ÍNDICE DE SOPORTE DE CALIFORNIA
ÍNDICE DE SOPORTE DE CALIFORNIA.
Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Ingeniería en Construcción. Laboratorio de Suelos. Informe Nº 4. Prof.: Rafael Baltodano G. Daniel Rojas Chávez. 200945136 I semestre 2012.
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Resumen. En el siguiente informe se presenta la prueba de laboratorio para encontrar el CBR de un suelo, la cual está normada por la ASTM ( American Society
of Testing
Materials ). Para esta prueba se realiza previamente una reducción de muestras por el
método del cuarteo y la separación de gruesos y finos por medio de las mallas Nº 2, ¾ y 3/8 en veinte bolsas (diez de finos y diez de gruesos). Para la realización de esta prueba se utilizan tres bolsas de finos y tres de gruesos, las cuales se mezclan y se colocan en tres moldes diferentes, los cuales serán compactados por medio de un pisón de 4,54 Kg. mediante 65, 30 y 10 golpes. Utilizando una humedad óptima de 13.33%, se logra establecer valores de CBR de 3.957, 2.652 y 2.333 para las muestras de 56, 25 y 10 golpes respectivamente, permitiendo clasificar el suelo como muy pobre a pobre y su utilidad como material de subrasante.
Introducción. En el diseño de carreteras o sistemas viales en general, es sumamente importante utilizar el material adecuado ya sea para la base, sub-base o sub-rasante, el cual garantice una larga vida útil a cualquier carretera soportando toda clase de inclemencias además del tránsito que hará uso de la vía. Una de las pruebas más comunes para evaluar los materiales, es el ensayo de CBR, este permite caracterizar un tipo suelo y, así saber su capacidad soportante y el uso al cual puede ser sometido dicho suelo.
Marco Conceptual. Como lo describe Fredy A. Reyes Lizcano en su libro, Diseño Racional de Pavimentos, el CBR es
un ensayo que se encarga de caracterizar la capacidad soportante del
suelo, es decir, mide la resistencia del del suelo, al evaluar los potenciales potenciales esfuerzos a los que será sometido el suelo en estudio; sin embargo, e mbargo, no refleja de el efecto de la aplicación de las cargas de tránsito. El CBR juega un papel un papel importante en el diseño de pavimentos flexibles, según se menciona en la norma ASTM D1883. Este índice se define más rigurosamente como la relación (en porcentaje), entre la presión necesaria para penetrar los primeros 0.25
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cm de la muestra y la presión necesaria para tener la misma penetración en un material arbitrario, adoptado como patrón.1 En la figura 1, se pueden observar algunas penetraciones penetraciones y presiones utilizadas como patrones.
La relación mencionada anteriormente se puede describir matemáticamente como:
(Ecuación 1) El material en estudio se debe someter a las condiciones más críticas posibles que puedan existir en el campo, por lo que después de realizada la compactación, la muestra se satura durante cuatro días antes de fallarla con el pistón; de esta forma también es posible considerar la expansión o contracción del material, ya que esto puede afectar seriamente la estructura por hundimientos o abombamientos. El CBR es utilizado para establecer un comportamiento de los suelos ( Bowles Joseph, Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil ), ), para su utilización como base, subbase o subrasante, tal como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla Nº 1. Clasificación de suelos partir del CBR.2 CB 1
2
Clasificaci
Uso
SUCS
AASHTO
Juárez Badillo E.; Rico Rodríguez A. (2004). Mecánica de Suelos. Tomo 2. México D.F.: Editorial Limusa S.A. de C.V.
Fuente: Bowles Joseph (1978). Manual de laboratorio de suelos suelos en ingeniería civil (pp. 191)
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4
ón General 0-3
Muy pobre
Subrasa
Pobre
3-7
regular
7-
Subrasa
20-
Bueno
50 >
Subbase
Subbase
A5,A6,A7 A4,A5,A6, A7
OL,CL,ML,SC,SM ,SP
Base –
Excelente
50
OH, CH, MH, OL
nte
Regular
20
OH, CH, MH, OL
nte
A2,A4,A6, A7
GM,GC,SW,SM,S P,GP
Base
A1b,A25,A3,A2-6
GW, GM
A1a,A24,A3
Fuente: Bowles Joseph (1978) Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil (pp., 191).
Objetivos. Objetivo General •
Determinar el valor del CBR.
Objetivos Específicos •
Obtener la gráfica esfuerzo contra penetración del suelo en estudio.
•
Obtener el mayor porcentaje de expansión.
