los

numerales 5.5.1 y 5.5.2, y cuya masa total no puede exceder de 1.27 kg (2.8 lb).

Figura 5 Aparato medidor de expansión (INV- 148 13)

 Una placa de metal perforada – Una para cada molde, de 149.23 + 1.6 mm (5 7/8 ±

1/16") de diámetro, con no menos de 42 perforaciones de 1,6 mm (1/16") de diámetro,

distribuidas uniformemente sobre el área de la placa.

Figura 6 Placa perforada (INV- 148 13)

 Sobrecargas metálicas – Unas diez por cada molde, una o dos anulares y las

restantes ranuradas (similares a herraduras), con una masa de 2.27 ± 0.02 kg (5 ±

0.10 lb) cada una y 149.23 ± 1.6 mm (5-7/8 ± 1/16") de diámetro exterior. La anular

debe tener un orificio central de, aproximadamente, 53.98 mm (2-1/8") de diámetro.

Figura 7 Sobrecargas (INV- 148 13)

 Termostáticamente controlado, preferiblemente de tiro forzado, regulable a 110 ±

5°C (230 ± 9° F).

Figura 8 Horno (INV- 148 13)

Figura 11 Peso de la muestra compactada

 Colocar un disco papel filtro sobre la base, collar y disco espaciador. Se da vuelta a la

muestra de forma que el suelo quede en contacto con el papel filtro.

 Llevar la muestra a la máquina de compresión y sentar el pistón sobre la superficie del

suelo, utilizando una carga inicial. Fijar en cero el deformimetro de medida de cara y

de penetración como se muestra en la figura 12.

Figura 12 Muestra en máquina de compresión.

 Se hace lectura de las deformaciones (para cada molde) y se toman las

respectivas lecturas del deformimetro de carga.

 Se toma una muestra de 300g en una tara y se lleva al horno

 Al siguiente día se toma el peso seco de esta muestra.

Datos Obtenidos:

Ensayo CBR

Pistón

Diámetro 50 mm

Área 3"

M1 (10 Golpes) M2 (25 Golpes) M3 (56 Golpes)

Peso material 5000 g 5000 g 5000 g

D(cm) 15.22 cm 15.24 cm 15.25 cm

H(cm) 11.67 cm 11.77 cm 11.78 cm

Volumen(gr/cm³) 2124.02 2147.30 2151.

Peso Molde + Base+

Falso Fondo 10148 g 10036 g 10033 g

Agua 400 ml 400 ml 400 ml

Humedad natural 1.5% 1.5 1.5 1.

Peso Compacto+Base+

Falso Fondo

14329 g 14449 g 14593 g

Peso Tara 57 g 56 g 64 g

Peso tara + Material

Húmedo

357 g 356.4 g 364 g

Peso seco + Tara 333.90 g 33 4 g 342.20 g

Peso seco - Tara 276.90 g 277.60 g 278.20 g

Peso muestra

compactada

4181 g 4413 g 4560 g

Densidad Húmeda 1.97 g/cm³ 2.06 g/cm³ 2.12 g/cm³

Peso muestra húmeda

300 g 300 g 300 g

Peso del Agua

23.1 g 22.4 g 21.8 g

Contenido de Humedad

ρ Seco 1.82 g/cm³ 1.90 g/cm³ 1.97 g/cm³

Tabla 1 Datos CBR Laboratorio

Gráficas Esfuerzo vs Penetración

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.

Esfuerzo (lMPa)

Penetración (pulg)

Molde 56 golpes

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.

Esfuerzo (MPa)

Penetración (pulg)

Molde 10 golpes

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.

Esfuerzo (MPa)

Penetración (pulg)

Molde 25 golpes

Esfuerzo (MPa)

Penetración (pulg)

56 Golpes 25 Golpes 10 Golpes

TABLA RESUMEN

GOLPES

CBR 0.1" (%) 16.71 49.01 61.

CBR 0.2" (%) 29.13 62.40 85.

MEDIA CBR (%) 22.92 55.70 73.

GAMA SECO (G/CM3) 1.817 1.902 1.

HUMEDAD (%) 9.5 9.5 9.

Gama

(g/cm3) CBR (%) Gama (g/cm3)

CBR (%) 41.

Gama (g/cm3)

CBR (%)

Curva del CBR

CBR (%) = 344.6 gamaseco- 602.

R² = 0.

1.80 1.85 1.90 1.95 2.

CBR (%)

Gama seco (g/cm3)

Curva del CBR