Informe Lab. PDC I

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(PDC) PENETR ACION DINAMIC A DE CONO

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I.- OBJETIVO 1.1.- OBJETIVOS GENERALES  Interpretar, describir y analizar la fiabilidad de los valores de CBR in situ de la subrasante utilizando el método del PDC (Penetración Dinámica de Cono) dentro de la ciudad universitaria UANCV de la ciudad de Juliaca. 1.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS









Permite realizar de manera sencilla una investigación de las capas del suelo, granulares y levemente sementadas, componentes de un pavimento durante su construcción o en su etapa de servicio. Realizar la exploración del suelo mediante el equipo de penetración deniamica de cono Ver si el ensayo del PDC es un método no destructivo que se puede utilizar para evitar indirectamente la capacidad estructural de un pavimento. DeterminaR las propiedades mecánicas in-situ del suelo de estudio

II.- REFERENCIA NORMATIVA

 Normalización del ASTM D6951 (03) USA  Normalización del INVE172 (07) Colombia  Normalización MOPT/GTZ Costa Rica  Normalización en Perú

III.- MARCO CONCEPTUAL DEFINICION:

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El DCP fue desarrollado en 1956 por Scala; estudios realizados en campo por Livneh y Ishali (1987) y Kleyn (1975) han sido básicos para la evaluación de pavimentos. Posteriormente se ha difundido su uso en Inglaterra, Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Estados Unidos. Este instrumento es utilizado esencialmente para evaluar la resistencia de suelos tanto no disturbados como compactados y estimar un valor de CBR en campo. A diferencia de este último, el DCP presenta ventajas como su simplicidad y economía de uso. Implícitamente, el DCP estima la capacidad estructural de las diferentes capas que conforman a un pavimento, detecta simultáneamente el grado de heterogeneidad que puede encontrarse en una sección y la uniformidad de compactación del material, de una manera rápida, continua y bastante precisa. Permite realizar de manera sencilla una investigación de las capas del suelo, granulares y levemente cementadas, componentes de un pavimento durante su construcción o en su etapa de servicio. El equipo PDC mide la penetración por golpe a traves de las distintas capas componentes de un pavimento. Esta penetración es función de la resistencia al corte IN SITU de os materiales del paquete estructural. El perfil en profundidad brimda por lo tanto, una indicación de las propiedades en el lugar de los materiales de los diferentes estratos componentes en las condiciones reales en que estos se encuentran en el momento del ensayo. El ensayo PDC es un metodo o destructivo que se puede utilizarpara evaluar indirectamente la capacidad estructural de un pavimento. En esta practica se busca determinar las propiedades mecánicas de u suelo mediante el ensayo de penetración denamica de cono. Aunque inicialmente este fue planeado con el fin de determinar el CBR de un suelo en la construcción de carreteras. Durante los últimos años se han ido planteando investigaciones que buscan correlacionar los valores que se obtienen de este ensayo, con los parámetros de resistencia al corte. VENTAJAS: LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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 Facil operación  Económico  Facilidad de trasporte DESVENTAJA:  Poca profundidad

Figura Esquema del Equipo DCP (ASTM D-6951-03).

Curva PDC

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1

-

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Gráfica que representa la penetración acumulada en función del número de golpes acumulados para los respectivos datos. En este tipo de curvas, como se muestra en la Fig. 2 se puede visibilizar el número de capas existentes representadas por rectas de diferentes pendientes, también se puede determinar el espesor de dichas capas

Figura 2 - Curva DCP para una serie de valores, se observan tres capas diferentes.

Diagrama Estructural

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Figura 3 - Curvas estructurales DCPs, para tráfico liviano, mediano y pesado (Transvaal Roads Department-TPA, 1978).

IV.- APLICACIÓN DEL PDC La aplicación del Penetrómetro Dinámico de Cono (PDC) se llevó a cabo en las diferentes carreteras interdistritales y del cercado de cada Distrito de la Provincia de Ica;al realizar el ensayo en cada punto obtenemos datos de pendiente (N, D o DC) en mm/golpes con el que de acuerdo a cualquier formulación se puede obtener el valor de CBR in situ, pero en este caso las pendientes obtenidas servirán para correlacionar pendientes (N) con los valores de CBR in situ, también se obtiene datos de tipo de suelo (se lleva una muestra al laboratorio y se clasifica), también se toma muestra para humedad natural, en un gran numero de inspecciones se ha encontrado una subrasante compuesta por arena eólica, también otro numero grande de ensayos se ha dado en suelo tipo areno limosos y con humedades por debajo de las optimas para compactación.

