capacidad de soporte de california – cbr

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS DISEÑO DE PAVIMENTOS __________________________________________________________________________________________________

LABORATORIO No 5

CAPACIDAD DE SOPORTE DE CALIFORNIA – CBR

SUELOS GRANULARES

INV-E-148-07

YEISON EDUARDO ACERO VARGAS

YOMARA BEATRÍZ HERNÁNDEZ CEPEDA

LAURA YANETH RODRIGUEZ BERDUGO

JUDY CAROLINA SILVA RANGEL

JOSÉ LUIS SOTO DUEÑAS

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

DISEÑO DE PAVIMENTOS

TUNJA

2014



LABORATORIO No 5

CAPACIDAD DE SOPORTE DE CALIFORNIA – CBR

SUELOS GRANULARES

INV-E-148-07

GRUPO No 6

YEISON EDUARDO ACERO VARGAS CÓDIGO: 201020403

YOMARA BEATRÍZ HERNÁNDEZ CEPEDA CÓDIGO: 201020373

LAURA YANETH RODRIGUEZ BERDUGO CÓDIGO: 200910745

JUDY CAROLINA SILVA RANGEL CÓDIGO: 200920125

JOSÉ LUIS SOTO DUEÑAS CÓDIGO: 201020641

Fecha de Realización: Mayo 2 del 2014

Fecha de Entrega: Mayo 9 del 2014

Profesor: Ing. MSc CARLOS HERNANDO HIGUERA SANDOVAL

Materia: DISEÑO DE PAVIMENTOS

Monitor: EDWIN ALEXANDER SUAREZ MOLANO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FALCULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

DISEÑO DE PAVIMENTOS

TUNJA

2014



TABLA DE CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN

1. OBJETIVOS ............................................................................................................................. 8

1.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................... 8

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 8

2. MARCO REFERENCIAL ....................................................................................................... 9

3. DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL........................................................................................ 10

4. EQUIPOS Y MATERIALES ................................................................................................. 11

4.1. PRENSA ......................................................................................................................... 11

4.2. MOLDES......................................................................................................................... 11

4.3. DISCO ESPACIADOR .................................................................................................. 12

4.4. MARTILLOS DE COMPACTACIÓN .......................................................................... 12

4.5. APARATO MEDIDOR DE EXPANSIÓN ................................................................... 12

4.6. SOBRECARGAS METÁLICAS .................................................................................. 13

4.7. PISTÓN DE PENETRACIÓN ...................................................................................... 13

4.8. DEFORMÍMETRO ......................................................................................................... 14

4.9. TANQUE ......................................................................................................................... 14

4.10. HORNO ....................................................................................................................... 15

4.11. BALANZAS ................................................................................................................ 15

4.12. TAMICES .................................................................................................................... 16

4.13. MATERIAL DIVERSO .............................................................................................. 16

5. PROCEDIMENTO ................................................................................................................. 17

6. DATOS OBTENIDOS ........................................................................................................... 23

7. CALCULOS ........................................................................................................................... 26

8. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................ 36

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS



LISTADO DE ILUSTRACIONES

Pág.

Ilustración 1. Prensa ................................................................................................................... 11

Ilustración 2. Moldes .................................................................................................................. 11

Ilustración 3. Disco Espaciador ............................................................................................... 12

Ilustración 4. Matillo de Compactación ................................................................................. 12

Ilustración 5. Aparato medidor de expansión ...................................................................... 13

Ilustración 6. Sobrecargas metálicas ..................................................................................... 13

Ilustración 7. Pistón de penetración ...................................................................................... 14

Ilustración 8. Deformímetro ...................................................................................................... 14

Ilustración 9. Tanque .................................................................................................................. 15

Ilustración 10. Horno .................................................................................................................. 15

Ilustración 11. Balanzas ............................................................................................................ 15

Ilustración 12. Tamices .............................................................................................................. 16

Ilustración 13. Material diverso ................................................................................................ 16

Ilustración 14. Paso del material por el tamiz ¾” ................................................................ 17

Ilustración 15. Material para el ensayo .................................................................................. 17

Ilustración 16. Peso de los moldes de CBR .......................................................................... 18

Ilustración 17. Fondo falso y papel filtro en las placas bases de los moldes .............. 18

Ilustración 18. Compactación de muestras: 12, 25 y 56 golpes/capa ............................ 18

Ilustración 19. Enrase de la parte superior de la muestra ................................................ 19

Ilustración 20. Peso de los moldes con las muestras ........................................................ 19

Ilustración 21. Retiro del fondo falso y armado del molde .............................................. 19

Ilustración 22. Colocación de las sobrecargas en las muestras ..................................... 20

Ilustración 23. Inmersión de las muestras en la piscina de curado ............................... 20

Ilustración 24. Extracción y secado de las muestras de la piscina de curado ........... 20

Ilustración 25. Ubicación de los moldes sobre la máquina de ensayo .......................... 21

Ilustración 26. Penetración del pistón en la muestra ......................................................... 21



LISTADO DE GRAFICAS

Pág.

