RELACION ENTRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ARCILLAS DE

RELACION ENTRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ARCILLAS DE SUBRASANTE DE BOGOTÁ

FRANCISCO JAVIER GARCIA GONZALEZ

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C.

2003

RELACIÓN ENTRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ARCILLAS DE SUBRASANTE DE BOGOTÁ

FRANCISCO JAVIER GARCIA GONZALEZ

Trabajo de grado para optar al titulo de Ingeniero Civil

Asesor SILVIA CARO SPINEL Ingeniero Civil, M. Sc.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C.

2003

TABLA DE CONTENIDO

1. JUSTIFICACION _________________________________________ 9

2. OBJETIVOS ____________________________________________ 13

3. METODOLOGÍA DE ESTUDIO______________________________ 14

4. DESCRIPCIÓN TEÓRICA E IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS REALIZADOS ________________________________ ______________ 19

4.1. Ensayos de caracterizacion __________________________________________ 19 4.1.1. Humedad Natural __________________________________________________________19 4.1.2. Limites de Atterberg _______________________________________________________20

4.2. Ensayo de CBR____________________________________________________ 22 4.2.1. Preparación del espécimen __________________________________________________24 4.2.2. Conducción del ensayo de CBR _____________________________________________26 4.2.3. Como procesar el ensayo de CBR____________________________________________26

4.3. Ensayo de Compresion Inconfinada __________________________________ 27 4.3.1. Preparación del espécimen __________________________________________________28 4.3.2. Conducción del ensayo de Compresion Inconfinada ___________________________29 4.3.3. Como procesar el ensayo de Compresion Inconfinada_________________________30

4.4. Ensayo de Módulo Resiliente ________________________________________ 32 4.4.1. Factores que afectan el Módulo Resiliente en suelos cohesivos _________________34 4.4.2. Preparación del espécimen __________________________________________________35 4.4.3. Procedimiento de ensayos de resilencia en suelos cohesivos____________________36 4.4.4. Conducción del ensayo de resilencia_________________________________________37

4.4.4.1. Conducción del ensayo de resiliencia según norma INV E-156____________37 4.4.4.2. Conducción del ensayo realizado en el trabajo de grado _________________40

4.4.5. Como procesar el Módulo Resiliente _________________________________________40

5. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO ___________ 43

5.1. Resultados de los ensayos de caracterización __________________________ 43 5.1.1. Humedad Natural __________________________________________________________43 5.1.2. Limites de Atterberg _______________________________________________________44

5.2. Resultados de ensayo de CBR _______________________________________ 47

5.3. Resultados ensayo de Compresión Inconfinada ________________________ 53

5.4. Resultados ensayo de Módulo Resiliente ______________________________ 59

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS _______________________________ 62

6.1. Análisis de resultados de ensayos de CBR_____________________________ 62 6.1.1. Sondeo Avenida Circunvalar ________________________________________________62 6.1.2. Sondeo Calle 80 ____________________________________________________________62 6.1.3. Sondeo Avenida Villavicencio _______________________________________________63

6.2. Análisis de resultados de ensayos de Compresión Inconfinada ___________ 64 6.2.1. Sondeo Avenida Circunvalar ________________________________________________64 6.2.2. Sondeo Calle 80 ____________________________________________________________64 6.2.3. Sondeo Avenida Villavicencio _______________________________________________65

6.3. Análisis de resultados de ensayos de Módulo Resiliente _________________ 65 6.3.1. Sondeo Avenida Circunvalar ________________________________________________67

6.3.2. Sondeo Calle 80 ____________________________________________________________67 6.3.3. Sondeo Avenida Villavicencio _______________________________________________68

6.4. Resumen de los resultados de los ensayos de laboratorio.________________ 69

6.5. Relación entre las correlaciones de la literatura con los resultados de los ensayos __________________________________________________________________ 69

6.5.1. Correlación Shell Oil _______________________________________________________70 6.5.2. Correlación U.S. Army Corps Engineers _____________________________________72 6.5.4. Correlación Transport and Road research Laboratory________________________74

6.6. Correlaciones encontradas __________________________________________ 76 6.6.1. Correlación CBR vs. MR ___________________________________________________77

6.6.1.1. Regresion Lineal ______________________________________________________77 6.6.1.2. Regression Potencia___________________________________________________78

6.6.2. Correlacion Qu vs. MR _____________________________________________________79 6.6.2.1. Regresion Lineal ______________________________________________________79 6.6.2.2. Regresion Potencial ___________________________________________________80

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ____________________ 82

7.1. Conclusiones generales _____________________________________________ 82

7.2. Conclusiones especificas ____________________________________________ 83

7.3. Recomendaciones __________________________________________________ 84

8. BIBLIOGRAFIA ________________________________ _________ 86

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Características de la muestra patrón (INV E-148)___________________________________ 24 Tabla 2 Penetración ____________________________________________________________________ 26 Tabla 3 Resistencia a la Compresión Inconfinada __________________________________________ 32 Tabla 4 Especificaciones para calcular el valor mínimo o máximo de la carga para calcular el

Módulo Resiliente de suelos cohesivos ________________________________________________ 41 Tabla 5 Resultados de ensayos de caracterización __________________________________________ 69 Tabla 6 Resultados de ensayos estudiados._________________________________________________ 69

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Muestra del sondeo de la Avenida Villavicencio ____________________________________ 16 Figura 2 Muestra del sondeo de la Avenida Circunvalar ____________________________________ 17 Figura 3 Muestra del sondeo de la Calle 80 ________________________________________________ 17 Figura 4 Límites de Atterberg ___________________________________________________________ 21 Figura 5 Molde CBR y accesorios ________________________________________________________ 25 Figura 6 Curva de Penetración __________________________________________________________ 27 Figura 7 Ejemplo de ciclo de histéresis____________________________________________________ 42 Figura 8 Ejemplo de un ciclo de histéresis por la primera metodología de obtención del MR_____ 66 Figura 9 MR experimental vs. MR calculado (Shell Oil)_____________________________________ 70 Figura 10 MR experimental vs. MR calculado (USACE) ____________________________________ 72 Figura 11 MR experimental vs. MR calculado (CSIR) ______________________________________ 73 Figura 12 MR experimental vs. MR calculado (TRRL) _____________________________________ 75 Figura 13 Correlación entre CBR y MR. Regresión Lineal __________________________________ 77 Figura 14 Correlación entre CBR y MR. Regresión Potencial ________________________________ 78 Figura 15 Correlación entre Qu vs. MR, Regresión Lineal___________________________________ 79 Figura 16 Correlación entre Qu vs. MR, Regresión potencial ________________________________ 80

INDICE DE RESULTADOS DE ENSAYOS

Resultado de ensayo 1 Humedad Natural__________________________________________________ 43 Resultado de ensayo 2 Límites de Atterberg Sondeo Avenida Circunvalar_____________________ 44 Resultado de ensayo 3 Límites de Atterberg Sondeo Calle 80 ________________________________ 45 Resultado de ensayo 4 Límites de Atterberg Sondeo Avenida Villavicencio ____________________ 46 Resultado de ensayo 5 CBR No. 1 Sondeo Avenida Circunvalar _____________________________ 47 Resultado de ensayo 6 CBR No. 2 Sondeo Avenida Circunvalar______________________________ 48 Resultado de ensayo 7 CBR No. 1 Sondeo Calle 80 _________________________________________ 49 Resultado de ensayo 8 CBR No. 2 Sondeo Calle 80 _________________________________________ 50 Resultado de ensayo 9 CBR No. 1 Sondeo Avenida Villavicencio _____________________________ 51 Resultado de ensayo 10 CBR No. 2 Sondeo Avenida Villavicencio ____________________________ 52 Resultado de ensayo 11 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Avenida Circunvalar ___________ 53 Resultado de ensayo 12 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Avenida Circunvalar ___________ 54 Resultado de ensayo 13 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Calle 80 ______________________ 55 Resultado de ensayo 14 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Calle 80 ______________________ 56 Resultado de ensayo 15 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Avenida Villavicencio __________ 57 Resultado de ensayo 16 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Avenida Villavicencio __________ 58 Resultado de ensayo 17 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Avenida Circunvalar______ 59 Resultado de ensayo 18 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Calle 80 _________________ 60 Resultado de ensayo 19 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Avenida Villavicencio _____ 61

Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá

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1. JUSTIFICACION

Para realizar estudios y diseños en la Ingeniería Civil siempre es muy importante

conocer o tratar de predecir el comportamiento de los materiales que se ven

involucrados en las obras civiles. Para ellos tenemos dos opciones las cuales están

ligadas mutuamente. Primero tenemos lo ensayos de laboratorio que ayudan a

conocer las propiedades intrínsecas de los materiales, la segunda opción es la

modelación física o matemática de teorías que puedan predecir el comportamiento de

los materiales. Para poder utilizar las teorías existentes se deben conocer las

propiedades de los materiales. Es por esto que los ensayos de laboratorio juegan un

papel muy importante en la vida de un ingeniero civil y se les debe dar su

importancia correspondiente, algo que por lo general no se les proporciona.

En nuestro medio es muy común realizar diseños sin contar con todos los ensayos

necesarios que se necesitan para poder predecir con certeza el comportamiento de las

estructuras a diseñar, tales como deformaciones, o desplazamientos. Más

concretamente en el área de pavimentos se realizan diseños teniendo en cuentas

pocos o a veces ningún ensayo que nos diga con precisión cómo es la resistencia de

las capas de la estructura de pavimento.

Cuando se estudia la subrasante existen varios ensayos que nos sirven para

determinar la resistencia al corte del material en donde se va a situar una estructura

de pavimento. El ensayo utilizado más frecuentemente realizado y además el más

económico es el ensayo de Relación de Soporte del suelo o CBR, el cual es un


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ensayo empírico que mide la resistencia al corte de un suelo. Uno de los defectos

más grandes que tiene el ensayo de CBR es que no modela correctamente el

comportamiento del tráfico en una estructura de pavimentos. Es bien conocido que el

tráfico es una carga cíclica en la estructura de pavimentos mientras que la carga con

la cual se realiza el ensayo de CBR es estática. Por esta razón se dio el nacimiento

del ensayo de Módulo Resiliente el cual simula de una manera más correcta la carga

que ejerce el tráfico sobre el pavimento, es decir, las cargas con las cuales se realizan

este ensayo son cíclicas. Otro de los defectos del CBR es que mide la resistencia al

corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, pero dicho

valor no nos sirve para utilizarlo en modelos constitutivos para predecir

deformaciones o la rigidez del suelo, mientras que el Módulo Resiliente si puede ser

relacionado con conceptos como módulos de elasticidad, deformación y/o rigidez, ya

que el ensayo de Módulo Resiliente proporciona la relación básica constitutiva entre

esfuerzo y deformación. Por esta razón, es un concepto mucho más amplio que un

valor empírico como lo es el CBR. La diferencia fundamental radica en que el CBR

es un ensayo empírico mientras que el ensayo de Módulo Resiliente es una ensayo

mecanicista.