NOTA: LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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

si durante el hincado se produce un rechazo la presencia de partículas de gran tamaño o de un estrato rocoso puede conducir a la suspensión de la penetración o a doblar la varilla del aparato, si luego de 5 golpes el aparato no ha avanzado mas de 2mm (0.08”) o la manija se ha deflectado mas de 75mm (3”) de su posición vertical, el ensayo se debe detener y el equipo se debe remover hacia otro punto de ensayo. La localización del nuevo punto de ensayo debe ser, por lo menos, a 300mm (12”) de la localización anterior, para minimizar el error causado por la perturbación del material.

V.- MATERIALES a).- terreno natural b).- terreno compactado

VI.- EQUIPOS Y/O HERRAMIENTAS  Penetrometro dinamico de cono de 8kg. Dispositivo para evaluar la resistencia de los suelos inalterados y/o compactados El Penetrometro Dinámico de Cono(PDC) (por sus siglas en ingles) originalmente inventado diseñado y experimentado en Australia en los años 1956 (9) por OlderSwiss y consistía en un martillo de 9 kg (20 libras), y una caída de 508 mm (20 pulgadas), y una varilla con un punta de cono de 30° para introducir a las diversas capas del suelo, Van Vuuren en 1969 trabajó en Nueva Zelanda y posteriormente; ese ensayo no destructivo de naturaleza empírica; se desarrolló con gran LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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ahínco en Sud África en la década de los años 1970 al 80, y se presentó a la comunidad internacional en Europa en los años 19821983 con los trabajos de Kleyn, Savage, Maree, Van Heerden, y Rossouw; para entonces se había planteado algunas modificaciones como sigue: el martillo se varió a un peso de 8 kilos, altura de caída 575 mm y la punta cónica a 60°.

Figura 4: Muestra el instrumento PDC experimentado en Sud África Desde entonces las características físicas no ha sufrido cambios sustanciales, los reportes de las investigaciones siempre han precisado y detallado el instrumento usado y esto ha servido para prácticamente uniformizar el aspecto físico del equipo, más aun ahora que esta Normalizado por la Sociedad Americana de Ensayo de Materiales (ASTM) desde el año 2003 actualmente la ASTM ya ha revisado y corregido la norma del año 2003 y está publicando la norma actualizada ASTM D6951 M(09), los diferentes países que proceden a normalizar este equipo con las normas técnicas de su país lo hacen basados en la norma ASTM D6951 (03), por lo general se ha observado sin ninguna modificación como por ejemplo Colombia con su norma INV E 172 (07), Costa Rica con su norma MOPT/ GTZ, entre otros por lo que es conveniente conocer al detalle las características del PDC normalizado por la ASTM.

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Figura 5: Muestra los equipos PDC con sus estuches de madera

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Figura 6: Muestra detalles del PDC

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Figura 7: Muestra detalles del martillo y partes del PDC

 Eje de guía  Regla milimetrada (barra graduada) LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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VII.- PROCEDIMIENTOS  Una vez ubicado el lugar de ensayo, se ubica el quipo PDC verticalmente sobre un nivel de terreno donde no se encuentre directamente con piedras que obstaculicen el ensayo.  Al iniciar el ensayo con el penetrómetro se introduce el cono asentándole en el fondo para garantizar que se encuentre completamente confinado.  El operador dirige la punta del PDC dentro del suelo, levantando el martillo deslizante hasta la manija y soltándolo para un determinado número de golpes es medida y registrada en términos de milímetros por golpe, valor que es utilizado para describir la rigidez, para estimar una resistencia CBR in-situ a través de una correlación apropiada o para establecer otras características del material.  Para realizar las lecturas posee una regla de medición sujeta al instrumento por dos soportes, un soporte superior unido al yunque que sirve de referencia para las lecturas y un soporte inferior fijo a la regla y unido a la barra de penetración.

VIII.-FORMULAS Relación entre PDc ((mm/gol) y. LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

Ecuacion

autor

Observacione s

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Limite liquido (%)

Valor de soporte de california Modulo resilente (Mpa) Compresión no confinada (Kpa)

¿=0.62∗log ( PDC )−1.14

292 PDC

Gabr. M. et al. (2001

Van vuren (1968), Kleyn (1975) MR=537.76∗PDC Chen D, et al (2005) log ⁡( UCS)=3.29−0.809∗log ⁡( PDC ) Mceivaney y djatnika (1991) C . B . R .=

IX.- CÁLCULOS  PENETRACION (MM):

305mm-312.5mm=7.5mm ………………(1) 312.5mm-321mm=8.5mm……………….(2)  PENETRACION GOLPE (P/G)

p/g(1)=7.5mm/1=7.5 mm/golpe p/g(2)=8.5mm/2=4.25mm/golpe  PDC Factor de PDC: para mazo dual de 8kg = 1 Factor de PDC: para mazo de 4.6kg =2 En este caso usamos el mazo de 8kg = 1

