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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).
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
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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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
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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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
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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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 28 -
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”.
4.3.1. Preparación del espécimen
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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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:
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
4.4.2. Preparación del espécimen
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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
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- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
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, %
Contenido 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil y AmbientalProyecto de Grado
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
DETERMINACION DE LOS LIMITES DE ATTERBERG
Sondeo Avenida Circunvalar. Calle 32 con carrera 1E
Norma Tecnica de Referencia
Ensayo No.Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 45 -
Limite Liquido ASTM 423-66Limite Plastico D424-59ASSHTO T89-68 y T90-70
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%
Peso suelo secoPeso de aguaContenido de humedad, %
Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)Peso suelo humedo
Ensayo No.Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)
LIMITE LIQUIDO
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil y AmbientalProyecto de Grado
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
DETERMINACION DE LOS LIMITES DE ATTERBERG
Sondeo Calle 80 con carrera 104
Norma Tecnica de Referencia
LIMITE PLASTICO
Ensayo No.
Peso suelo humedoPeso suelo secoPeso de aguaContenido de humedad, %Numero de golpes, N
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 46 -
Limite Liquido ASTM 423-66Limite Plastico D424-59ASSHTO T89-68 y T90-70
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.
Peso suelo humedoPeso suelo secoPeso de aguaContenido de humedad, %Numero de golpes, N
LIMITE LIQUIDO
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil y AmbientalProyecto de Grado
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
DETERMINACION DE LOS LIMITES DE ATTERBERG
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
Norma Tecnica de Referencia
Ensayo No.Peso suelo humedo + lata (gr)Peso suelo seco + lata (gr)Peso de lata (gr)
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
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148
AASHTO T193ASTM D1883
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 48 -
Altura (cm) 11.98 Diametro (cm) 15.24 Volumen (cm3) 2185.33
794137494192
49.18%1.92
Penetracion Presion patron Presion ensayo CBR(mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)
2.5 70.31 1.73 2.465.0 105.46 2.01 1.90
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)
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148
AASHTO T193ASTM D1883
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 49 -
Altura (cm) 11.98 Diametro (cm) 15.24 Volumen (cm3) 2185.33
845441464308
24.42%1.97
Penetracion Presion patron Presion ensayo CBR(mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)
2.5 70.31 3.89 5.535.0 105.46 5.07 4.81
Peso del suelo humedo (gr)Contenido de humedad (%)Peso unitario (gr/cm3)
Sondeo Calle 80 con carrera 104
Datos del molde
Peso del molde + suelo humedo (gr)Peso del molde (gr)
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148
AASHTO T193ASTM D1883
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 50 -
Altura (cm) 11.98 Diametro (cm) 15.24 Volumen (cm3) 2185.33
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
Peso del suelo humedo (gr)Contenido de humedad (%)Peso unitario (gr/cm3)
Sondeo Calle 80 con carrera 104
Datos del molde
Peso del molde + suelo humedo (gr)Peso del molde (gr)
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148
AASHTO T193ASTM D1883
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 51 -
Altura (cm) 11.98 Diametro (cm) 15.24 Volumen (cm3) 2185.33
857541384437
22.01%2.03
Penetracion Presion patron Presion ensayo CBR(mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)
2.5 70.31 6.86 9.765.0 105.46 10.11 9.58
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148
AASHTO T193ASTM D1883
Peso del suelo humedo (gr)Contenido de humedad (%)Peso unitario (gr/cm3)
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
Datos del molde
Peso del molde + suelo humedo (gr)Peso del molde (gr)
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 52 -
Altura (cm) 11.98 Diametro (cm) 15.24 Volumen (cm3) 2185.33
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
Peso del suelo humedo (gr)Contenido de humedad (%)Peso unitario (gr/cm3)
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
Datos del molde
Peso del molde + suelo humedo (gr)Peso del molde (gr)
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO)
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 148
AASHTO T193ASTM D1883
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
COMPRESION INCONFINADA
Norma Tecnica de Referencia
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
Peso seco (gr)w(%)
I.N.V. E - 152
Diametro (cm)Area (cm
2)
Peso Humedo (gr)
AASHTO T208ASTM D2166
Sondeo Avenida Circunvalar. Calle 32 con carrera 1E
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
AASHTO T208ASTM D2166
Sondeo Avenida Circunvalar. Calle 32 con carrera 1E
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
COMPRESION INCONFINADA
Norma Tecnica de Referencia
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Deformacion Unitaria real
Esf
uerz
o (K
g/cm
2)
Resultado de ensayo 12 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Avenida Circunvalar
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
AASHTO T208ASTM D2166
Sondeo Calle 80 con carrera 104
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
