Calculos realizados por el ensayo CBR incluido en HCLab

Transcripción

1 Calculos realizados por el ensayo CBR incluido en HCLab 1.- El cálculo de las densidades, humedades y absorciones se realiza primero para cada uno de los moldes Empezamos con la Humedad antes de la inmersion: Agua_antes = Tara+Suelo+Agua Tara+Suelo Suelo_antes = Tara+Suelo Tara Humedad_antes = 100 * Agua_antes/Suelo_antes Calculamos la densidad seca (antes de la inmersion). Suelo+Agua = Masa+Suelo+Agua - Masa Suelo_Despues = 100 * Suelo+Agua / (100 + Humedad_antes) Agua = Suelo+Agua - Suelo_Despues Densidad_Seca = Suelo_Seco / Volumen_molde Calculamos la compactación como porcentaje del molde sabiendo que 60 golpes correpsonde al 100% de compactación: Compactación = Numero_Golpes / 60 * 100 (redondeado al entero más próximo) Volvemos con la humedad despues de la inmersión. NOTA: Tara+Suelo despues inmersion es un cálculo solo si se pone el 100% del suelo en la estufa, aunque si no es asi y se usa un porción, entonces será un dato que el operario introduce. Aqui suponemos que se introduce el 100% por lo que se calcula. Ademas, la tara despues de la inmersión coincide con el peso del molde. Tara+Suelo_Despues = Molde + Suelo_Despues Agua_Despues = Tara+Suelo+Agua_Despues Tara+Suelo_Despues Suelo_Despues = Tara+Suelo_Despues - Tara_Despues Humedad_Despues = 100 * Agua_Despues / Suelo_Despues Lo siguiente es calcular la absorción de agua. Absorción = Humedad_Despues - Humedad_Antes 2.- Hinchamiento individual (el hinchamiento medio es la media de los hinchamientos obtenidos). NOTA: Se admiten hinchamientos negativos, raros aunque no imposibles. Hinchamiento = (Lectura_Final Lectura_Inicial ) * 100 / Gráfica de penetraciones y cargas empleadas Las penetraciones en milimetros estan fijadas por la norma, mientras que las cargas introducidas se multiplican, si existe, por la constante del anillo.

2 Fuerza_Real = Fuerza * Constante_Anillo Calculo de los desplazamientos del origen según la norma. Aunque la norma pide detectar un punto de inflexión en la gráfica y usarlo para calcular el corte de la grafica con el origen, en la practica no es posible usar ese método de forma automatizada, ya que se basa en la intuición del técnico en varios aspectos: Por un lado, lo normal es tener varios puntos de inflexión, pero la norma solo contempla la existencia de uno, por lo que el técnico debe elegir uno intuitivamente. Por otro lado, aunque solo existiera un punto de inflexión, este puede no ser apropiado para usar su tangente tal como describe la norma. En general, solo en casos idealizados este método puede ser aplicado. Se incluye a continuación un ejemplo gráfico de aplicación de la norma al pie de la letra a un molde de un CBR real que da lugar a un cálculo totalmente erroneo del desplazamiento. Por un lado, se ven varios puntos de inflexión (marcados con un círculo), y en cada uno de ellos se ha trazado la tangente para comprobar si corta donde intuitivamente esta el origen de la gráfica, pero ninguno de los puntos de inflexión resulta adecuado para dicho cálculo. Si elegimos el más favorable para la aplicación del método de la tangente (en este ejemplo parece ser el segundo de los puntos) y trazamos la tangente, vemos claramente que no corta al eje donde intuitivamente debería, por lo que da lugar a un desplazamiento de la gráfica del orden de 0.5 mm, cuando debería de ser del orden de 0.25 mm. Como puede apreciarse en el gráfico, no solo el resultado obtenido usando el segudo punto es erroneo, lo peor es que si elegieramos automáticamente el punto de inflexión más proximo al origen (el primero de ellos), obtendriamos un desplazamiento negativo, que desplazaría a la gráfica a la derecha en lugar de a la izquierda, dando lugar a índices CBR del orden de la mitad del correcto, o incluso, como se observa en el tercero de los puntos, no podríamos obtener un índice CBR tras desplazar la gráfica ya que esta quedaría deplazada más alla de los 2.5 mm e incluso de los 5 mm Cálculo de los desplazamientos del origen utilizado. El método utilizado está diseñado para dar resultados similares al método intuitivo indicado en la norma, pero de forma que dicho cálculo no sea tan sensible a pequeñas variaciones en los puntos