Debido a la complejidad del ensayo de Módulo Resiliente y fácil realización del

ensayo de CBR, además del alto costo del ensayo de Módulo Resiliente y el ba jo

costo del ensayo de CBR, el ensayo que más se realiza en nuestro medio es el ensayo

de CBR. Pero como el parámetro requerido dentro de las aplicaciones mecanicistas

es el de Módulo Resiliente, se utilizan correlaciones encontradas en la literatura para

poder encontrar el Módulo Resiliente a partir del CBR. El inconveniente radica en


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que dichas correlaciones fueron encontradas en suelos bastante distintos a los de

Bogotá y por lo tanto las correlaciones pueden no ser correctas y darnos valores de

Módulo Resiliente distintos a los que en realidad encontraríamos por vía

experimental. Por esta razón este trabajo de grado tiene dos objetivos principales: el

primero es intentar de encontrar correlaciones para suelos de Bogotá realizando los

ensayos de CBR y Módulo Resiliente, como dichas correlaciones fueron encontradas

empíricamente con arcillas de Bogotá cabe la posibilidad de que las correlaciones

puedan ser utilizadas en un futuro por personas que las necesiten. El segundo es

utilizar las correlaciones encontradas en la literatura empleando los datos

recolectados para poder saber a ciencia cierta si estas correlaciones son válidas para

los suelos arcillosos de subrasante de Bogotá o saber cuales son los márgenes de

error que se comete al utilizarlas y de esta manera determinar que correlaciones usar

y cuales no y poder estimar cual es el posible error que se comete al utilizar una

cierta correlación.

De igual forma es importante saber si al ut ilizar las correlaciones se está incurriendo

en un sub-diseño o en un sobre-diseño. Al comparar los resultados de laboratorio con

las correlaciones que existen en la literatura también será posible despejar esta

incógnita y saber cual de las correlaciones de la literatura será la mejor para utilizar

en diseños mecanicistas en la ciudad.

Debido a que puede ser conceptualmente deficiente encontrar una correlación entre

un Módulo de elasticidad de un suelo con un parámetro empírico, se determino la

importancia de encontrar una relación entre dos ensayos mecanicistas. Por


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consiguiente el presente trabajo también tiene la finalidad de encontrar una

correlación entre el Módulo Resiliente y la resistencia a la Compresión Inconfinada

(Qu), el cual es una ensayo mucho más económico y más fácil de realizar que un

ensayo de Módulo Resiliente pero que sigue siendo un ensayo físicamente basado, es

decir, un ensayo que muestra el comportamiento del suelo. Se busca con esto tratar

de dar nuevas correlaciones que pueda relacionar el Módulo Resiliente con la

resistencia a la Compresión Inconfinada y no tener que recurrir injustificadamente al

ensayo de CBR.

Es claro porque los ensayos de laboratorio son fundamentales para realizar diseños

confiables que se basan en modelos constitutivos, además es cla ro que un ensayo de

Módulo Resiliente es mucho más complejo que un ensayo de CBR o un ensayo de

Compresión Incofinada. Por lo tanto para propósitos de facilitar las metodologías de

estudio y de diseño es necesario tener correlaciones entre los ensayos complejos y los

viables y por lo tanto el presente trabajo va a tener un campo de acción bastante

grande en el futuro.


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2. OBJETIVOS

El presente trabajo tiene como fines principales dos puntos. El primero es comparar

los resultados obtenidos en ensayos de laboratorio (CBR y Módulo Resiliente) con

muestras de arcilla de Bogotá a correlaciones encontradas en la literatura. Con el fin

de comparar las correlaciones encontradas en la literatura con las obtenidas por

medio de ensayos de laboratorio y concluir que tan acertadas o desacertadas son estas

correlaciones encontradas en la literatura y saber cual es el error aproximado que se

comete al utilizar dichas relaciones.

Además se pretende cuestionar las correlaciones entre el CBR y el Módulo Resiliente

que se utilizan en nuestro medio para el diseño de estructuras de pavimentos y tratar

de dar algunas recomendaciones acerca de las correlaciones encontradas en la

literatura y de las obtenidas en el presente trabajo. Todo esto para poder utilizarlas en

diseños locales con una mayor confiabilidad.

La segunda parte consiste en plantear nuevas correlaciones para suelos finos de

subrasante de Bogotá. No solo correlaciones entre el CBR y el MR sino también se

busca observar si hay alguna relación entre el Módulo Resiliente y la resistencia ala

compresión simple de Compresión Inconfinada . Si existe tal relación se trataría de

encontrar una correlación entre ambos para plantear recomendaciones para el uso de

la misma.


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3. METODOLOGÍA DE ESTUDIO

Con base en los objetivos el primer paso a seguir es buscar en la literatura las

correlaciones existentes entre CBR y MR1. Se realizo una búsqueda en Internet,

papers y libros de consulta de diferentes autores encontrando sin número de

ecuaciones, tales como:

• ( ) 0.552 176KgMR CBR

cm= i (1)

• ( )2 225 0.55KgMR CBRcm

= i i (2)

• ( )2 180 0.64KgMR CBRcm

= i i (3)

• ( ) 0.552 225KgMR CBR

cm= i (4)

Las ecuaciones mostradas anteriormente fueron descartadas para el presente trabajo

por no carecer de información sobre su procedencia, es decir, quien o quienes la

plantearon. Por lo tanto carecían de validez científica y no servían para el estudio que

se pretende realizar.

Las correlaciones que se escogieron para ser analizadas en el presente trabajo son las

siguientes:

1 Módulo Resiliente


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• Shell Oil (Heukelom and Foster 1960):

( ) 1500MR psi CBR= (5)

( ) 10.342MR MPa CBR= (6)

• U.S. Army Corps Engineers (USACE) (Green and Hall 1975):

0.71( ) 5409MR psi CBR= (7)

0.71( ) 37.294MR MPa CBR= (8)

• South African Council on Scientific Industrial Research (CSIR):

0.65( ) 3000MR psi CBR= (9)

0.65( ) 20.684MR MPa CBR= (10)

• Transport and Road Research Laboratory (TRRL) (Lister 1987):

0.64( ) 2555MR psi CBR= (11)

0.64( ) 17.616MR MPa CBR= (12)

Todas las correlaciones se encontraron en unidades americanas y fue necesario

convertirlas al sistema internacional, es por esto que se presentan dos ecuaciones por

cada organización que trató de plantear una correlación entre el CBR y el MR.

Con la información bibliográfica completa se debía proseguir a conseguir las

muestras a las cuales se les iban a realizar los ensayos de laboratorio.


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Se tomo la decisión de realizar tres sondeos representativos de las arcillas de Bogotá

y por cada sondeo realizar dos ensayos de CBR, dos ensayos de Compresión

Inconfinada y un ensayo de MR. Para garantizar que las muestras fueran inalteradas

se obtuvieron las muestras para los ensayos de Compresión Inconfinada y MR por

medio de un tubo Shelby y para el ensayo de CBR se procede como dice la Norma

INVIAS para toma de muestras inalteradas2.

Además de los ensayos de CBR, Compresión Inconfinada y MR se realizan los

ensayos de humedad natural y Límites de Atterberg para caracterizar la muestra.

Los sondeos se realizaron de tres partes distintas de la ciudad:

• Avenida Villavicencio con Carrera 103A.

Figura 1 Muestra del sondeo de la Avenida Villavicencio

2 Como dice en la Norma INVIAS E-148 numeral 5.


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• Avenida Circunvalar. Calle 32 con Carrera 1E .

Figura 2 Muestra del sondeo de la Avenida Circunvalar

• Calle 80 con Carrera 104.

Figura 3 Muestra del sondeo de la Calle 80

De las muestras de los sondeos de la Calle 80 y de la Avenida Villavicencio se

observa que son arcillas duras, mientras que la muestra del sondeo de la Avenida

Circunvalar es una arcilla bastante blanda.


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Los sondeos pertenecen a varios puntos de la ciudad para tratar de obtener datos

representativos de toda la ciudad.

Con los resultados de los ensayos se procede a realizar los análisis pertinentes. Como

se dijo anteriormente la primera parte consiste en analizar las correlaciones existentes

en la literatura y compararlas para saber que tan bien se ajustan en las arcillas de

subrasante de Bogotá. Con los resultados de CBR se hallan los valores de MR con

las correlaciones anteriormente expuestas. Dichos resultados se comparan con lo

resultados de los ensayos de MR obtenidos en el laboratorio con muestras de Bogotá

y se observa cuales son las diferencias y cual de las cuatro correlaciones se ajusta

mejor a los suelos de Bogotá y a los rangos de CBR obtenidos. Se pretende saber

cual de las correlaciones es la mas apropiada para Bogotá y cual puede ser el margen

de error que se comete al utilizarla.

La segunda parte consiste en tratar de plantear correlaciones con los datos obtenidos

en laboratorio. Se obtendrán correlaciones entre CBR y MR y entre Qu3 y MR. Las

correlaciones pueden ser de forma lineal con intersección en cero y de forma

potencial, ya que son las únicas que cumplen con la condición de que cuando uno de

los parámetros sea cero el otro también lo sea.

3 Resistencia a la Compresión Inconfinada.


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4. DESCRIPCIÓN TEÓRICA E IMPORTANCIA DE LOS ENSAYOS

REALIZADOS

4.1. Ensayos de caracterizacion

4.1.1. Humedad Natural

El ensayo de humedad natural consiste en determinar la cantidad de agua presente en

una cantidad de agua dada de suelo en términos de su peso seco.

Al comenzar el ensayo sabemos el peso del suelo húmedo. Por medio de un horno

secamos la muestra, en un recipiente de humedad, a una temperatura de 110 ± 5º C

hasta obtener un peso constante, es común utilizar un periodo de secado entre 12 y

18 horas. Con este procedimiento tenemos el peso seco del suelo y por consiguiente

obtenemos la cantidad de agua en la mása de suelo.

Para obtener la humedad natural utilizamos las siguientes relaciones:

sechumedo oWa W W= − (13)

sec

(%) 100o

Waw

W= i (14)


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4.1.2. Limites de Atterberg

Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los

suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados,

dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado

sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo, al

agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al

estado líquido.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro

y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades,

para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta

deformaciones permanentes sin romperse (plasticidad).

El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a

principios de siglo pasado a través de dos ensayos que definen los límites del estado

plástico.

Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la

plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo (Figura 4

Límites de Atterberg).


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Figura 4 Límites de Atterberg

La plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse,

ni producir rebote elástico.

Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su contenido de agua. De ahí

que se puedan determinar sus estados de consistencia al variar el contenido de agua

si se conocen las fronteras entre los estados . Los estados de consistencia de una mása

de suelo son sólidos, semisólido, líquido y plástico. Estos cambios se dan cuando la

humedad e n las másas de suelo varía. Para definir las fronteras en esos estados se han

realizado muchas investigaciones, siendo las más conocidas las de Terzaghi y

Atterberg.

Para calcular los límites de Atterberg se toma una muestra de suelo representativa del

sitio de sondeo realizado.

La frontera convencional entre los estados semisólido y plástico se llama límite

plástico (LP), que se determina alternativamente presionando y enrollando una


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pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño cilindro se

desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de

agua a que se encuentra se anota como límite plástico.

La frontera entre el estado sólido y semisólido se llama límite de contracción (LC) y

a la frontera entre el límite plástico y líquido se llama límite líquido (LL) y es el

contenido de agua que se requiere adicionar a una pequeña cantidad de suelo que se

colocará en la cazuela de Casagrande y se ranura con un dispositivo de dimensiones

estándar. Se anota el número de golpes necesarios para cerrar la ranura de 12.7 mm.

Se debe realizar este procedimiento con muestra con diferentes porcentajes de

humedad para obtener un número de golpes entre 15 y 20, 20 y 25 y 25 y 30. Se halla

el porcentaje de humedad de cada una de las muestras y se gráfica contra el número

de golpes. El contenido de humedad para el cual 25 golpes fue necesario para cerrar

la ranura se anota como límite líquido.

4.2. Ensayo de CBR

Una de las causas de falla de los pavimentos flexibles, se debe principalmente al

desplazamiento, es decir la falla "al corte", de los materiales que componen las

diferentes capas, es por esto que el diseño se basa en ensayos de corte.

Principalmente esta es la importancia del CBR en la Ingeniería de pavimentos, pues

es un ensayo que estudia la resistencia al corte de los suelos y es utilizado

indirectamente en el diseño de las estructuras de pavimentos.


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El método de la Capacidad de Soporte de California fue propuesto por el Ingeniero

O.J. Porter en 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras del Estado de

California y otros organismos técnicos de carreteras, así como por el cuerpo de

Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de Norteamérica.

La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y

agregados compactados en laboratorio y de muestras inalteradas , con una humedad

óptima y niveles de compactación variables. S irve para evaluar la calidad relativa del

suelo para subrasante, subbase y base de pavimentos. La relación de soporte de

California es una medida de la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de

humedad y densidad controladas. Está definido como la fuerza requerida para que un

pistón normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje

de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual

velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón de

material.

La norma utilizada para este ensayo fue la INV E-148. A continuación se presentara

un breve resumen de la norma.

La expresión que define al CBR, es la siguiente:

Carga unitaria del ensayo

100(%)Carga unitaria patron

CBR = i (15)


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De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga

unitaria patrón. En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta

simplemente por el número entero.

Las características de la muestra patrón son las siguientes:

Tabla 1 Características de la muestra patrón (INV E-148)

mm Pulgadas MN/m 2 kg/cm 2 lb/in 2

2.54 0.1 6.90 70.31 1.05.08 0.2 10.35 105.46 1.5

Penetracion Presion

Los ensayos de CBR se pueden hacer para dos tipos de muestras:

• Sobre muestras compactadas con un contenido de humedad óptimo, obtenido

del ensayo de compactación Proctor.

• Sobre muestras inalteradas.

Como las muestras que se utilizaron en el presente trabajo son inalteradas solo se

describirá el procedimiento para hallar el CBR de muestras inalteradas.

4.2.1. Preparación del espécimen

El procedimiento para obtener muestras inalteradas en el terreno es el siguiente:

Mediante este método, se determina el CBR de un suelo cohesivo en estado natural.


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Se tomarán varias muestras inalteradas, empleando para ello moldes CBR armados

en los extremos de su respectivo collarín. Para facilitar el hinchamiento del molde, el

collarín que se apoya sobre la superficie del terreno tendrá sus bordes cortantes.

El procedimiento consiste en ir hincando el molde contra la superficie del terreno y

al mismo tiempo retirando el suelo de alrededor del molde, hasta que la muestra de

suelo entre en el collarín superior por lo menos 25 mm., cuidando reducir al mínimo

las perturbaciones de la muestra.

Finalmente, se retira el molde realizando un movimiento como cortando el suelo, se

retira el collarín superior, se enrasan ambas caras de la muestra y se les vierte

parafina sólida derretida con el fin de evitar pérdidas de humedad en el traslado al

laboratorio. El peso unitario y la humedad deberán ser determinados por medio del

ensayo de densidad in situ, eligiendo un lugar próximo a aquel desde donde se

obtuvieron las muestras.

El equipo necesario se muestra a continuación.

Figura 5 Molde CBR y accesorios


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4.2.2. Conducción del ensayo de CBR

Para la etapa de penetración se realiza lo siguiente: Se apoya el pistón de penetración

con una carga lo más pequeña posible (no debe exceder de 45 Newton) y se colocan

los diales de lectura de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial, se necesita

para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe considerarse como carga

cero para la relación carga-penetración. La velocidad de carga aplicada al pistón de

penetración será de 1,27 mm/min. Se anotan las lecturas de carga para las siguientes

penetraciones:

Tabla 2 Penetración

Milimetros pulgadas0.63 0.0251.27 0.0501.90 0.0752.54 0.1003.17 0.1253.81 0.1505.08 0.2007.62 0.300

10.16 0.40012.70 0.500

Penetracion

4.2.3. Como procesar el ensayo de CBR

Con los datos de penetración y presión se realiza la curva de esfuerzo-penetración:


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Figura 6 Curva de Penetración

De esta curva se mide el esfuerzo a una penetración de 2,5 mm. (0,1”) y una

penetración de 5 mm. (0,2"). Con estos dos valores se calcula el CBR, con la

ecuación (15) y Tabla 1 Características de la muestra patrón (INV E-148). Si el valor

de CBR a 5 mm. de penetración es mayor debe repetirse el ensayo, si al repetirse el

ensayo el valor de CBR a 5 mm. sigue siendo mayor debe tomarse este valor como el

valor del ensayo. Si es menor se toma como el valor de CBR el obtenido a una

penetración de 2.5mm.

4.3. Ensayo de Compresion Inconfinada

Este método es aplicable solamente a materiales cohesivos que no expulsan agua

durante la etapa de carga del ensayo y que mantienen su resistencia intrínseca

después de remover las presiones de confinamiento, como las arcillas que se estudian

en este trabajo. Este ensayo da un valor aproximado de la resistencia a la compresión

de los suelos cohesivos en términos de esfuerzos totales.


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Su importancia radica en que es un ensayo que proporciona una resistencia al corte

de un suelo cohesivo de una forma rápida y con resultados bastante satisfactorios.

Asi mismo la preparación del espécimen y la conducción del ensa yo es de baja

complejidad.

La norma utilizada para este ensayo fue la INV E-152. A continuación se presentara

un breve resumen del procedimiento utilizado en el laboratorio.

Las muestras utilizadas en el ensayo de Compresión Inconfinada fueron muestras

inalteradas con el fin de poder simular lo más fiable posible el comportamiento

mecánico del suelo “in situ”.


Las probetas deben ser de sección circular o cuadrada y el eje debe ser perpendicular

a dicha sección. Las dimensiones de la probeta debe cumplir la siguiente relación: La

altura al diámetro o al lado de la base debe ser aproximadamente igual, y no inferior

a 2 y teniendo en cuentas las siguientes restricciones:

• Su diámetro o lado no debe ser inferior a 35 mm (1.4")

• La mayor partícula contenida en su interior debe ser, como máximo, igual a

1/10 del diámetro o lado

• Para muestras con diámetro igual o mayor de 71.1 mm, el tamaño de la

partícula deberá ser menor a 1/6 del diámetro o lado.


- 29 -

4.3.2. Conducción del ensayo de Compresion Inconfinada4

1. Se mide la altura y el diámetro con una calibrador, con una precisión de 0.1

mm.

2. Se pesa la muestra

3. Se coloca la probeta en la prensa de tal forma que quede totalmente centrada.

Se activa el dispositivo de avance para que la probeta toque a la placa

superior de la prensa y se ajusta el indicador de deformaciones en cero.

El ensayo podrá ejecutarse con deformación o con carga controlada.

4. Cuando se utilice deformación controlada, se acciona la prensa con una

velocidad de deformación unitaria de la probeta se encuentre entre ½% y 2%

por minuto. Se deben tomar medidas de las deformaciones y de las cargas

cada 30 segundos hasta que la carga comience a disminuir o hasta llegar a

una deformación axial del 20%, lo que suceda primero. Se escogerá una

velocidad en la cual la ruptura ocurra en un lapso de 1 y 10 minutos. Para los

materiales muy blandos que exhiben deformaciones mayores a la falla,

deberán ensayarse a una rata mayor de deformación.

4 Tomado de la Norma INVIAS E-152


- 30 -

5. Cuando se empleen esfuerzos controlados, se aplicara la carga para que

produzca una deformación axial a una rata de ½% a 2% por minuto. Se

registraran los esfuerzos y las deformaciones cada 30 segundos. La tasa de

deformación será de tal forma que la falla de probetas nunca sobrepase los 10

minutos. La carga deberá proseguir hasta que los valores de carga disminuyan

con el aumento de sección que se produce en la probeta durante la rotura, lo

cual traduce en una disminución del esfuerzo aplicado.

6. Hacer un esquema de la forma de la ruptura.

7. De la parte de la probeta en donde se ha producido la rotura se toma una

pequeña muestra en el recipiente y se determina su humedad. También se

determina la humedad de toda probeta.

4.3.3. Como procesar el ensayo de Compresion Inconfinada

Los cálculos a realizar son los siguientes:

1. Calcular la deformación unitaria (e) con la siguiente formula:

L

Loε

∆= (16)

Donde:


- 31 -

ε = Deformación unitaria axial para la carga dada.

? L = Cambio en la longitud de la muestra. Igual al cambio entre la

lectura inicial y final del indicador de deformación.

Lo = Longitud inicial de la muestra.

2. Calcular la sección trasversal promedio de la muestra (A) para una carga dada

así:

1Ao

Aε

=−

(17)

Donde:

ε = Deformación unitaria axial para la carga dada

Ao = Área inicial promedio de la probeta.

3. Calcular el esfuerzo (sc):

Pc

Aσ = (18)

Donde:

p = Carga aplicada dada, y

A = Área de la sección promedio correspondiente.