•
Determinar el uso y la clasificación de la muestra de suelo.
Método y materiales. Métodos y equipos basados según lo indicado en las normas ASTM D698 y D1883. I.
Preparación de muestras para CBR.
Equipo
1.
Malla Nº 2, ¾ y 3/8.
2.
Balanza.
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Carretillo.
4.
Lona.
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Procedimiento. Se recoge el material del lugar asignado, se necesitan tres carretillos llenos de material. Se colocan sobre la lona y se realiza el cuarteo de la muestra. Una vez hecho esto, se pasa el material por la malla Nº 4 y su retenido por las 2” y 3/4”. El material que pasa la malla Nº 4 y la de 3/4” se pesan, se realiza la distribución de porcentajes para obtener el peso de finos y gruesos. Ya separados los gruesos de los finos, se procede a colocarlos en bolsas plásticas, 10 para finos (cada una con 4515 g de muestra) y 10 para gruesos (2985 g de muestra). II.
Ensayo CBR.
Equipo 1.
Molde de 152.4 mm de diámetro.
2.
Pisón de 4.54 Kg.
3.
Balanza.
4.
Espaciador.
5.
Filtros de papel y de metal.
6.
Horno.
7.
Extensómetro.
8.
Máquina para compresión de muestras.
Procedimiento. Para el ensayo de CBR se toman tres bolsas de finos y tres de gruesos. Se mezcla una bolsa de fino con una de gruesos, se tendría entonces tres especímenes; a cada uno de ellos se procede a agregarles, correspondiente a la humedad óptima obtenida en la prueba de Proctor modificado. De cada muestra se separa una parte, que será utilizada para el porcentaje de humedad. Posteriormente se realiza la compactación por capas (se necesitan
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cinco capas) en el molde para CBR para 65, 30 y 10 golpes. Una vez terminada la compactación, se pesa la muestra y se sumerge en agua durante cuatro días, para determinar su expansión. Por último se falla la muestra en la máquina de compresión y se mide la carga para diferentes deformaciones. deformaciones.
Resultados. Tabla Nº 2.a
Valores obtenidos al realizar la compactación para la prueba de CBR. Nº Golpes Nº Molde WM (Kg.) Wt+WM (Kg) Wt (Kg) 65 3 7.163 11.822 7.163 30 7 7.182 11.809 7.182 10 (*) 7.168 11.821 7.168
ɤt (Kg/m3) 2013.4 1999.57 2010.8
ɤd (Kg/m3) 1710.33 1699.88 1713.66
Fuente: Elaboración propia.
Tabla Nº 2.b Determinación del porcentaje de humedad para CBR. Nº Capsula Wcap (g) Wt+Wcap (g) Ws+Wcap (g) 1 111.08 757.75 660.42 7 111.62 1079.2 934.2 202 109.56 1079.9 936.5 Fuente: Elaboración propia. Tabla Nº 3 Expansión
Nº Molde Lo L2D 3 50 50 7 50 49 (*) 50 51 Fuente: Elaboración propia.
Fuente: Elaboración propia.
L3D 50 51 51
% expansión 0% 0% 2%
Ww (g) 97.33 145 143.4
Ws (g) 549.34 822.58 826.94
%w 17.7 17.6 17.3
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Tabla Nº 5 Determinación del CBR. Pene Penetra traci ción ón Nº de golp golpes es 0.1" (2.54mm)
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Esfue Esfuerz rzoo obte obteni nido do (MPA (MPA))
Esfu Esfuer erzo zo está estánd ndar ar (MPa) (MPa)
CBR CBR 3.95
7
65
0.273
30
0.183
10
0.161
3
65
0.452
4
2.65
6.9
2 2.33 0.04
0.2" (5.08mm)
30
0.317
10
0.273
0.03
10.3
1 0.02 7
Fuente: Elaboración propia.
Gráfico Nº1 Resistencia vrs Penetración 1.2 1 ) a P 0.8 M ( o 0.6 z r e u f s 0.4 E
. 65 golpes 30 golpes
0.2
10 golpes
0 0
2
4
6
8
10
Penetración (mm)
Fuente: Elaboración propia.
CBR Obtenido Penetración 0.1" (2.54mm)
Nº de golpes 65 30 10
CBR 3.957 2.652 2.333
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Gráfico Nº 2 %Compactción vrs CBR 92.6 92.4 R B C
CBR 0.1"
92.2
CBR 0.2"
92 91.8 91.6 91.4 0 .0 .0 00 00
0 .5 .5 00 00
1.0 00 00
1.50 0
2.00 0
2 .5 .5 00 00
3 .0 .000
3.5 00 00
4 .0 .0 00 00
4.5 00 00
%C
Fuente: Elaboración propia.