COMPRESION INCONFINADA
Norma Tecnica de Referencia
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Deformacion Unitaria real
Esf
uerz
o (K
g/cm
2 )
Resultado de ensayo 13 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Calle 80
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 56 -
6.98 Altura (cm) 13.7238.26 Volumen (cm3) 524.99
1009.54 ? (gr/cm3) 1.92851.05 ?d (gr/cm3) 1.6219%
Qu (Kg/cm2) 3.55
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
COMPRESION INCONFINADA
Norma Tecnica de Referencia
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
Peso seco (gr)w(%)
I.N.V. E - 152
Diametro (cm)Area (cm2)Peso Humedo (gr)
AASHTO T208ASTM D2166
Sondeo Calle 80 con carrera 104
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
Deformacion Unitaria real
Esf
uerz
o (K
g/cm
2 )
Resultado de ensayo 14 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Calle 80
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 57 -
5.89 Altura (cm) 11.0127.25 Volumen (cm3) 299.99
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
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
Diametro (cm)Area (cm2)Peso Humedo (gr)Peso seco (gr)
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
COMPRESION INCONFINADA
Norma Tecnica de Referencia
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
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
Deformacion Unitaria real
Esf
uerz
o (K
g/cm
2)
Resultado de ensayo 15 Compresión Inconfinada No. 1 Sondeo Avenida Villavicencio
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 58 -
6.98 Altura (cm) 13.7238.26 Volumen (cm3) 524.99
1009.54 ? (gr/cm3) 1.92851.05 ?d (gr/cm3) 1.6219%
Qu (Kg/cm2) 2.05
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
COMPRESION INCONFINADA
Norma Tecnica de Referencia
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
w(%)
I.N.V. E - 152AASHTO T208ASTM D2166
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
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
Deformacion Unitaria real
Esf
uerz
o (K
g/cm
2)
Resultado de ensayo 16 Compresión Inconfinada No. 2 Sondeo Avenida Villavicencio
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
sd (Kg/cm2) 0.28 MR (Kg/cm
2) 78.167
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil yAmbientalProyecto de Grado
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
MODULO RESILIENTE
Norma Tecnica de ReferenciaI.N.V. E - 156
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
Esf
uerz
o (K
g/cm
2)
Resultado de ensayo 17 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Avenida Circunvalar
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 60 -
sd (Kg/cm2) 0.069 MR (Kg/cm2) 228.24 sd (Kg/cm2) 0.14 MR (Kg/cm2) 571.01
sd (Kg/cm2) 0.28 MR (Kg/cm2) 681.91 sd (Kg/cm2) 0.55 MR (Kg/cm2) 487.76
sd (Kg/cm2) 0.69 MR (Kg/cm
2) 414.84
Promedio MR (Kg/cm2) 528.17
Sondeo Calle 80 con carrera 104
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
MODULO RESILIENTE
Norma Tecnica de Referencia I.N.V. E - 156AASHTO T 274
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil y AmbientalProyecto de Grado
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
Esf
uerz
o (K
g/cm
2)
Resultado de ensayo 18 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Calle 80
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 61 -
sd (Kg/cm2) 0.069 MR (Kg/cm2) 805.72 sd (Kg/cm2) 0.14 MR (Kg/cm2) 754.21
sd (Kg/cm2) 0.28 MR (Kg/cm2) 1553.8 sd (Kg/cm2) 0.55 MR (Kg/cm2) 1210.6
sd (Kg/cm2) 0.69 MR (Kg/cm
2) 1022.9
Promedio MR (Kg/cm2) 1262.43
Sondeo Avenida Villavicencio con Carrera 103A
Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
MODULO RESILIENTE
Norma Tecnica de Referencia I.N.V. E - 156AASHTO T 274
Universidad de los AndesFacultad de Ingenieria
Departamento de Ingenieria Civil y AmbientalProyecto de Grado
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
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
Deformacion Unitaria
Esf
uerz
o (K
g/cm
2)
Resultado de ensayo 19 MR, esfuerzo de confinamiento cero, Sondeo Avenida Villavicencio
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 64 -
6.2. Análisis de resultados de ensayos de Compresión Inconfinada
6.2.1. Sondeo Avenida Circunvalar
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)
6.2.2. Sondeo Calle 80
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
6.2.3. Sondeo Avenida Villavicencio
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 67 -
6.3.1. Sondeo Avenida Circunvalar
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)
6.3.2. Sondeo Calle 80
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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)
6.3.3. Sondeo Avenida Villavicencio
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)
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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 experimental 51.80 7.67 123.80
MR calculado (USACE) 115.49 61.47 184.96
Diferencia porcentual (%) 55.15 87.52 33.07
Calle 80 Circunvalar Av. Villavicencio
Figura 10 MR experimental vs. MR calculado (USACE)
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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 experimental 51.80 7.67 123.80
MR calculado (CSIR) 62.86 35.29 96.75
Diferencia porcentual (%) 17.61 78.27 -27.96
Calle 80 Circunvalar Av. Villavicencio
Figura 11 MR experimental vs. MR calculado (CSIR)
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 75 -
MR experimental vs MR calculado (TRRL)
-100.00-50.00
0.0050.00
100.00150.00
CBR
MR
(M
Pa)
MR experimental 51.80 7.67 123.80
MR calculado (TRRL) 52.63 29.81 80.47
Diferencia porcentual (%) 1.59 74.28 -53.85
Calle 80 Circunvalar Av. Villavicencio
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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
- 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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante 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
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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.
Proyecto de Grado Relación entre las propiedades mecánicas de arcillas de subrasante de Bogotá
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8. BIBLIOGRAFIA
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• 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.]
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