- 32 -

4. Preparar un gráfico que muestre la relación entre el esfuerzo (ordenada) y la

deformación unitaria (en las abscisas). Tómese el valor mayor de la carga

unitaria o el que corresponda al 20% de deformación, el que ocurra primero

entre las dos, e infórmese como resistencia a la C ompresión Inconfinada.

5. La resistencia a la Compresión Inconfinada también se emplea para calificar

la consistencia del suelo según la siguiente clasificación:

Tabla 3 Resistencia a la C ompresión Inconfinada

Kg/cm² (kPa)Muy blanda < 0.25 ( < 25)

Blanda 0.25-0.50 ( 25 - 50)Mediana 0.50-1.00 ( 50 - 100)

Firme 1.00-2.00 (100 - 200)Muy firme 2.00-4.00 (200 - 400)

Dura >4.00 (> 400 )

Consistencia del SueloResistencia a la

Compresión Inconfinada

6. Mediante el peso y la humedad de la probeta se calcula el peso unitario.

4.4. Ensayo de Módulo Resiliente

Debido a que los suelos y los materiales granulares no presentan un comportamiento

perfectamente elástico, es por ellos que es necesario definir un valor que permita

caracterizar correctamente su comportamiento. De este modo el Módulo Resiliente es

una medida de las propiedades elásticas de los suelos que reconoce sus

características no lineales. El Módulo de resilencia de un suelo está ligado con


- 33 -

conceptos como módulos de elasticidad, deformaciones y/o rigidez, pero no debe

confundirse con una medida de la resistencia del suelo.

Existen una gran variedad de razones por las cuales el ensayo de Módulo Resiliente

es de gran importancia, a continuación se quieren enumerar las más importante. Una

de las principales razones es que proporciona una relación básica constitutiva entre

esfuerzo y deformación de los materiales de construcción de una estructura de

pavimentos. Esta relación constitutiva se utiliza en modelos matemáticos y

mecanicistas para el análisis del comportamiento de una estructura de pavimentos

multicapa. Es importante reconocer que las cargas a las que somete el tráfico a una

estructura de pavimento son cargas cíclicas aproximadamente sinusoidales con su

magnitud disminuyendo y la duración aumentando con la profundidad debajo de la

estructura de pavimento; el ensayo de Módulo Resiliente proporciona la posibilidad

de simular estas condiciones de carga, además de las de confinamiento. Igualmente,

proporciona un medio de evaluación para los materiales de construcción de

pavimentos, incluyendo la subrasante, bajo distintas y variadas condiciones que

simulen la realidad de los pavimentos existentes bajo cargas de tráfico dinámicas.

Un ensayo de Módulo Resiliente consiste en aplicar un esfuerzo axial repetido, de

magnitud, duración y frecuencias fijas que se aplican a un espécimen cilíndrico de

ensayo, debidamente preparado y acondicionado. La respuesta a la deformación axial

Resiliente (recuperable), es medida y empleada para calcular los módulos Resilientes

dinámicos dependiendo del esfuerzo.


- 34 -

4.4.1. Factores que afectan el Módulo Resiliente en suelos cohesivos

El Módulo Resiliente es afectado por gran variedad de factores. Se han realizado

varias investigaciones en donde se estudian los factores que afectan los valores del

Módulo Resiliente. A continuación se presenta un pequeño resumen de dichos

factores (Woojing et al, 1997) :

1. Si se mantienen constantes todos los demás factores el MR es dependiente de

losl esfuerzo. Una simple expresión que relaciona el MR con el esfuerzo

desviador ( dσ ) es usada comúnmente

( ) 2

1k

dMR k σ= (19)

donde las constantes k1 y k2 son halladas experimentalmente.

2. Se ha encontrado que el método de compactación afecta al MR.

Generalmente las muestras compactas por medio de carga estática muestran

valores mayores valores de MR que las muestras compactadas por amásado.

3. Los parámetros de compactación tales como el contenido de humedad y el

peso específico de la muestra controlan los valores del MR. Valores de peso

específico bajos muestran altos valores de MR y cuando los valores de

humedad están por debajo del óptimo los valores de MR decrecen.


- 35 -

4. Existe una relación lineal entre MR y la presión de poros del suelo. El

Módulo Resiliente es una función de tres esfuerzos variable s. El esfuerzo de

confinamiento neto ( 3 auσ − ), el esfuerzo axial ( 1 3σ σ− ) y la matriz de

succión ( a wu u− ).

La norma que se siguió para la realización el ensayo de Módulo Resiliente fue la

INV E-156.


El presente trabajo se realizó para suelos cohesivos de la ciudad de Bogotá, por lo

tanto solo se explica la forma de preparar los especimenes para este tipo de suelo en

específico.

• Tamaño del espécimen: La longitud de la muestra no debe ser menor de dos

veces el diámetro. El diámetro mínimo de la muestra es el mayor entre: 71

mm (2.8”) o seis veces el tamaño de la mayor partícula del suelo.

• La muestra que se va a ensayar es una muestra inalterada de una arcilla. De

esta manera se toma la muestra y se talla de tal forma que se obtengan las

dimensiones deseadas. Teniendo en cuenta de tallar la parte de la muestra que

mejor aspecto tenga. Las dimensiones utilizadas son 50 mm de diámetro y

100 mm de altura.


- 36 -

4.4.3. Procedimiento de ensayos de resilencia en suelos cohesivos5

Conjunto de cámara triaxial. Especimenes recor tados de muestras inalteradas se

colocan en la cámara triaxial y en el aparato de carga, según los siguientes pasos:

1. Se coloca el conjunto de la base de la cámara triaxial sobre la plataforma

de la máquina de carga. Si la cámara tiene una platina de fondo removible

(base de la muestra), ajústese firmemente para obtener un sello hermético.

2. Remuévanse las platinas de los extremos del espécimen de ensayo,

remuévanse los anillos de caucho en O, y luego envuélvanse o enróllense

hacia atrás desde los extremos del espécimen a una distancia de

aproximadamente 6.4 mm (¼").

3. Colóquese una piedra porosa encima del pedestal o sobre la platina del

extremo del fondo de la cámara triaxial.

4. Colóquese cuidadosamente el espécimen sobre la piedra, dóblese la

membrana, y séllese al pedestal o placa del extremo del fondo, con un

anillo en O u otro sello de presión.

5. Colóquese la platina superior (tapa de la muestra) y la celda de carga

sobre la muestra, dóblese la membrana y séllese a la platina superior.

5 Tomado de la Norma INVIAS E-156


- 37 -

6. Ciérrese la válvula sobre la línea de saturación de la placa superior (esta

línea no se necesita para el ensayo de resiliencia de muestras no

sometidas a la saturación des pués de la compactación). Cerrando la

válvula, se evitará la pérdida de aire de la cámara durante el ensayo.

7. Conéctese la línea de drenaje del fondo de la muestra a una fuente de

vacío a través del punto medio de una cámara de burbujas. Aplíquese un

vacío de 21 kPa (3 lb/pulg²).

8. Cuando se haya eliminado el goteo, desconéctese el productor de vacío.

Instálese el conjunto de TLV en la cámara triaxial y colóquese bajo el

dispositivo de carga axial, como se describe en el numeral 6.4.e), pasos 7

al 14.

4.4.4. Conducción del ensayo de resilencia

4.4.4.1. Conducción del ensayo de resiliencia según norma INV E-

156

Se necesitan 12 etapas para efectuar el ensayo del módulo Resiliente sobre suelo

cohesivo instalado en la cámara triaxial y colocado en el aparato de carga.

1. Abrir todas las válvulas de drenaje que conducen al espécimen.


- 38 -

2. Si no está ya conectada, conéctese la línea de suminis tro de la cámara de

presión y aplíquese una presión de confinamiento (presión de la cámara)

de 41 kPa (6 lb/ pulg²), al espécimen de ensayo.

3. Vuélvanse a balancear los puntos de registro para los TLDV y para la

celda de carga.

4. Comiéncese el ensayo aplicando 200 repeticiones de un esfuerzo

desviador de 6.9 kPa (1 lb/pulg²) y luego 200 repeticiones de cada uno de

los valores 14, 28, 55 y 69 kPa (2, 4, 8 y 10 lb/pulg²).

La anterior secuencia de esfuerzos constituye el acondicionamiento de la muestra,

esto es, la eliminación de los efectos del intervalo entre la compactación y la carga, y

la eliminación del cargue inicial contra la recarga. Este acondicionamiento de carga,

ayuda también a disminuir los efectos del contacto inicialmente imperfecto, entre las

platinas de los extremos y el espécimen de ensayo.

5. Disminúyanse el esfuerzo desviador hasta 6.9 kPa (1 lb/pulg²).

Aplíquense 200 repeticiones del esfuerzo desviador y regístrese la

deformación recupe rada a la repetición No. 200 en un formato para suelos

cohesivos.

6. Disminúyase el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta 21

kPa (3 lb/pulg²). Repítase el paso 5.


- 39 -

7. Disminúyase el esfuerzo de confina miento (presión de cámara), hasta

cero. Repítase el paso 5.

8. Auméntese la presión de confinamiento (presión de la cámara) hasta 41

kPa (6 lb/pulg²), aplíquense 200 repeticiones de carga y regístrese la

deformación vertical recobrada a la repetición No.200.

9. Con el esfuerzo desviador en 14 kPa (2 lb/pulg²), aplíquense 200

repeticiones del esfuerzo desviador y regís trese la deformación vertical

recuperada a esfuer zos de confinamiento (presiones de cámara) de 21 kPa

(3 lb/pulg²) y de cero (0).

10. Continúense registrando las deformaciones verticales, recobra das después

de 200 repeticiones del esfuerzo desviador constante, disminuyendo la

secuencia de la presión de confinamiento (presión de la cámara), para

valores del esfuerzo desviador de 28, 55 y 69 kPa (4, 8 y 10 lb/pulg²).

11. A la conclusión del cargue (con la cámara de presión en cero), desármese

la cámara triaxial y remuévanse las abrazade ras de los TLDV.

12. Usese la muestra completa para determinar el contenido de agua y anótese

este valor en el formato para suelos cohesivos.


- 40 -

4.4.4.2. Conducción del ensayo realizado en el trabajo de grado

El ensayo se realiza solamente teniendo en cuneta un solo confinamiento, cuando el

confinamiento es cero. Se coloca la muestra en la maquina y se le aplican los

esfuerzos desviadores en el siguiente orden: 7, 14, 25, 55 y 69 kPa.

Para cada esfuerzo desviador se aplican 200 repeticiones y se registran las

deformaciones verticales en el espécimen.

4.4.5. Como procesar el Módulo Resiliente

Para dibujar las curvas de histéresis de cada combinación de esfuerzos de cámara y

desviador:

1. Calcular la deformación unitaria (mm/mm) con las deformaciones registradas

por el o los extensómetro.

