Traduccin de

Asociacin de Investigacin de Carreteras y Transportes

NORMA TCNICA DE ENSAYO

Ensayo dinmico de carga con placa con la ayuda del

equipo ligero de impacto

Asociacin de Investigacin de Carreteras y Transportes

Grupo de trabajo de Ingeniera de Suelos y Cimentaciones

Normas tcnicas de ensayos y mecnica de suelos y rocasen la construccin de carreteras

TP BF-StB

Parte B 8.3

Ensayo dinmico de carga con placa

con la ayuda del

equipo de ensayo ligero de impacto

Fecha de Publicacin: 2003

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Grupo de trabajo de Ingeniera de Suelos y CimentacionesComit de trabajo sobre equipos de ensayo

Presidente: Prof. Dr.-Ingg. K u d l a, Freiberg Miembros: Dip.-Ing. B e c k e r, Kln

Dipl.-Geol. B i n a r d K h n e l, WetzlarDipl.-Ing. B l u m e, Bergisch GladbachDipl.-Geophys. B u m i l l e r, MnchenDipl.-Ing. C e j k a, HamburgDipl.-Math. Dr.rer.nat D e u t l e r, MannheimDipl.-Ing. F r a n z e n, MnsterDr.-Ing. H a a s, RsrathDipl.-Ing. H e n h a p p l, GrnwohldDr.-Ing. K r a t z e r, BerlinDipl.-Ing. L a m m e n, MnsterDipl.-Ing. L a n g e, KlnDipl.-Phys. N i c k o l, MagdeburgDr.-Ing. R a h n, BerlinDipl.-Ing. S c h l g l, MnchenLtd. Akad. Dir. A.D. Dipl.-Ing. v o n S o o s, MnchenDipl.-Ing. T o p h i n k e, WestenseeProf. Dr.-Ing. W e i n g a r t, Dessau

Nota:El procedimiento del ensayo dinmico de carga con placa con ayuda del equipo de ensayoligero de impacto fu elaborado por el Comit de trabajo de equipos de ensayo. Esteprocedimiento de ensayo est incluido como seccin B 8.3 en el manual Normas Tcnicasde ensayos y mecnica de suelos y rocas en la construccin de carreteras.

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Tabla de contenidos

Pgina1. Campo de aplicacin y objeto 6

2. Terminologa 62.1 Ensayo dinmico de carga con placa 62.2 Mdulo de deformacin dinmico 6

3. Componentes del equipo 73.1 General 73.2 Placa de carga 83.3 Dispositivo de carga 93.4 Dispositivo para medida de asiento 93.5 Equipo auxiliar 9

4. Condiciones del ensayo 10

5. Desarrollo del ensayo 105.1 Preparacin del rea de ensayo 105.2 Procedimiento de ensayo 105.3 Excavacin del punto de ensayo 11

6. Informe de ensayo y evaluacin 11

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Prlogo

Los procedimientos del ensayo dinmico se han desarrollado en varios pases para permitirun ensayo rpido de capas de suelos bajo condiciones de carga que se aproximan a aquellasimpuestas por el trfico rodado.

Estos ensayos dinmicos de carga descritos a continuacin difieren de los ensayos estticosde carga segn DIN 18 134 en que la carga adopta la forma de impacto. En el impactoactan fuerzas de inercia en el suelo y en el equipo, y estas tienen un efecto en losmovimientos que han sido generados.

La placa de carga de 300 mm es la mejor opcin para asegurar la comparabilidad con laplaca de carga esttica y con los procedimientos de ensayos dinmicos que utilizan equiposde medida de vibracin.

Como procedimiento de ensayo, el ensayo dinmico de placa de carga forma parte integralde las normas ZTVE-StB 94.

El objeto de esta norma tcnica de ensayo no incluye ni valores lmites admitidos niinstrucciones para realizar ensayos de contraste de referencia con otros mtodos de ensayo.

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1. Campo de aplicacin y objeto

El ensayo dinmico de carga con placa es utilizable para determinar la capacidad portante yla calidad de compactacin de capas de suelo y de bases granulares en la construccin deterraplenes y carreteras.

El ensayo no precisa de mucho tiempo y, por lo tanto, facilita la realizacin de ensayos conmtodos estadsticos. Adems, permite una rpida comprobacin del grado de uniformidadde la zona ensayada. Comparada con el ensayo de placa de carga segn DIN 18 134 estaaproximacin es ventajosa ya que permite medidas en espacios confinados (por ejemplo,zanjas de uso general y relleno de trasds de muros).

El procedimiento del ensayo es apropiado, en particular, para suelos de grano grueso y granomedio con un tamao mximo de grano de 63 mm y puede ser aplicado para determinar elmdulo de deformacin Evd en el rango de 15 a 2/70 mMN .

