ENSAYO DE CARGA CON PLACA

ÍNDICE

OBJETIVO Determinar el Módulo de Elasticidad del Suelo, y con este valor,

establecer el Hundimiento del estrato debido a las Deformaciones Elásticas en el mismo.

Determinar el Coeficiente de Balasto o Módulo de Reacción del suelo.

EQUIPO

Unas Placas de Ensayo, que pueden ser:

Rígidas: se tratará entonces de discos metálicos gruesos (20 a 30 mm.), reforzados eventualmente por rigidizadores.

Semirrígidas: constituidos por discos metálicos de 30 mm. de espesor, sobre cuya cara inferior están pegados unos discos de neopreno o caucho.

Ligeras: llamadas cojines hidráulicos, que están constituidas por unos cilindros de acero cuyo fondo es una membrana de caucho y que están rellenas de agua.

Las más utilizadas, son las placas rígidas. Para un mismo taller de ensayo se dispone generalmente de placas de varias dimensiones, entre las cuales las más usuales son las siguientes:

Normas suizas: placas rígidas de 16 y 30 cm. de diámetro.

Normas americanas: placas rígidas de 35, 4.75, 61, 76.2, 91.5 y 106.8 cm. de diámetro.

Normas alemanas: placas rígidas de 30 y 60 cm. de diámetro.

Normas francesas: placas rígidas o Semirrígidas de 20, 40 y 75 cm. de diámetro.

Normas belgas: placas de 33, 43, 61 y 75 cm. de diámetro.

Una Carga de Reacción, que puede ser un remolque especialmente equipado, o más simplemente un camión lastrado.

Un Gato Hidráulico. La potencia del gato debe estar en relación con la carga de reacción y la tensión máxima que se desea utilizar. El gato se coloca sobre la placa y se apoya sobre el arreglo que constituye la carga de reacción.

Unas vigas de referencia. Se trata de una viguería ligera pero rígida e indeformable, que puede estar constituida por una viga sobre dos apoyos, un triangulo de tres apoyos, o un marco rectangular de cuatro apoyos.

Unos deformimetros, que en número de dos o tres, están fijados sobre la viguería de medida y toman apoyo sobre la placa del ensayo.

Cronómetro, pico, pala, nivel de albañil, arena fina o yeso.

Esquema del Ensayo de Carga con Placa

TÉCNICA DEL ENSAYO

La preparación del ensayo precisa de las siguientes operaciones:

Preparación de la superficie de apoyo de la placa, con nivelado eventual (arena fina apisonada o yeso).

Colocación de la placa de ensayo, cuyo diámetro viene fijado en función de la dimensión de los elementos más gruesos del suelo.

Instalación y reglaje del dispositivo de medida. Aplicación de una primera carga para instalación de

la placa de ensayo, durante 30 segundos. Descarga. Puesta a cero de los deformimetros.

El procedimiento mismo del ensayo se muestra a continuación:

Se aplica inicialmente una presión de 1 Kg./cm2 y se mide la deformación total causada por esta carga; a continuación, se retira esta presión y se procede a medir la deformación permanente.

Seguidamente, se realiza el mismo procedimiento mostrado en el apartado anterior, aplicando cargas de 2, 3, 4 y 5 Kg./cm2

CÁLCULOS

1. Con los resultados obtenidos en el campo se calculan εp, εr y εra.

2. Se grafican los resultados en un par de ejes ordenados, en los cuales se coloca en las abscisas, las Deformaciones Recuperables Acumuladas, y en las ordenadas, las presiones aplicadas en el ensayo.

3. El Módulo de Elasticidad (E) se puede calcular con las siguientes expresiones, tomando en cuenta el tipo de placa que se utiliza en el ensayo:

Placas Flexibles:

Placas Rígidas:

Donde:m = Coeficiente de Poisson del suelo (0.3)Ds= Incremento de Presión (1 Kg./cm2)R = Radio de la PlacaDER= Deformación Permanente del suelo(para el incremento de presión).