• Calcular el valor mínimo de deformación registrado (defmin)

• Para cada dato de deformación (def*) calcular la deformación unitaria

como sigue:

min*_ *

_def def

def unitariaLongitud extensometro

−= (20)


- 41 -

• Si hay más de un deformímetro hay que calcular la deformación

unitaria promedio:

1 2_ * _ *_ _

2def unitaria def unitaria

deformacion unitaria promedio+

= (21)

2. Calculo del esfuerzo, en kg/cm2, con la carga aplicada.

• Calcular el valor absoluto de todos los valores de carga

• Calcular el valor mínimo o máximo de todos los datos según la siguiente

tabla:

Este cálculo depende del esfuerzo de confinamiento y de la carga.

Tabla 4 Especificaciones para calcular el valor mínimo o máximo de la carga para calcular el

Módulo Resiliente de suelos cohesivos

s 3 (kg/cm2) s 1 (kg/cm2)Valor a calcular

0.069 Minimo0.14 Minimo0.25 Minimo0.55 Maximo0.699 Maximo0.069 Minimo0.14 Minimo0.25 Minimo0.55 Maximo0.699 Maximo0.069 Minimo0.14 Minimo0.25 Maximo0.55 Maximo0.699 Maximo

0.41.

0.21

0


- 42 -

• Calcular el esfuerzo teniendo en cuenta las siguientes ecuaciones:

arg * arg (min)

*c a c a

EsfuerzoArea−

= (22)

arg (max) arg **

c a c aEsfuerzo

Area−= (23)

3. Gráfico del Módulo Resiliente (gráfico de ciclos de histéresis)

Con los datos de def_unitaria * (o deformación_unitaria_promedio*) y Esfuerzo*

dibujar el gráfico de Esfuerzo vs. Deformación unitaria (Gráfico del Módulo

Resiliente para una condición de esfuerzos determinada).

Figura 7 Ejemplo de ciclo de histéresis

El Módulo Resiliente para un esfuerzo de confinamiento y una carga dada es la

pendiente de la línea de tendencia del ciclo de histéresis.

Realizar la gráfica que muestren la variación del Módulo Resiliente , con el esfuerzo

desviador y de confinamiento, para cada espécimen ensayado


- 43 -

5. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO

5.1. Resultados de los ensayos de caracterización

5.1.1. Humedad Natural

SondeoProfundidad

1 2134.11 123.83112.04 103.8811.91 13.09122.2 110.74

100.13 90.7922.07 19.95

22.04% 21.97%

22.01%

SondeoProfundidad

1 293.87 95.9967.09 68.613.16 12.3780.71 83.6253.93 56.2326.78 27.39

49.66% 48.71%

49.18%

SondeoProfundidad

1 2109.46 102.5890.3 84.9912.03 12.8197.43 89.7778.27 72.1819.16 17.59

24.48% 24.37%

24.42%

Contenido de humedad, %

Contenido de humedad


Ensayo No.Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)

Calle 80 con Carrera 1043.68 m

Ensayo No.Peso suelo humedo + lata (gr)

Peso de agua

Peso de aguaContenido de humedad, %


Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)Peso suelo humedoPeso suelo seco

Peso de lata (gr)Peso suelo humedoPeso suelo seco

Avenida Circunvalar. Calle 32 con Carrera 1E1.27 m

Avenida Villavicencio con Carrera 103A3.68 m

Peso suelo humedoPeso suelo secoPeso de aguaContenido de humedad, %

Ensayo No.Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)

Norma Tecnica de Referencia ASTM D2216-71 (normas ASTM parte 19)

Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá

DETERMINACION DE LA HUMEDAD NATURAL

Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria

Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado

Resultado de ensayo 1 Humedad Natural


- 44 -

5.1.2. Limites de Atterberg

Limite Liquido ASTM 423-66Limite Plastico D424-59ASSHTO T89-68 y T90-70

1 2 339.8 37.9 39.55

27.42 26.17 26.9911.72 11.9 12.2828.08 26 27.2715.7 14.27 14.71

12.38 11.73 12.5678.85% 82.20% 85.38%

38 27 16

LL 82.66%

1 224.21 22.921.44 20.5811.66 12.0812.55 10.829.78 8.52.77 2.32

28.32% 27.29%

LP 27.81%

IP 54.85%

LIMITE PLASTICO

Ensayo No.

Peso suelo humedoPeso suelo secoPeso de aguaContenido de humedad, %Numero de golpes, N

LIMITE LIQUIDO


Departamento de Ingenieria Civil y AmbientalProyecto de Grado


DETERMINACION DE LOS LIMITES DE ATTERBERG

Sondeo Avenida Circunvalar. Calle 32 con carrera 1E

Norma Tecnica de Referencia


Peso suelo secoPeso de aguaContenido de humedad, %

Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)Peso suelo humedo

Limite Liquido

y = -0.003x + 0.9016R

2 = 0.9998

78%

80%

82%

84%

86%

15 20 25 30 35 40

Numero de golpes

Con

teni

do d

e hu

med

ad (%

)

Resultado de ensayo 2 Límites de Atterberg Sondeo Avenida Circunvalar


- 45 -


1 2 343.51 43.38 45.7234.87 34.24 35.74

13 12 12.6330.51 31.38 33.0921.87 22.24 23.118.64 9.14 9.98

39.51% 41.10% 43.18%35 29 16

LL 41.53%

1 225.58 26.8823.93 25.12511.9 12.51

13.68 14.3712.03 12.6151.65 1.755

13.72% 13.91%

LP 13.81%

IP 27.72%




LIMITE LIQUIDO





Sondeo Calle 80 con carrera 104


LIMITE PLASTICO

Ensayo No.


Limite Liquido

w = -0.0019(N) + 0.4628R

2 = 0.9827

38%

40%

42%

44%

15 20 25 30 35 40

Numero de golpes

Con

teni

do d

e hu

med

ad (%

)

Resultado de ensayo 3 Límites de Atterberg Sondeo Calle 80


- 46 -


1 2 340.15 40.07 43.8930.96 31.07 33.2711.89 13.07 12.928.26 27 30.9919.07 18 20.379.19 9 10.62

48.19% 50.00% 52.14%39 29 19

LL 50.83%

1 222.37 21.320.61 19.5612.78 11.799.59 9.517.83 7.771.76 1.74

22.48% 22.39%

LP 22.44%

IP 28.39%

LIMITE PLASTICO

Ensayo No.


LIMITE LIQUIDO





Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A





Limite Liquido

w = -0.002(N) + 0.5583

R2 = 0.9977

46%

48%

50%

52%

54%

15 20 25 30 35 40 45

Numero de golpes

Con

teni

do d

e hu

med

ad (%

)

Resultado de ensayo 4 Límites de Atterberg Sondeo Avenida Villavicencio


- 47 -

5.2. Resultados de ensayo de CBR

Altura (cm) 11.98 Diametro (cm) 15.24 Volumen (cm3) 2185.33

797139564015

49.18%1.84

Penetracion Presion patron Presion ensayo CBR(mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)

2.5 70.31 1.47 2.045.0 105.46 1.79 1.70

Peso del suelo humedo (gr)Contenido de humedad (%)Peso unitario (gr/cm3)

Sondeo Avenida Circunvalar

Datos del molde

Peso del molde + suelo humedo (gr)Peso del molde (gr)


RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)

Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148

AASHTO T193ASTM D1883



Curva presion - penetracionSondeo Avenida circunvalar

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

12.5 13.0 13.5 14.0

14.5

Deformacion (mm)

Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 5 CBR No. 1 Sondeo Avenida Circunvalar


- 48 -


794137494192

49.18%1.92


2.5 70.31 1.73 2.465.0 105.46 2.01 1.90


Sondeo Avenida Circunvalar

Datos del molde








Curva presion - penetracionSondeo Avenida Circunvalar

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

12.5

13.0

13.5

Deformacion (mm)

Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 6 CBR No. 2 Sondeo Avenida Circunvalar


- 49 -


845441464308

24.42%1.97


2.5 70.31 3.89 5.535.0 105.46 5.07 4.81



Datos del molde








Curva Presion-penetracionSondeo Calle 80

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13

.5

Deformacion (mm)

Esf

uerz

o (K

g/cm

2 )

Resultado de ensayo 7 CBR No. 1 Sondeo Calle 80


- 50 -


820939714238

24.42%1.94

Penetracion Presion patron Presion ensayo CBR(mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)2.5 70.31 7.00 9.965.0 105.46 9.00 8.53



Datos del molde








Curva Presion PenetracionSondeo Calle 80

0

2

4

6

8

10

12

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

55.5

66.5

77.5

88.5

99.5 10 10.

5 11 11.5 12 12.

5 13 13.5 14

Deformacion (mm)

Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 8 CBR No. 2 Sondeo Calle 80


- 51 -


857541384437

22.01%2.03


2.5 70.31 6.86 9.765.0 105.46 10.11 9.58









Datos del molde


Curva presion - penetracionSondeo Avenida Villavicencio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.

5 13 13.5 14

Deformacion (mm)

Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 9 CBR No. 1 Sondeo Avenida Villavicencio


- 52 -


857542504325

22.01%1.98

Penetracion Presion patron Presion ensayo CBR(mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)2.5 70.31 8.24 11.715.0 105.46 12.19 11.55



Datos del molde








Curva presion - penetracionSondeo Avenida Villavicencio

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.

5 12 12.5 13 13.