Grafica 1. Curva de presiones de penetración ............................................................... 31

Grafica 2. Curva de presión de penetración para 56 golpes/capa ............................... 32

Grafica 3.Curva de presión de penetración para 25 golpes/capa ................................ 32

Grafica 4. Curva de presión de penetración para 12 golpes/capa ............................... 33

Grafica 5. Selección del CBR del material granular....................................................... 35



LISTADO DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Descripción visual del material granular (subbase) ....................................... 10

Tabla 2. Penetraciones a ensayar en las muestras ....................................................... 21

Tabla 3. Dimensiones de los moldes para el ensayo de CBR Norma INV-E-148-07 .. 23

Tabla 4. Datos Ensayo de Compactación – Proctor Modificado Norma INV-E-142-07

.............................................................................................................................................. 23

Tabla 5. Lecturas de expansión-Ensayo CBR suelos granulares ................................ 24

Tabla 6. Lecturas de penetración para las cargas de 56, 25 y 12 golpes/capa .......... 24

Tabla 7.Datos de humedades antes y después del ensayo de penetración en las

muestras del ensayo CBR suelos granulares ................................................................ 25

Tabla 8. Densidad unitaria para cada uno de las energías de compactación ............ 28

Tabla 9. Humedades naturales antes y después del ensayo de penetración para

cada una de las energías de compactación ................................................................... 29

Tabla 10. Agua absorbida para cada energía de compactación .................................. 30

Tabla 11. Presión aplicada para cada una de las energías de compactación ............ 31

Tabla 12. Expansión de cada una de las energías de compactación .......................... 34

Tabla 13. CBR para cada uno de las energías de compactación ................................. 35

Tabla 14. Datos densidad vs CBR .................................................................................... 35

Tabla 15. Clasificación del suelo de acuerdo con el CBR ............................................ 36



INTRODUCCIÓN

El ensayo de CBR es la medida de la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permite obtener un porcentaje de la relación de soporte. El CBR se define como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad.

El método fue desarrollado en 1929 por los ingenieros Stanton y Porter del departamento de carreteras de california. Desde esa fecha, el CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construcción de carreteras.

Es importante tener en cuenta que para aplicaciones en las cuales el efecto del contenido de agua de compactación sobre el CBR es bajo, la masa unitaria seca especificada corresponde, generalmente, al porcentaje mínimo de compactación permitido al usar las especificaciones para compactación en el campo.

Mientras que cuando el efecto del contenido de agua de compactación sobre el CBR se desconoce, el CBR se determina para un rango de contenidos de agua, usualmente el permitido para compactación en el campo empleando las especificaciones existentes para tal fin.

Por eso este método además de evaluar la resistencia potencial de materiales de subrasante, subbase y base, evalúa materiales reciclados para el empleo en pavimentos de carreteras y pistas de aterrizaje. El valor de CBR obtenido en este ensayo forma parte integral para el diseño de una estructura de pavimento, puesto que el estudiante debe comparar el resultado obtenido con las especificaciones del INVIAS, con el objetivo de aprobar o rechazar el material para el posterior diseño.



1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Establecer el índice de resistencia de los suelo, a partir de la relación de soporte de California, método conocido como CBR (California Bearing Ratio). Método de ensayo limitado a la evaluación de la resistencia de materiales cohesivos que contengan tamaños máximos de partículas de menos de 19 mm (3/4”).

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Prepara correctamente del material cohesivo de estudio de acuerdo a la Norma INVIAS INV-E-148-07, en especial aquel material que tiene un contenido máximo de tamaño de partículas mayores a 19 mm (3/4”).

Determinar las condiciones de humedad y densidad del material de estudio, teniendo en cuenta que las masas unitarias secas de los especímenes corresponden a un porcentaje de la masa seca unitaria máxima del ensayo normal (INV-E-141), o del modificado (INV-E-142)

Seguir las sugerencias y recomendaciones dadas por el ingeniero de laboratorio, el monitor y/o el ingeniero encargado, con el fin de garantizar la seguridad, salubridad y cumplimiento del desarrollo del laboratorio.



2. MARCO REFERENCIAL

La subrasante es la fundación de la estructura de un pavimento; por lo tanto, es necesario conocer su resistencia de diseño, con el fin de determinar el dimensionamiento de la estructura y predecir su comportamiento estructural y funcional ante las solicitudes de las cargas impuestas por el tránsito1.