R

2

*2R**)1(*

E

R

2 R**)1(*2E

3. Para el cálculo de la Deformación Elástica se tiene las siguientes fórmulas

m = 0.3∆σ = incremento de la presiónd = ancho de la zapataE = módulo de elasticidad calculado

d**E

)1(

En caso de las arcillas se puede utilizar la siguiente expresión:

Ip = Factor de influencia (L mayor/L menor)

Eu = Módulo de elasticidad

pu

2

I*E

)1(*B*

EJEMPLO

En un ensayo de Carga con Placa realizado para encontrar el módulo de elasticidad se obtuvieron los siguientes datos:

Lectura Dial

F (Kg.) 

σ (kg/cm2)

Lecturas del Deformimetro

LD (mm) ∆h (mm)εracu

m εpεpacu

m ∆εr

0 0 0 2,000 0        

6,2     2,045          

6,2 730 1 2,045 0,09        

0     2,015          

0      2.020 0,04 0,05 0,04 0,04  

12,3     2,085          

12,3 1460 2 2,085 0,170       0,06

0     2,030          

0     2,030 0,060 0,11 0,02 0,06  

18,5     2,125          

18,5 2160 3 2,125 0,250       0,06

0     2,040          

0     2,040 0,080 0,17 0,02 0,08  

24,6     2,160          

24,6 2920 4 2,160 0,320       0,05

0     2,050          

0     2,050 0,100 0,22 0,02 0,10  

30,8     2,205          

30,8 3650 5 2,025 0,410       0,07

0     2,060          

0     2,060 0,120 0,29 0,02 0,12  

1. La primera columna de la tabla, corresponde a las lecturas del dial de cargas del aparato.

2. La segunda columna (Carga), se obtiene multiplicando los valores obtenidos en la lectura del dial de cargas por la constante del mismo.

3. La tercera columna (Presión), resulta de dividir cada carga para el área de la placa.

4. La cuarta columna (LD), corresponde a las lecturas del deformímetro del aparato para cada estado de carga. Como puede verse en la tabla, existen dos lecturas para cada estado de carga, esto debido a que la aguja del deformímetro no marca un valor exacto.

5. La quinta columna (Dh) se obtiene al restar de la lectura inicial del deformímetro, cada una de las lecturas correspondientes a cada estado de carga, y multiplicando este valor resultante por dos.

Siguiendo el siguiente procedimiento, se obtienen los valores de cada una de las columnas indicadas en la tabla:

6. La sexta columna (εr acum) se obtiene restando de cada valor de Dh correspondiente a las lecturas del deformímetro en cada estado de carga, el valor de Dh correspondiente a las lecturas del deformímetro cuando la carga vuelve a ser cero.

7. La séptima columna de la tabla (εp), se obtiene al restar cada Dh correspondiente a las lecturas del deformímetro cuando la carga vuelve a ser cero.

8. La octava columna (εp acum), resulta de sumar cada valor de εp correspondiente a las lecturas del deformímetro cuando la carga vuelve a ser cero.

9. Finalmente, la novena columna de la tabla (Dεr), corresponde a los valores obtenidos al restar cada uno de los valores de εr acum correspondientes a las lecturas del deformímetro cuando la carga vuelve a ser cero.

Ahora, con los valores de presión y Deformación Recuperable Acumulada (εr acum, obtenidos en la sexta columna de la tabla), graficamos la siguiente curva:

0

1

2

3

4

5

6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Deformación elástica (mm.)

Esfu

erz

o (

kg

/cm

2)

Diagrama Presión vs. Deformación Elástica Acumulada.

∆σ=1 kg/cm2

∆ε=0.06mm.

Con los datos de la gráfica, calculamos el Módulo de Elasticidad con la expresiones mencionadas anteriormente, tanto para placas flexibles como para placas rígidas:

Para Placas Flexibles:

2

2

R

2

cmKg

4550E

006.015*1*)3.01(*2

E

R**)1(*2E

Para placas Rígidas:

2

2

R

2

cmKg

56.3573E

006.0*215*1*)3.01(*14156.3

E

*2R**)1(*

E

FORMATOS DE LABORATORIO