ENSAYO DE CARGA CON PLACA

ENSAYO DE CARGA CON
PLACA
ASTM D 1194
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.
2.
3.
Con los resultados obtenidos en el campo se
calculan εp, εr y εra.
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.
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:
E

2
2 * (1
)*
*R
R
Placas Rígidas:
E
* (1
2
2*
)*
*R
R
Donde:
m= Coeficiente de Poisson del suelo (0.3)
Ds= Incremento de Presión (1 Kg./cm2)
R = Radio de la Placa
DER= Deformación Permanente del suelo
(para el incremento de presión).
3.
Para el cálculo de la Deformación Elástica se tiene
las siguientes fórmulas
(1
)
E
*
*d
m = 0.3
∆σ = incremento de la presión
d = ancho de la zapata
E = módulo de elasticidad calculado
En caso de las arcillas se puede utilizar la siguiente
expresión:
* B * (1
Eu
Ip = Factor de influencia (L
Eu = Módulo de elasticidad
2
)
* Ip
mayor/L menor)
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)
0
0
0
6,2
6,2
Lecturas del Deformimetro
LD (mm)
∆h (mm)
2,000
0
730
1
2,045
2,015
0
2.020
12,3
2,085
1460
2
2,085
0
2,030
0
2,030
18,5
2,125
18,5
2160
3
2,125
0
2,040
0
2,040
24,6
2,160
24,6
2920
4
2,160
0
2,050
0
2,050
30,8
2,205
30,8
εp
εpacu
m
0,05
0,04
0,04
∆εr
2,045
0
12,3
εracu
m
3650
5
2,025
0
2,060
0
2,060
0,09
0,04
0,170
0,060
0,06
0,11
0,02
0,06
0,250
0,080
0,06
0,17
0,02
0,08
0,320
0,100
0,05
0,22
0,02
0,10
0,410
0,120
0,07
0,29
0,02
0,12
Siguiendo el siguiente procedimiento, se obtienen los
valores de cada una de las columnas indicadas en la
tabla:
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.
6.
7.
8.
9.
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.
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.
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.
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:
Diagrama Presión vs. Deformación Elástica Acumulada.
6
Esfuerzo (kg/cm2)
5
4
3
2
∆σ=1 kg/cm2
1
∆ε=0.06mm.
0
0
0,1
0,2
0,3
Deformación elástica (mm.)
0,4
0,5
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:
E
2 * (1
2
)*
*R
R
E
E
2 * (1 0.3 2 ) * 1* 15
0.006
Kg
4550
cm2

Para placas Rígidas:
E
E
E
* (1
2
2*
)*
*R
R
3.14156* (1 0.3 2 ) * 1* 15
2 * 0.006
Kg
3573.56
cm2
FORMATOS DE
LABORATORIO