PDC(1)=7.5mm*1=7.5mm PDC(2)=4.25mm*1=4.25mm LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

Suelo con alto contenido de finos (60%) Para todo tipo de suelos Para bases y sub bases Suelos con limos

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 CBR para el calculo del CBR se usuran las siguientes formulas de acuerdo al tipo de suelo: a. Para suelos arcillosos inorgánicos de baja plasticidad CL son CBR < 10 ( 0.017019∗PDC ) e 2 ¿ 1 C . B . R .= ¿

b. Para suelos arcillosos inorgánicos de alta plasticidad CH. C . B . R .=

1 0.002871∗PDC

c. Para otros tipos de suelos (granulares, arena, grava). C . B . R .=

292 ( PDC ) e 1.12

En nuestro caso usaremos PARA OTROS SUELOS

C . B . R .( 1) =

292 =30.57 ( 7.5 ) e 1.12

C . B . R .( 2) =

292 =57.75 ( 4.25 ) e 1.12

d. CBR promedio C . B . R . promedio=CBR ( 1 )+CBR ( 2 ) +… … … ..CBR ( n )

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X.-DATOS OBTENIDOS EN CAMPO: N° DE GOLPE S 0 1 2 3 4 5 6

LECTURA PDC (mm) 305 312.5 321 335 356 375 415

CALCULOS: Se realizara la diferencia de las longitudes obtenidas para poder calcular la profundidad que se logró obtener con el ensayo de PDC: 0  305-312.5=7.5 mm  312.5-321=8.5mm  321-335=14mm  335-356=21mm  356-375=19mm  375-415=40mm Luego se procede a calcular la relación PENETRACION GOLPE (P/G): 

7.5 =7.5 1



8.5 =4.25 2

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

14 =4.67 3



21 =5.25 4



19 =3.8 5



40 =6.67 6

Para el cálculo del PDC se usara el factor para 8kg =1  PDC(1)=7.5*1=7.5  PDC(2)=4.25*1=7.5 Para el cálculo del CBR se usara la fórmula de otros tipos de suelos por tener suelos con presencia de arena: C . B . R .=

292 1.12 (PDC )

C . B . R .( 1) =

292 =30.57 ( 7.5 )1.12

Después procedemos a sumar la última columna para promediar y así hallar el valor del CBR del suelo en el que se trabajó: C . B . R . promedio=CBR ( 1 )+CBR ( 2 ) +… … … ..CBR ( n )

A continuación se presenta el FORMATO PDC llenado con todos los cálculos obtenidos:

PUEBA N°1

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N° DE GOLPE S 0 1 2 3 4 5 6

LECTURA PDC (mm) 305 312.5 321 335 356 375 415

PENETRACIO N (mm)

PENETRACIO N GOLPE (P/G)

PDC

CBR

0 7.5 8.5 14 21 19 40

0 7.5 4.25 4.67 5.25 3.8 6.67

0 7.5 4.25 4.67 5.25 3.8 6.67 CBR promedio

0 30.57 57.75 51.97 45.58 65.47 34.86 47.70%

XI.- GRAFICO

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N° DE GOLPES 0

0

1

2

3

4

5

6

7

-5 -10 -15 -20

PENETRACION (mm) -25 -30 -35 -40 -45

CONCLUSIONES Se logró Interpretar, describir y analizar la fiabilidad de los valores de CBR in situ de la subrasante utilizando el método del PDC (Penetración Dinámica de Cono) dentro de la ciudad universitaria UANCV de la ciudad de Juliaca. Se realizó de manera sencilla la investigación de las capas del suelo, granulares y levemente sementadas, componentes de un pavimento durante su construcción o en su etapa de servicio. Se realizó de manera satisfactoria la exploración del suelo mediante el equipo de penetración dinámica de cono. LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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Se logró ver q el ensayo del PDC es un método no destructivo que se puede utilizar para evitar indirectamente la capacidad estructural de un pavimento. Se logró determinar las propiedades mecánicas in-situ del suelo de estudio.

RECOMENDACIONES  Para poder realizar el ensayo del PDC (Penetración Dinámica de Cono) se recomienda no realizar en suelos con presencia de rocas ya q estos podrían dañar el equipo por lo cual se debe de cambiar el sitio donde se realizara dicho ensayo. LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

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BIBLIOGRAFIA  Guía de laboratorio de Mecánica de Suelos Concreto y Asfalto.  http://civil.upb.edu/files/2010/11/EL-CONO-DIN%C3%81MICO-DEPENETRACI%C3%93N-Y-SU-APLICACI%C3%93N-EN-LA-EVALUACI %C3%93N-DE-SUELOS.pdf  Wikipedia. ANEXOS

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