Análisis de Resultados. Para la realización de la prueba de de CBR, se utilizó un total 7500 g (4515 g de finos y 2985 g de gruesos) para cada muestra, los cuales fueron separados por cuarteo y tamizaje, para asegurar la representatividad de la muestra. Se trató de utilizar una humedad de 13.4% (la óptima obtenida en el ensayo de Proctor), para tratar de alcanzar un peso específico seco máximo. Sin embargo al observar la tabla Nº 2.b, se nota que la humedad alcanzada fue de 17% en todas las muestras, mucho mayor que la necesitada; esto puede deberse a que las muestras ya contenían cierta humedad, la cual era notable cuando se recogieron las bolsas con las muestras de los estantes, se lograba observar condensación dentro de la bolsa, por lo tanto se debió considerar esa humedad y nada más sumarle el faltante. En la tabla Nº 4, se logra observar, que luego de fallarlas en la máquina de compresión, existe una relación entre el número de golpes dado a la muestra para la muestra, y la fuerza necesaria para realizar las diferentes penetraciones. Se observa que entre más profundo, se necesita más fuerza, además, entre más golpes haya recibido la muestra, se necesita todavía más carga para lograr fallarla. Lo cual es de esperar, ya que la muestra que recibió más golpes, está más compactada, tiene menos espacios entre sus partículas; a diferencia de la muestra menos golpeada, la cual aún tiene muchos espacios.
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En lo referente al CBR, se obtuvo 3.9, 2.6 y 2.3, para 65, 65, 30 y 10 golpes respectivamente, por lo que es posible afirmar que es un material muy pobre, que nada más tiene utilidad en la construcción de vías como subrasante, sin embargo, cabe recalcar que entre más compactado este, mejor es su calidad, mas no es suficiente para servir de subbase. Otro aspecto importante es al observar el porcentaje de expansión, ya que este se mantuvo entre 0% y 2% (entre las 3 muestras) por lo que se trata de un material que no se expande fácilmente, tiene poca presencia de arcilla que pueda absorber agua e hincharse. Finalmente al observar, al observa el gráfico Nº 2, es claro que en algún momento se cometió un error, ya que no se comporta del modo esperado, más cercano a una línea recta con pendiente positiva, es todo lo contrario, más parabólica y con pendiente negativa; además la muestra de 30 golpes, que se comportó como la “muestra del medio” durante el proceso de callamiento, callamiento, dando los esfuerzos del medio, no lo hizo en el gráfico. También se debe hacer notar, que la observar detenidamente los datos, la muestra menos compactad es la tiene un mayor peso específico seco, contrario a lo esperado. Esto puede deberse, a que por un error de uno de los compañeros de grupo, la muestra estuvo un día más en el horno, es decir, se dejó más tiempo del necesario en el horno, esto afecta los resultados de alguna forma.
Conclusiones. No es posible alcanzar el peso específico seco máximo obtenido en el
•
Proctor, ya existe una variación en la humedad, esto afecta el valor del CBR. •
La gráfica de esfuerzo contra penetración permite conocer el
comportamiento en cuanto a deformación del suelo a medida que se varía la carga aplicada sobre este.
•
Cuanto mayor sea el valor del CBR, mayor es el grado de compactación
en el que se encuentra el suelo, lo que permite mejorar su calidad, dándole una mayor resistencia.
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•
10
El CBR permite saber el uso que se le puede dar a un tipo de suelo para
la construcción de carreteras.
•
La expansión del suelo debe ser considerada, para evitar problemas de
hundimiento o levantamiento del suelo.
Bibliografía.
•
Reyes Lizcano F. (2003). Diseño racional de pavimentos. Colombia:
Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. •
Juárez Badilla E y Rico Rodríguez A. (2004). Mecánica de suelos:
Teoría y aplicaciones de la mecánica de suelos, Volumen 2. México: Editorial
Limusa S.A. de C.V. •
Joseph Bowles (1980). Manual Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería
Civil. Colombia: McGraw-Hill Latino Americana S.A
•
ASTM D698 International (2003). Standard Test Methods for Laboratory
Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12,400 ft-lbf/ft3(600 kN-m/m3)).West Conshohocken. USA.
•
ASTM D1883 International (2003). Standard Test Method for CBR
(California
Bearing
Conshohocken. USA.
Ratio)
of
Laboratory-Compacted
Soils.
West