3 individuales, de forma que pueda ser aplicado automáticamenter sin peligro de caer en un caso como el comentado arriba. Este método consiste en calcular la parábola que mejor se ajusta por mínimos cuadrados a los puntos obtenidos, y luego calcular el punto de corte de dicha parábola con el eje Y=0 más cercano a X=0. A continuación mostramos exactamente el mismo caso comentado anteriormente pero esta vez usando el método de la parábola. Como se ve, el método nos da el desplazamiento correcto, del orden de 0.25 mm, y el hecho de que algunos puntos aislados no sigan la curva teorica no distorsiona en absoluto el desplazamiento obtenido, como ocurre en el método de la tangente Estabilidad del metodo de cálculo de los desplazamientos Para ilustrar esta estabilidad del método frente a pequeñas variaciones en las lecturas individuales, mostramos el caso anterior con dos de los puntos solo ligeramente modificados. Las modificaciones introducidas consiguen que la gráfica sea menos abrupta y más similar a un caso ideal, pero sin embargo el método de la tangente sigue sin ser aplicable.

4 Como se puede ver, solo un ligero cambio en la gráfica nos lleva a unos cálculo del desplazamiento totalmente diferente al anterior, de nuevo con tangentes imposibles que cortan al eje X en valores negativos. Ahora vemos este mismo caso modificado usando el método de la parábola. Como se observa, el resultado obtenido vuelve a ser de 0.25 mm sin importar esos mínimos cambios introducidos. 4.- Indices CBR individuales Una vez se han obtenido los desplazamientos necesarios para aplicarlos a la gráfica, se cálculan dos índices CBR por cada molde, quedandonos con el mayor de los dos.

5 Notese que es equivalente desplazar la gráfica mm (a la izquierda) que sumar 0.25 a la X en la que queremos calcular la altura de la gráfica, es decir, usaremos X = sobre la gráfica original en lugar de usar X = 2.5 sobre la gráfica desplazada, ya que el resultado es el mismo. Para el primero de los dos candidatos a índice CBR se toma X = Desplazamiento (mm), es decir, 2.75 mm en el ejemplo comentado, y se busca el valor de Y (altura) en la gráfica para esta X, obteniendose un valor en Kgf. X = 2.5 mm + Desplazamiento Kgf = Altura de la gráfica en X Indice_CBR_1 = Kgf * 0,0742 El segundo índice CBR se calcula de forma similar pero para 5 mm y con otro coeficiente: X = 5.0 mm + Desplazamiento Kgf = Altura de la parábola en X Indice_CBR_2 = Kgf * 0,049 Finalmente, se toma el mayor de los dos índices obtenidos como índice CBR del molde. Indice_CBR = max(indice_cbr_1, Indice_CBR_2) 6.- Indice CBR final La densidad prevista, para la cual se quiere obtener el índice CBR, se calcula en función de la densidad óptima proctor y el porcentaje de compactación previsto. Dens_CBR = Dens_Proctor*Compactacion_prevista / Una vez obtenidos los tres índices CBR y sabiendo las densidades secas de cada uno de los moldes, se calcula el índice CBR que correspondería a la densidad prevista Dens_CBR. Este cálculo se realiza mediante interpolación por splines bicúbicos, tomando los puntos (Indice_CBR, Densidad_Seca) correspondientes a los tres moldes, y hayando a continuacion el valor de X para una Y = Dens_CBR, que es el valor final del índice CBR. Este mismo sistema se utiliza para calcular el hinchamiento y la absorción final, tomando como puntos los formados por (Hinchamiento, Densidad_Seca) y (Absorción, Densidad_Seca) respectivamente, tal como se muestra en el siguiente ejemplo (el índice CBR final se ha obtenido para diferentes compactaciones estandar para mayor flexibilidad de los resultados obtenidos).

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