5

Deformacion (mm)

Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 10 CBR No. 2 Sondeo Avenida Villavicencio


- 53 -

5.3. Resultados ensayo de Compresión Inconfinada

5.4 Altura (cm) 11.0922.90 Volumen (cm

3) 253.99

433.31 ? (gr/cm3) 1.71

300.81 ?d (gr/cm3) 1.18

44%

Qu (Kg/cm2) 0.187


COMPRESION INCONFINADA




Peso seco (gr)w(%)

I.N.V. E - 152

Diametro (cm)Area (cm

2)

Peso Humedo (gr)



0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

Deformacion Unitaria real

Esf

uerz

o (K

g//c

m2)

Resultado de ensayo 11 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Avenida Circunvalar


- 54 -

5.42 Altura (cm) 10.9223.07 Volumen (cm 3) 251.95438.97 ? (gr/cm3) 1.74307.49 ?d (gr/cm3) 1.2243%

Qu (Kg/cm2) 0.220

Peso seco (gr)w(%)

I.N.V. E - 152

Diametro (cm)Area (cm 2)Peso Humedo (gr)








0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 12 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Avenida Circunvalar


- 55 -

6.86 Altura (cm) 13.1936.96 Volumen (cm3) 487.51

942.71 ? (gr/cm3) 1.93789.52 ?d (gr/cm3) 1.6219%

Qu (Kg/cm2) 1.75

Peso seco (gr)w(%)

I.N.V. E - 152

Diametro (cm)Area (cm2)Peso Humedo (gr)








0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045


Esf

uerz

o (K

g/cm

2 )

Resultado de ensayo 13 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Calle 80


- 56 -


1009.54 ? (gr/cm3) 1.92851.05 ?d (gr/cm3) 1.6219%

Qu (Kg/cm2) 3.55






Peso seco (gr)w(%)

I.N.V. E - 152

Diametro (cm)Area (cm2)Peso Humedo (gr)



0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09


Esf

uerz

o (K

g/cm

2 )

Resultado de ensayo 14 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Calle 80


- 57 -


598.34 ? (gr/cm3) 1.99480.79 ?d (gr/cm3) 1.6024%

Qu (Kg/cm2) 2.32

w(%)

I.N.V. E - 152AASHTO T208ASTM D2166


Diametro (cm)Area (cm2)Peso Humedo (gr)Peso seco (gr)






0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 15 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Avenida Villavicencio


- 58 -


1009.54 ? (gr/cm3) 1.92851.05 ?d (gr/cm3) 1.6219%

Qu (Kg/cm2) 2.05






w(%)

I.N.V. E - 152AASHTO T208ASTM D2166


Diametro (cm)Area (cm2)Peso Humedo (gr)Peso seco (gr)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 16 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Avenida Villavicencio


- 59 -

5.4. Resultados ensayo de Módulo Resiliente

sd (Kg/cm2) 0.069 MR (Kg/cm

2) -89.103 sd (Kg/cm

2) 0.14 MR (Kg/cm

2) 122.45


2) 78.167





MODULO RESILIENTE


AASHTO T 274

y = -89.103x + 0.171

R2 = 0.005

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.00122 0.00123 0.00124 0.00125 0.00126 0.00127 0.00128

Deformacion Unitaria

Esf

uerz

o (K

g/cm

2) y = 122.45x - 0.1179

R2 = 0.1996

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.00175 0.00180 0.00185 0.00190 0.00195 0.00200


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

y = 78.167x - 0.4734

R2 = 0.8802

-0.050.000.050.100.150.200.250.300.35

0.006 0.007 0.008 0.009 0.010


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 17 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Avenida Circunvalar


- 60 -

sd (Kg/cm2) 0.069 MR (Kg/cm2) 228.24 sd (Kg/cm2) 0.14 MR (Kg/cm2) 571.01



2) 414.84

Promedio MR (Kg/cm2) 528.17



MODULO RESILIENTE

Norma Tecnica de Referencia I.N.V. E - 156AASHTO T 274



y = 228.24x + 0.4483

R2 = 0.0663

0.000.02

0.040.060.080.100.12

-0.00172 -0.00170 -0.00168 -0.00166 -0.00164


Esf

uerz

o (K

g/cm

2) y = 571.01x + 0.9344

R2 = 0.4751

0.000.020.040.060.080.100.120.14

-0.00154 -0.00152 -0.00150 -0.00148 -0.00146 -0.00144

Deformacion UnitariaE

sfue

rzo

(Kg/

cm2)

y = 681.91x + 0.9266R

2 = 0.9488

0.00.10.10.20.20.30.30.4

-0.0014 -0.0013 -0.0012 -0.0011 -0.0010 -0.0009 -0.0008


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

y = 487.76x + 0.3967R

2 = 0.9408

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.0010 -0.0008 -0.0006 -0.0004 -0.0002 0.0000 0.0002 0.0004


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

y = 414.84x + 0.0633

R2 = 0.9312

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.0005 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 18 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Calle 80


- 61 -




2) 1022.9

Promedio MR (Kg/cm2) 1262.43



MODULO RESILIENTE

Norma Tecnica de Referencia I.N.V. E - 156AASHTO T 274



y = 805.72x + 1.1223R

2 = 0.5526

0.000.020.040.060.080.100.12

-0.00138 -0.00136 -0.00134 -0.00132 -0.00130 -0.00128


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

y = 745.21x + 0.9598R

2 = 0.6002

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

-0.00120 -0.00118 -0.00116 -0.00114 -0.00112 -0.00110

Deformacion UnitariaE

sfue

rzo

(Kg/

cm2)

y = 1553.8x + 1.5651

R2 = 0.9437

0.000.050.100.150.200.250.30

-0.0010 -0.0010 -0.0009 -0.0009 -0.0008


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

y = 1210.6x + 0.8153R

2 = 0.963

0.00.10.20.30.40.50.6

-0.0007 -0.0006 -0.0005 -0.0004 -0.0003 -0.0002


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

y = 1022.9x + 0.3725

R2 = 0.9609

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.0004

-0.0003

-0.0002

-0.0001

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004


Esf

uerz

o (K

g/cm

2)

Resultado de ensayo 19 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Avenida Villavicencio


- 62 -

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

6.1. Análisis de resultados de ensayos de CBR

6.1.1. Sondeo Avenida Circunvalar

Los valores de CBR obtenidos de los dos ensayos realizados fueron 2.04 en la

muestra No. 1 y 2.46 en la muestra No. 2. En los dos casos el valor de CBR para una

penetración de 2” es menor que el valor de CBR para una penetración de 1”, por lo

tanto los valores de CBR que se toman son los datos de una penetración de 1”. Los

pesos unitarios que se obtuvieron fueron de 1.84 gr/cm3 y de 1.92 gr/cm3 los cuales

tienen un orden de magnitud similar y nos indican que las muestras ensayadas son

del mismo material y muestran que los ensayos fueron realizados correctamente. Por

consiguiente el valor de CBR para el sondeo de la Avenida Circunvalar será el

promedio aritmético de los valores arrojados por los dos ensayos realizados.

Av. Circunvalar 2.25CBR = (24)

6.1.2. Sondeo Calle 80

Para el sondeo de la calle 80 se obtuvieron los siguientes resultados de los ensayos de

CBR. Para la muestra No. 1 se obtuvo un valor de CBR de 5.53 y para la muestra

No. 2 se obtuvo un valor de CBR de 9.96. Estos valores difieren entre si en 4.43

puntos, esto es un valor bastante alto para concluir que los dos ensayos están


- 63 -

realizados correctamente. Por lo tanto se decidió obviar uno de los dos valores

tomando en cuenta los resultados de los ensayos de Módulo Resiliente y de

Compresión Inconfinada. Al mirar los valores de MR y Qu obtenidos para el sondeo

de la calle 80, se observa que la arcilla tiene un resistencia media, no tan dura como

la del sondeo de la Avenida Villavicencio ni tan blanda como el sondeo de la

Avenida Circunvalar, por lo tanto un valor de CBR de 9.96 es muy alto. Después de

analizar todos los resultados se decidió obviar el resultado de la muestra No. 1 y

tomar de valor de CBR el obtenido en la muestra No. 2.

Calle 80 5.53CBR = (25)

6.1.3. Sondeo Avenida Villavicencio

Los resultados de los ensayos de CBR para este sondeo fueron los siguientes: en la

muestra No. 1 se obtuvo un valor de CBR de 9.76 y en la muestra No. 2 se obtuvo un

valor de 11.71. Debido a que el orden de magnitud y los valores de CBR de los dos

sondeos es muy similar se decidió tomar como valor de CBR del sondeo de la

Avenida Villavicencio como el promedio aritmético entre los resultados de los dos

ensayos.

Av. Villavicencio 10.73CBR = (26)


- 64 -

6.2. Análisis de resultados de ensayos de Compresión Inconfinada


Los resultados obtenidos en las dos muestras del sondeo de la Avenida Circunvalar

fueron 0.187 kg/cm2 en la muestra No. 1 y de 0.220 kg/cm2 para la muestra No. 2.

Las humedades naturales en cada uno de los especimenes fue 44% para la muestra

No.1 y de 43% para la muestra No. 2. Esto indica que los dos ensayos fueron

realizados correctamente y que los valores encontrados son correctos. Por lo tanto el

valor de Qu para el sondeo de la Avenida Circunvalar es el promedio aritmético entre

los resul6tados de los dos ensayos.

( )2Av. Circunvalar

0.204kgQucm

= (27)


Los resultados obtenidos en los dos sondeos realizados en la Calle 80 fueron los

siguientes: En la muestra No. 1 fue de 3.55 kg/cm2 y en la muestra No. 2 de 1.75

kg/cm2. Las humedades naturales y los pesos específicos son bastante similares en

las dos muestra. La diferencia entre los dos resultados es bastante grande y por lo

tanto se decidió descartar uno de los dos resultados. Teniendo en cuenta los

resultados de CBR de todos los sondeos anteriormente analizados y teniendo en

cuenta los resultados de Compresión Inconfinada de los otros dos sondeos realizados,

era de esperarse que la resistencia a la Compresión Inconfinada del sondeo de la calle


- 65 -

80 fuera menor que el sondeo de la Avenida Villavicencio. Se concluyó que el valor

de 3.55 kg/cm 2 es bastante alto para los resultados obtenidos en los ensayos de CBR

y Módulo Resiliente, por lo tanto se escogió el valor obtenido en la muestra No. 2

como el resultado del ensayo de Compresión Inconfinada para el sondeo de la Calle

80.

( )2Calle 80

1.75kgQucm

= (28)


Los resultados obtenidos en los sondeos realizados en la Avenida Villavicencio son

los siguientes: En la muestra No. 1 se obtuvo un resultado de 2.32 kg/cm2 y en la

muestra No. 2 se obtuvo un resultado de 2.05 kg/cm2. El orden de magnitud de las

humedades es bastante similar además de sus pesos específicos, se decidió tomar

como resultado del ensayo de Compresión Inconfinada el promedio aritmético entre

las dos muestras.

( )2Av. Villavicencio

2.19kgQucm

= (29)

6.3. Análisis de resultados de ensayos de Módulo Resiliente

El ensayo de Módulo Resiliente se realizó por dos metodologías. La primera

metodología es como dicta la norma realizando el ensayo con tres presiones de

confinamiento distintas y cinco esfuerzos desviadores por cada presión de


- 66 -

confinamiento. La segunda metodología fue realizada en la maquina MTS donde

solo se puede realizar el ensayo con una presión de confinamiento cero y los cinco

esfuerzos desviadores que dicta la norma.

MRsd (kg/cm2)=0.069 s3 (kg/cm2)=0.41

y = 1.5846x - 1.0776

R2 = 0.0022

-1.14-1.12-1.10-1.08-1.06-1.04-1.02-1.00-0.98

0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

Deformacion Unitaria (mm/mm)

Esf

uerz

o (k

g/cm

2 )

Figura 8 Ejemplo de un ciclo de histéresis por la primera metodología de obtención del MR

Al ver los resultados, los ciclos de histéresis, los resultados obtenidos por la primera

metodología de cálculo no eran los esperados y no arrojaron ningún resultado

coherente. Por el otro lado los resultados obtenidos por la segunda metodología si

arrojaron los resultados esperados y son los que se utilizan en el desarrollo del

presente trabajo. La razón por la cual la metodología dos funciono y la primera

metodología no funciono, no se logro establecer con claridad, las posibles razones

pueden ser el diferente tipo de montaje, la sensibilidad de las celdas de carga, las

diferentes resistencias de las muestras de arcilla o factores externos al ensayo.