2. Terminologa

2.1 Ensayo dinmico de carga con placa

El ensayo dinmico de carga con placa con la ayuda del equipo de ensayo ligero de impactoes un procedimiento de ensayo en el cual el suelo recibe un impacto de fuerza mxima Fmaxtransmitida mediante la cada de un peso sobre un placa de carga circular de radio r que sesupone rgida. Cuando el dispositivo est calibrado, esta fuerza es tal que la mxima tensinnormal max debajo de la placa de carga es 2/1,0 mMN en el ensayo.

2.2 Mdulo de deformacin dinmico

El mdulo de deformacin dinmico Evd es un indicador de la deformabilidad del suelo bajoel impacto de una carga vertical definida en 2.1 y con una duracin tmax (ver figura 1). En uncaso particular su valor es calculado en trminos de la amplitud smax del asiento de la placade carga, en adelante llamado asiento, de acuerdo con la frmula

maxmax /5,1 SrEvd = (1)

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Figura1: Secuencia temporal de la fuerza de impacto ejercida por el equipo de ensayoligero de impacto y el asiento que genera.

3. Componentes del equipo

3.1 General

Para realizar el ensayo dinmico de carga con placa se necesita un equipo de ensayo ligerode impacto.

El equipo comprende:

placa de carga, medidor del asiento situado en el centro de la placa de carga en ngulo recto con la

superficie receptora de la carga,e quipo de carga consistente en un peso suspendido, conjunto de muelle y barra o tubo

gua con un resorte de liberacin.

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(1) placa de carga(2) asas(3) medidor de asiento(4) maza(5) conjunto de muelles(6) barra o tubo gua(7) mecanismo de liberacin(8) rtula

Figura 2. Esquema simplificado del equipo de ensayo ligero de impacto

3.2 Placa de carga

Las dimensiones de la placa de carga son las siguientes:

Dimetro = 300 mm 0,5 mmEspesor de la placa = 20 mm 0,2 mm

El material para la placa de carga debe ser acero de grado mnimo S355JO. La cara inferiordebe ser lisa, debe tener una rugosidad media de 6,3 m como mximo. La placa de cargadebe tener dos asas. El sensor usado para las medidas de asientos debe estar fijado en elcentro de la placa de carga. La masa de la placa de carga es:

15 kg 0.25 kg.

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Esto incluye todos los componentes antes mencionados y todas las partes del equipo demedida de asientos fijados a la placa de carga.

3.3 Dispositivo de carga

El dispositivo de carga consiste en una maza de cada, un conjunto de muelles, un tubo guao barra gua, y un mecanismo de liberacin en la parte superior de la barra gua. El equipoligero de impacto tiene dos componentes adicionales extremadamente tiles: una rtula en labase de la barra gua, y un cierre de transporte el cual inmoviliza la maza. Los datos tcnicosespecificados para el mecanismo de carga son los siguientes:

Masa de la maza = 10 kg 0,1 kgMasa total de la barra gua = 5 kg 0,1 kg (incluidos los componentes (5) a (8))Mxima fuerza de impacto Fmax = 7,07 kNDuracin del impacto tmax = 17 ms 1,5 ms.

El conjunto de muelles y maza han de estar calibrados de acuerdo con la seccin 7, de modoque el promedio de la desviacin de la fuerza de impacto sobre los valores especificados nosea mayor de un 1% en el rango de temperaturas entre 0 C y 40 C. Tambin se debe haceruna comprobacin para asegurarse de que la duracin del impacto est tambin segn loespecificado

La maza debe ser de acero por lo menos del grado S355JO, y la barra gua o tubo gua debeser de acero cromado duro. La maza debe tener una forma que permita cogerla despus delprimer impacto en la placa de carga. Adems, en el diseo y el mantenimiento se debentomar medidas apropiadas para asegurar que la friccin entre la maza y la barra gua seasiempre mnima.

3.4 Dispositivo para medida de asiento

El dispositivo de medida de asiento comprende un sensor (sensor de aceleracin) y elinstrumento de lectura de las medidas. El instrumento de lectura de medidas utiliza la sealdel sensor para determinar el asiento smax. El instrumento de lectura de medidas debe mostrary almacenar el asiento mximo de cada impacto y el mdulo de resilencia Evd. Por otraparte, el instrumento de lectura de medidas debe tambin mostrar y guardar la velocidadmxima vmax bajo la carga del impacto. Tales instrumentos deben permitir medidascomprendidas en un rango de 0,3 mm a 1,5 mm en un radio de frecuencia no inferior a 8 Hzhasta 100 Hz y para un rango de temperaturas de aire de 0C a 40C. Adems el dispositivode lectura de medidas debe satisfacer todos los requisitos de calibracin (Anexo A 1.3).

3.5 Equipo auxiliar

- pala,- regleta,- cepillo,- paleta de albail, esptula, arena seca de tamao medio

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4. Condiciones del ensayo

El ensayo dinmico de carga con placa puede ser utilizado en suelos de grano grueso y ensuelos de grano mixto as como en suelos de grano fino firmes o slidos. El porcentaje degranos en el suelo de ms de 63 mm debe ser insignificante.