La relación de soporte de California (California Bearing Ratio), conocida comúnmente como CBR, es una medida indirecta de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad cuidadosamente controladas que tiene su aplicación principalmente en el diseño de pavimentos flexibles. El CBR se define como la relación entre el esfuerzo requerido para introducir un pistón normalizado de 3

dentro de una probeta de suelo de 6 pulgadas de diámetro y 5 pulgadas de altura, con una velocidad de 0.05 pulg/minuto y el esfuerzo requerido para introducir el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra patrón de piedra triturada.

El CBR de una muestra de suelo se determina generalmente para penetración del pistón dentro de este a 0.1 y 0.2 pulgadas, eligiéndose el mayor de los dos valores representativos de la muestra.

Este método de prueba se emplea para evaluar la resistencia potencial de materiales de subrasantes, subbase y base, incluyendo materiales reciclados para empleo en pavimentos de carreteras y pistas de aterrizaje. El valor de CBR obtenido en esta prueba forma parte integral de varios métodos de diseño de pavimentos flexibles. Existen las siguientes modalidades para determinar el CBR:

- CBR de laboratorio (INV-E-148-07). Su ejecución se recomienda cuando las condiciones de la subrasante se van a alterar durante la construcción. Se puede usar en suelos finos y granulares. La Norma INV-E-148-07 define dos tipos de ensayos de CBR:

Ensayo de CBR para suelos granulares

Ensayo de CBR para suelos con cohesivos2

- CBR con muestras inalteradas. Se recomienda para suelos finos y arenosos cuando las condiciones de la subrasante no se van a alterar. Se usa sobre suelos granulares, para la rehabilitación de pavimentos y vías en afirmado.

- CBR in situ o de campo (INV-E-169-07). Se realiza directamente en el sitio sobre suelos finos y arenosos cuando las condiciones de la subrasante no se van a alterar durante la construcción.3

1 HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos de carreteras. Principios fundamentales, el tránsito, factores climáticos y geotecnia vial. Volumen I. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja. 2010. Pg. 136. 2 Ibíd., pg. 168 3 Ibíd., pg. 169



3. DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL

La siguiente es la descripción del material granular (subbase) empleado en el laboratorio

para el ensayo de CBR

Tabla 1. Descripción visual del material granular (subbase)

MUESTRA: MATERIAL GRANULAR

INFORMACIÓN DESCRIPCION CRITERIO

ANGULOSIDAD NO APLICA NO APLICA

FORMA DE PARTÍCULAS

NO APLICA NO APLICA

COLOR CAFÉ NO APLICA

CONDICIONES DE HUMEDAD

SECA

AUSENCIA DE HUMEDAD,

POLVOROSA, SECA AL TACTO

CONSISTENCIA MUY DURA LA UÑA DEL PULGAR NO HACE MELLA EN

EL SUELO

CEMENTACIÓN FUERTE

NO SE DESMORONA NI SE ROMPE CON LA

PRESIÓN DEL LOS DEDOS

ESTRUCTURA HOMOGÉNEA APARIENCIA Y

COLOR UNIFORME

RESISTENCIA EN SECO

MUY ALTA

NO PODRÁ ROMPERSE LA

MUESTRA SECA AL APRISIONARLA CON EL PULGAR SOBRE UNA SUPERFICIE

DURA

PLASTICIDAD NO APLICA NO APLICA

DILATANCIA MUY ALTA

NO PODRÁ ROMPERSE LA

MUESTRA SECA AL APRISIONARLA CON EL PULGAR SOBRE

UNA SUPERFICE DURA

TENACIDAD NO APLICA NO APLICA

Fuente: Elaborado a partir de la INV-E-102-07



4. EQUIPOS Y MATERIALES

4.1. PRENSA

Prensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El pistón debe tener una capacidad suficiente para penetrar el pistón en el espécimen a una velocidad de 1.27 mm/min (0.05”/min) y hasta una profundidad de 12.7 mm (0.5”)4

CANTIDAD: 1 UNIDAD

Ilustración 1. Prensa

Fuente: Propia

4.2. MOLDES

Molde de metal, cilíndricos, de 152.4 mm ± 0.66 mm (6 ± 0.026”) de diámetro interior y de 177.8 ± 0.46 mm (7 ± 0.018”) de altura, provisto de un collar suplementario de 51 mm (2.0”) de altura y una placa de basa perforada de 9.53 mm (3/8”) de espesor. Las perforaciones de la base deberán ser por lo menos 20 uniformemente espaciadas dentro de la circunferencia del molde, no excederán de 1.6 mm (1/16”) de diámetro5.