- 67 -


Debido a que la muestra era muy blanda y el ensayo se realizó sin presión de

confinamiento solo se lograron realizar los primeros tres esfuerzos desviadores

(0.069 kg/cm2, 0.14 kg/cm2, 0.28 kg/cm2). Pero debido a la sensibilidad de los

deformímetros los datos obtenidos en los dos primeros esfuerzos desviadores fueron

ocasionados por ruido, al gráficar el esfuerzo contra la deformación unitaria no se

distinguió los ciclos de histéresis, y por lo tanto los resultados obtenidos no fueron

los esperados y se descartaron los MR obtenidos con estos dos esfuerzos desviadores.

Por lo tanto del sondeo de la Avenida Circunvalar solo se tiene un valor de MR, el

valor obtenido para un esfuerzo desviador de 0.28 kg/cm2.

( )2Av. Circunvalar

78.17kgMR cm = (30)


Debido a que la muestra era lo bastante dura se pudieron realizar los cinco

desviadores con una presión de confinamiento igual a cero. Pero al igual que en el

sondeo de la Avenida Circunvalar los resultados para los dos primeros desviadores

deben ser descartados ya que los deformímetros sólo captaron ruido, al gráficar el

esfuerzo contra la deformación unitaria no se distinguieron los ciclos de histéresis, y

no se obtuvieron los resultados esperados. Para este sonde se hizo un promedio para


- 68 -

los MR de 0.28 kg/cm2, 0.55 kg/cm2, 0.69 kg/cm2 como el valor de MR para el

sondeo de la calle 80.

( )2Calle 80

528.17kgMR cm = (31)


Debido a que la muestra era lo bastante dura se pudieron realizar los cinco

desviadores con una presión de confinamiento igual a cero, al igual que en el sondeo

de la calle 80. Pero al igual que en el sondeo de la Avenida Circunvalar y en la el

sondeo de la Calle 80 los resultados para los dos primeros desviadores deben ser

descartados ya que los deformímetros sólo captaron ruido, al gráficar el esfuerzo

contra la deformación unitaria no se distinguieron los ciclos de histére sis, y no se

obtuvieron los resultados esperados. Para este sonde se hizo un promedio para los

MR de 0.28 kg/cm 2, 0.55 kg/cm2, 0.69 kg/cm2 como el valor de MR para el sondeo

de la Avenida Villavicencio.

( )2Av. Villavicencio

1262.43kgMRcm

= (32)


- 69 -

6.4. Resumen de los resultados de los ensayos de laboratorio.

Muestra w (%) LL (%) LP (%) IP (%)Avenida Circunvalar 22.01% 82.66% 27.81% 54.85%

Calle 80 49.18% 41.53% 13.81% 27.72%Avenida Villavicencio 24.42% 50.83% 22.44% 28.39%

Tabla 5 Resultados de ensayos de caracterización

Muestra CBR Qu (kg/cm2) MR (kg/cm2)Avenida Circunvalar 2.25 0.204 78.17

Calle 80 5.53 1.750 528.17Avenida Villavicencio 10.73 2.190 1262.43

Tabla 6 Resultados de ensayos estudiados.

6.5. Relación entre las correlaciones de la literatura con los resultados de

los ensayos

A continuación se analizan los datos de MR encontrados experimentalmente con los

valores arrojados de MR por las correlaciones encontradas en la literatura teniendo

como base los valores de CBR encontrados experimentalmente.

Los valores de CBR, Qu, MR que se utilizaron son los que se describieron en las

secciones anteriores y se muestran en la Tabla 6 Resultados de ensayos estudiados.


- 70 -

6.5.1. Correlació n Shell Oil

( ( ) 10.342MR MPa CBR= )

La correlación de Shell Oil es la correlación más usada y más conocida en el estudio

y diseño de pavimentos. Además es la correlación que más se ajusta a las arcillas de

Bogotá teniendo en cuenta los ensayos realizados para el presente trabajo. Se observa

que para los sondeos de la Calle 80 y la Avenida Villavicencio el error que se comete

al utilizarla es aproximadamente del 10%. Pero para el sondeo de la Avenida

Circunvalar el error fluctúa en el 70%.

MR experimental vs MR calculado (Shell Oil)

-50

0

50

100

150

CBR

MR

(MPa

)

MR experimental 51.80 7.67 123.80

MR calculado (Shell Oil) 57.19 23.53 111.02

Diferencia porcentual (%) 9.43 67.41 -11.51

Calle 80 Circunvalar Av. Villavicencio

Figura 9 MR experimental vs. MR calculado (Shell Oil)

Lo que tienen en común los sondeos de la calle 80 y la Avenida Villavicencio es que

son arcillas duras con índices de plasticidad y límites líquidos bastante similares, su


- 71 -

IP es aproximadamente un 30% y su LL es del 50%. Además la humedad natural de

los dos sondeos también es muy parecida, la cual oscila en el 25%. Las dos arcillas

tienen características muy parecidas y esta puede ser la razón por la cual reaccionan

igual a la ecuación planteada por Shell Oil.

Por el contrario la muestra de la Avenida Circunvalar tiene un límite liquido bastante

alto, aproximadamente 80%, un contenido de humedad alto, alrededor del 50% y un

índice de plasticidad elevado, cerca del 50%. Sus características son bastante

distintas a las otras dos arcillas y puede ser por esto que reaccione de forma distinta a

la ecuación planteada por Shell Oil.

Los sondeos de la Calle 80 y de la Avenida Villavicencio tienen CBR mayores a 5,

mientas que el sondeo de la Avenida Circunvalar tiene un CBR menor a 5. Es viable

pensar que la ecuación planteada por Shell Oil haya sido obtenida con arcillas duras,

con valores medios de CBR, con bajos valores de humedad y plasticidad y por lo

tanto sean este tipo de arcillas a las cuales se les pueda aplicar la correlación.

Sería recomendable usar la correlación de Shell Oil para las arcillas que tengan las

siguientes propiedades físicas:

• Bajos valores de humedad

• Baja plasticidad

• Arcillas de subrasante duras o con un comportamiento para subrasante

de pobre a regular.


- 72 -

6.5.2. Correlación U.S. Army Corps Engineers

( 0.71( ) 37.294MR MPa CBR= )

Al utilizar la correlación planteada por la USACE se cometen errores desde un 30%

hasta un 90% siempre siendo el valor del MR obte nido experimentalmente menor

que el calculado con la ecuación planteada por la USACE. Esto quiere decir que al

utilizar esta correlación se pueden llegar a realizar sub-diseños pues el MR calculado

a partir del CBR va a ser mayor, es decir, la calidad del material de subrasante es

mejor. Por consiguiente al ser mejor la calidad de la subrasante las capas siguientes

de la estructura de pavimento van a ser de menor espesor y la estructura no va a

soportar las cargas de tráfico a las que va a ser sometida.

MR experimental vs MR calculado (USACE)

0

50

100

150

200

CBR

MR

(M

Pa)


MR calculado (USACE) 115.49 61.47 184.96

Diferencia porcentual (%) 55.15 87.52 33.07


Figura 10 MR experimental vs. MR calculado (USACE)


- 73 -

Para ninguno de los tres sondeos realizados la ecuación de la USACE tiene un buen

comportamiento. Por lo tanto es recomendable no usarla para las arcilla s de

subrasante de Bogotá.

6.5.3. Correlació n South African Council on Scientific Industrial

Research

( 0.65( ) 20.684MR MPa CBR= )

El comportamiento de las arcillas de Bogotá con la ecuación de la CSIR es similar

con el comportamiento que tienen con la ecuación de Shell Oil. La ecuación se ajusta

más para los sondeos de la Calle 80 y de la Avenida Villavicencio. El error que se

comete esta entre un 20% y un 30% para estos dos sondeos y de un 80% para el

sondeo de la Avenida Circunvalar.

MR experimental vs MR calculado (CSIR)

-50

0

50

100

150

CBR

MR

(M

Pa)


MR calculado (CSIR) 62.86 35.29 96.75



Figura 11 MR experimental vs. MR calculado (CSIR)


- 74 -

Las razones por la cual los sondeos de la Calle 80 y la Avenida Villavicencio se

ajustan más a esta ecuación pueden ser los mismos que para la ecuación de la Shell

Oil. Estas arcillas son relativamente duras, con valores medios de CBR, con bajos

valores de humedad y plasticidad.

Sin embargo un error de entre 20 y 30% al calcular el MR a partir del CBR,

comparado con un erro del 10% que proporciona la ecuación de Shell Oil parece ser

recomendable usar la ecuación de Shell Oil por encima la del CSIR.

6.5.4. Correlació n Transport and Road research Laboratory

( 0.64( ) 17.616MR MPa CBR= )

La correlación de la TRRL es la que mejor se ajusta para el sondeo de la Calle 80 ya

que solo hay un error de aproximadamente 2%. Pero no se ajusta para los sondeos de

la Avenida Circunvalar ni para la avenida Villavicencio ya que se cometen errores

del 75% y 55% respectivamente.


- 75 -

MR experimental vs MR calculado (TRRL)

-100.00-50.00

0.0050.00

100.00150.00

CBR

MR

(M

Pa)


MR calculado (TRRL) 52.63 29.81 80.47



Figura 12 MR expe rimental vs. MR calculado (TRRL)

Lo más lógico es pensar que la ecuación sea para arcillas ni tan blandas ni tan duras,

de consistencia media, es decir, no tan blandas como la muestra de la Avenida

Circunvalar y no tan duras como las arcillas de la Avenida Villavicencio. Ya que

entre las dos se encuentra la arcilla del sondeo de la Calle 80, una arcilla

medianamente dura.

Al tener un rango de acierto tan bajo no es recomendable usar la ecuación de la

TRRL en las arcillas de subrasante de Bogotá.

Es posib le que las correlaciones no hayan sido propicias para obtener el MR a partir

del CBR para el sondeo de la Avenida Circunvalar ya que son muestras muy blandas

con alto contenido de agua. La otra razón puede ser que el valor de MR encontrado

es bastante bajo pues corresponde a un ensayo realizado con confinamiento cero. Los


- 76 -

valores obtenidos de MR con confinamiento cero son menores que los valores

obtenidos con presiones de confinamiento mayores por lo tanto es posible que los

valores de MR sean un poco mayores y se ajusten un poco mejor a las correlaciones

encontradas en la literatura.