Si el ensayo es realizado en arenas uniformes secas, en costras, o en suelos saturados cuyonivel superior ha sido perturbado de algn otro modo, la zona alterada debe ser siempreretirada antes del inicio del ensayo. La densidad del suelo que se ensaya debe alterarse lomenos posible.

Los resultados del ensayo para suelos de grano fino (limos, arcillas) solo pueden serobtenidos satisfactoriamente y evaluados cuando estos suelos son de consistencia dura.

La pendiente del rea de ensayo no debe ser superior a 6%.

5. Desarrollo del ensayo

5.1 Preparacin del rea de ensayo

El rea de ensayo debe ser preparada para que la placa de carga pueda ser colocada en unasuperficie lo ms plana posible. Esta superficie se debe haber nivelado con las herramientasconvenientes (regla o paleta de acero) o empujando y rotando la placa de carga. Laspartculas sueltas de suelo deben ser quitadas. La cara interior de la placa de carga debe estarcompletamente en contacto con el suelo. En caso de necesidad, se debe rellenar cualquierdesigualdad con arena seca de grano medio. Sin embargo, el relleno no debe desbordar delos huecos de debajo de la placa de carga.

5.2 Procedimiento de ensayo

Una vez la superficie de ensayo ha sido preparada y la placa de carga ha sido posicionada enel suelo, el dispositivo de carga es centrado en la placa de carga, y el dispositivo para leer laamplitud del asiento que se coloca en el centro de la placa de carga est listo para ensayar.La barra de gua se debe sostener verticalmente, incluso cuando la superficie de la prueba noes horizontal.

El ensayo debe ser precedido por tres impactos preliminares sobre la superficie de ensayopara que la placa de carga est en perfecto contacto con el suelo. La maza debe caerlibremente desde la altura calibrada, y es capturada y sujetada despus de cada impacto.

Despus de que el dispositivo de lectura de medidas ha sido encendido, la maza se sueltatres veces, y los asientos resultantes de los tres impactos son medidos con una precisin de 0,02 mm. Se debe tener cuidado de asegurar que la maza cae exactamente desde la alturaespecificada y es capturada despus de cada impacto.

El mdulo dinmico de resilencia Evd en 2/mMN es calculado mediante la ecuacin (1) enfuncin de la mxima tensin normal max = 0,1 2/mMN bajo la placa de carga, el dimetrode la placa mmr 3002 = y el valor medio smax (mm) de los tres asientos, de la siguienteforma:

10

maxmax

2

max

max 5,22/1,015,05,15,1SS

mMNmS

rEvd ===

(1)

El mdulo dinmico de resilencia Evd est expresado en 2/mMN sin fracciones decimales(ej. 41 2/mMN ).

En caso de comprobaciones estadsticas, segn TP BF-StB, parte E 1, el mdulo dinmicode resilencia Evd debe ser indicado con un decimal (ej. 41,3 2/mMN ) (ver TP BF-StB, parteA 3).

El resultado del ensayo no debe ser evaluado si hay algn movimiento lateral de la placa decarga como resultado del impacto de la maza. (Este podra ser el caso si la inclinacin delsubsuelo es demasiado grande).

5.3 Excavacin del punto de ensayo

Si los resultados obtenidos son inusuales (ej. si hay inclinaciones considerables, o la placade carga se hunde en el suelo ms de lo esperado, o los valores de asientos en la mismasuperficie difieren ms de un 25%), entonces la tierra de debajo de la superficie de pruebaen profundidad igual al dimetro de la placa debe ser excavada, o se debe repetir la medidaen otra zona de ensayo contigua.

Para comprobar la conformidad de los suelos de grano fino con la consistencia indicada enla seccin 4, se debe la excavar por lo menos en un punto ensayado hasta una profundidadde 30 cm.

6. Informe de ensayo y evaluacin

El informe de ensayo debe contener los siguientes datos:

- identificacin de la obra - fabricante / nmero de serie del equipo- localizacin del rea de ensayo- tipo de suelo- condiciones atmosfricas (incluida temperatura)- observaciones referentes a desviaciones del procedimiento especificado y ocurrenciasinusuales- resultado de las excavaciones, en su caso- asientos medidos para cada zona ensayada- mdulo dinmico de deformacin Evd calculado en funcin del valor medio S de losasientos- fecha de ensayo- nombre de quien realiza el ensayo

El mdulo dinmico de deformacin Evd es calculado de acuerdo con la frmula (1),asumiendo que:

- el valor de la tensin normal bajo la placa de carga es 2/1,0 mMN=- el valor del dimetro de la placa de carga es mmr 3002 =

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- la frmula (2), utilizando el valor medio de s de los asientos en mm, es como sigue:

SEvd /5,22= (2)

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