Debido a que el punto mas critico es cuando no existe confinamiento, es decir el

valor del MR es el menor, al realizar los análisis con estos valores va a existir un

factor de seguridad implícito. Por lo tanto los valores pueden llegar a ser un poco

mayores pero nunca menores, con lo cual se asegura que se tienen valores confiables

de MR con las correlaciones analizadas.

6.6. Correlaciones encontradas

Se plantearon correlaciones entre CBR y MR que es la relación más usada y

estudiada para obtener el MR a partir de otro ensayo, en este caso el CBR. También

se plantaron correlaciones entre la resistencia a la Compresión Inconfinada (Qu) y el

MR. Para cada caso se plantearon ecuaciones de tipo lineal con intersección en cero

y de tipo potencial ya que estas son las que aseguran una intersección en cero, es

decir, cuando el parámetro de entrada es cero el de salida también es cero.


- 77 -

6.6.1. Correlación CBR vs. MR

6.6.1.1. Regresion Lineal

CBR vs. MRRegresion Lineal

(Interseccion en cero)

MR(MPa) = 10.814CBR

R2 = 0.940

0

50

100

150

0 2 4 6 8 10 12

CBR

MR

(MP

a)

Avenida Circunvalar

Calle 80

Avenida Villvicencio

Figura 13 Correlación entre CBR y MR. Regresión Lineal

( ) 10.81MR MPa CBR= ⋅ (33)

La correlación obtenida con los datos experimentales y ajustándola a una regresión

de tipo lineal que tuviera el corte con el eje y en cero casualmente se parece a la

correlación planteada por Shell Oil. Lo cual le da validez a la correlación más

utilizada en nuestro medio.


- 78 -

La regresión tiene un R2 de 0.94 lo cual muestra que los datos obtenidos

experimentalmente se ajustan de correctamente a una regresión lineal y es válida la

ecuación encontrada.

6.6.1.2. Regression Potencia

CBR vs. MRRegresion Potencial

MR (MPa) = 1.891CBR1.812

R2 = 0.983

0

50

100

150

0 2 4 6 8 10 12

CBR

MR

(M

Pa)

AvenidaCircunvalar

AvenidaVillavicencioCalle 80

Figura 14 Correlación entre CBR y MR. Regresión Potencial

( ) 1.811.89MR MPa CBR= ⋅ (34) Utilizando una regresión de forma potencial obtenemos un R2 un poco más alto que

el obtenido utilizando una regresión lineal con intersección en cero, ya que se obtuvo

un R2 de 0.983. Esto quiere decir que existe una fuerte relación entre el MR y el CBR

en las arcillas de subrasante en la ciudad de Bogotá.


- 79 -

Se observa que de los dos tipos de regresión utilizada la que más se ajusta a los datos

experimentales es la potencial. Esto confirma el por qué de que existan tantas

correlaciones en la literatura que tengan la misma forma. Además confirma que la

relación existente entre los parámetros CBR y MR es de forma potencial.

6.6.2. Correlacion Qu vs. MR

6.6.2.1. Regresion Lineal

Qu vs. MRRegresion Lineal

(Interseccion en cero)

MR (kg/cm2) = 468.672Qu (kg/cm2)R2 = 0.800

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Qu (kg/cm2)

MR

(kg/

cm2)

Avenida Circunvalar

Calle 80

Avenida Villavicencio

Figura 15 Correlación entre Qu vs. MR, Regresión Lineal

( ) ( )2 2468.67kg kgMR Qucm cm

= ⋅ (35)

Se observa en la Figura 15 Correlación entre Qu vs. MR , Regresión Lineal que existe

una relación lineal entre la resistencia a la Compresión Inconfinada y el MR. El


- 80 -

resultado nos muestra que la correlación tiene un R2 de 0.800, el cual es un valor

bastante alto para ser datos experimentales de muestras inalteradas.

6.6.2.2. Regresion Potencial

Qu vs. MRRegresion Potencial

MR (kg/cm2) = 407.607Qu (kg/cm2)1.057

R2 = 0.949

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Qu (kg/cm2)

MR

(kg/

cm2 )

Avenida Circunvalar

Avenida Villavicencio

Calle 80

Figura 16 Correlación entre Qu vs. MR, Regresión potencial

( ) ( )1.062 2407.61kg kgMR Qu

cm cm= ⋅ (36)

Analizando los resultados se observa que la relación potencial entre el Qu y el MR es

mas acertada que la relación lineal. Esto se puede comprobar al comparar los R2 de

las correlaciones encontradas. Mientras que la regresión lineal nos arroja un R2 de


- 81 -

0.800 la regresión potencial no proyecta un R2 de 0.949 el cual es bastante mayor.

Por lo tanto se puede afirmar que la relación existente entre el Qu y el MR para

arcillas de Bogota es una relación potencial.

Al hallar una relación entre el Qu y el MR también se encontró que la relación

existente entre estos dos parámetros es de tipo potencial, lo que confirma lo hallado

al encontrar una relación entre el CBR y el MR. Por lo tanto se puede afirmar con un

grado alto de certeza que la relación existente entre estos parámetros es potencial.


- 82 -

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1. Conclusiones generales

Por medio de los ensayos de CBR, Compresión Inconfinada y Módulo Resiliente se

logró estudiar y analizar el comportamiento mecánico de muestras representativas de

arcillas de subrasante de la ciudad de Bogotá logrando cumplir con los objetivos del

trabajo de grado.

A pesar de que los tres ensayos realizados son distintos y con su ejecución se

adquieren parámetros totalmente distintos que describen la resistencia al corte de un

suelo de manera diferente, se logró observar que existen relaciones entre los

parámetros que se obtienen de los ensayos estudiados. Se encontró que existe una

relación entre el CBR y el MR y entre el Qu y el MR.

Se analizaron dos tipos de relaciones entre los parámetros estudiados, la relación

lineal con intersección en cero y la relación potencial ya que son las únicas que

proporcionan que su intersección sea en cero, es decir, cuando el parámetro de

entrada sea cero el de salida también sea cero. En todos los casos la relación

potencial es mucho más fuerte que la relación lineal. Esto pauta que la relación entre

los parámetros estudiados es potencial y que las ecuaciones encontradas en el

presente trabajo que se adaptan mejor a los suelos de subrasante de Bogotá son las

que poseen forma potencial.


- 83 -

7.2. Conclusiones especificas

Se estudiaron y analizaron cuatro ecuaciones encontradas en la literatura que

relacionan el CBR con el MR teniendo en cuenta los resultados de laboratorio de los

sondeos.

De las cuatro correlaciones la que mejor se adapta a las arcillas de subrasante de

Bogotá es la planteada por Shell Oil, por dos razones principalmente. La primera es

que al utilizar esta ecuación es cuando se cometen menos errores al calcular el MR a

partir del CBR, lo cual es lo que se busca al utilizar estas correlaciones. La segunda

razón radica en que al analizar los datos experimentales de CBR y MR se encontró

una correlación que posee una forma muy parecida a la ecuación de Shell Oil como

se puede ver a continuación:

• Ecuación planteada por Shell Oil: ( ) 10.342MR MPa CBR= (6)

• Ecuación planteada en el presente trabajo: ( ) 10.814MR MPa CBR= (33)

Esto confirma la validez de la ecuación planteada por Shell Oil y confirma el por qué

es la más conocida y utilizada en el estudio y diseño de pavimentos.

Con las otras tres ecuaciones encontradas en la literatura se observó que los errores

que se cometen al utilizarlas son bastante grandes sin tener en cuenta el tipo de suelo

de subrasante o sus características. Por lo tanto estas correlaciones no son de gran

utilidad para utilizarlas con suelos de subrasante de la ciudad de Bogotá.


- 84 -

A pesar de que las muestras que se utilizaron para los ensayos de CBR, Compresión

Inconfinada y MR eran inalteradas se lograron obtener valores de R2 bastante altos

en las correlaciones planteadas. Lo cual muestra que es posible realizar ensayos con

muestras inalteradas y obtener resultados satisfactorios.

7.3. Recomendaciones

• Al ser el MR un parámetro indispensable en el diseño de pavimentos es

recomendable utilizar las ecuaciones planteadas en este trabajo con mucha

precaución debido a la variabilidad de los parámetros por tratarse de muestras

inalteradas.

• Es recomendable utilizar las correlaciones existentes en la literatura y las

planteadas en el presente trabajo solo en etapas de prediseño o para tener una

idea de los valores de MR a partir del CBR o la resistencia a la Compresión

Inconf inada. Siempre que sea posible es mejor realizar los ensayos de MR a

las muestras de arcillas de subrasante para tener valores más confiables y que

los diseños tengan una mayor confiabilidad y no se vaya a incurrir en un

subdiseño o en un sobrediseño de la obra.

• Hay que abstenerse de utilizar las correlaciones encontradas en la literatura

planteadas por el U.S. Army Corps Engineers, por el South African Council

on Scientific Industrial Research y por el Transport and Road Research


- 85 -

Laboratory en arcillas de subrasante de Bogotá ya que los errores al encontrar

el MR a partir del CBR son bastante altos.

• Pero si en alguna circunstancia no es posible realizar los ensayos de MR se

recomienda utilizar las siguientes ecuaciones para obtener los valores de MR.

o Ecuación planteada por Shell Oil: ( ) 10.342MR MPa CBR= (6)

o Correlación entre CBR y MR: ( ) 1.8121.891MR MPa CBR= i (34)

o Correlación entre Qu y MR:

( ) ( )1.062 2407.61kg kgMR Qu

cm cm= ⋅ (36)

• Para la utilización de la ecuación de Shell Oli se deben tener en cuenta las

siguiente propiedades físicas:

• Bajos valores de humedad

• Baja plasticidad

• Arcillas de subrasante duras o con un comportamiento para subrasante

de pobre a regular.


- 86 -

8. BIBLIOGRAFIA

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Mecánica de Suelos. Editorial Limusa. Mexico 1974. Págs. 123-148.

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de suelo, roca y mezclas de suelo-agregado.

• I.N.V. E -125. Determinacion del limite liquido de los suelos.

• I.N.V. E -126. Limite plastico e indice de plasticidad.


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• I.N.V. E-148. Relacion de soporte del suelo en el laboratorio (CBR de

laboratorio).

• I.N.V. E -152. Compresion Inconfinadaen muestras de suelos.

• I.N.V. E -156. Modulo Resiliente de suelos de subrasante.

SUBGRADE.<http://hotmix.ce.washington.edu/wsdot_web/Modules/04_design_par

ameters/04-2_body.htm.> [Consulta: Octubre 8 de 2003.]

Documents

RELACION ENTRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE ARCILLAS DE