CANTIDAD: 3 UNIDADES

Ilustración 2. Moldes

Fuente: Propia

4 Norma Relación de Soporte del Suelo en el Laboratorio (CBR de Laboratorio) INV-E-148-07. Pp. 2 5 Ibíd.., p 2-3



4.3. DISCO ESPACIADOR

Disco espaciador de forma circular, metálico, de 150.8 ± 0.8 mm (5 15/16” ± 1/32”) de diámetro y de 61.37 ± 0.25 mm (2.416 ± 0.01”) de espesor6

CANTIDAD: 1 UNIDAD

Ilustración 3. Disco Espaciador

Fuente: Propia

4.4. MARTILLOS DE COMPACTACIÓN

Martillo metálico con una masa de 4.536 ± 0.009 kg (10.0 ± 0.02 lb), que tenga una cara plana circular de diámetro de 50.80 ± 0.25 mm (2.000 ± 0.01”). El diámetro real de servicio no podrá ser menor de 50.42 mm (1.985”). El martillo deberá estar provisto de una guía apropiada que controle la altura de la caída del golpe desde una altura libre de 475 ± 2 mm (18.0 ± 0.06”) por encima de la altura del suelo7.

CANTIDAD: 1 UNIDAD

Ilustración 4. Matillo de Compactación

Fuente: Propia

4.5. APARATO MEDIDOR DE EXPANSIÓN

El aparato medidor de expansión está compuesto por una placa de metal perforada, por cada molde, de 149.2 ± 1.6 mm (5 7/8 ± 1/16”) de diámetro, cuyas perforaciones no excedan de 1.6 mm (1/6”) de diámetro.

Un trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve montado y bien sujeto en el centro un dial (deformímetro) cuyo vástago coincida con el de la placa, de

6 Ibíd.., p 3 7 Ibíd.., p 3



forma que permita controlar la posición de éste y medir la expansión, con aproximación de 0.025 mm (0.001”)”8.

CANTIDAD: 1 UNIDAD

Ilustración 5. Aparato medidor de expansión

Fuente: Propia

4.6. SOBRECARGAS METÁLICAS

Unas diez por cada molde, una anular y las restantes ranuradas, con una masa de 2.27 ± 0.04 Kg (5 ± 0.10 lb) cada una, 149.2 ± 1.6 mm (5 7/8 ± 1/16”) diámetro exterior y la anular con 54 mm de diámetro en el orificio central9.

CANTIDAD: 10 UNIDADES (para cada molde)

Ilustración 6. Sobrecargas metálicas

Fuente: Propia

4.7. PISTÓN DE PENETRACIÓN

Cilíndrico, metálico de 49.63 ± 0.13 mm de diámetro (1.954 ± 0.005”), área de 1935 mm^2 (3 pulg^2) y con la longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con las sobrecargas precisas10.

CANTIDAD: 1 UNIDAD

8 Ibíd., p 3 9 Ibíd., p 3 10 Ibíd. ,p 3



Ilustración 7. Pistón de penetración

Fuente: Propia

4.8. DEFORMÍMETRO

Dos diales con recorrido mínimo de 25 mm (1”) y divisiones de 0.025 mm (0.001”), uno de ellos provisto de una pieza que permita su acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la muestra11.

CANTIDAD: 1 UNIDAD

Ilustración 8. Deformímetro

Fuente: Propia

4.9. TANQUE

Tanque con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua12.

CANTIDAD: 1 UNIDAD

11 Ibíd.., p 3 12 Ibíd.., p 3



Ilustración 9. Tanque

Fuente: Propia

4.10. HORNO

Horno termostáticamente controlado, regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F)13.

CANTIDAD: 1 UNIDAD

Ilustración 10. Horno

Fuente: Propia

4.11. BALANZAS

Una balanza de 20 Kg de capacidad, y otra de 1000 g con sensibilidad de 5 g y 0.1 g respectivamente14.

CANTIDAD: 1 UNIDAD (respectivamente)

Ilustración 11. Balanzas

Fuente: Propia

13 Ibíd.., p 3 14 Ibíd.., p 3



4.12. TAMICES

Tamices de 4.75 mm (No 4) y de 19.0 (3/7”)15

CANTIDAD: 1 UNIDAD (respectivamente)

Ilustración 12. Tamices

Fuente: Propia

4.13. MATERIAL DIVERSO

Material diverso de uso general como cuarteador, mezclador, enrasador, cápsulas, probetas, espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde.16

CANTIDAD: Variable

Ilustración 13. Material diverso

Fuente: Propia

15 Ibíd.., p 5 16 Ibíd.., p 5



5. PROCEDIMENTO

Antes de realizar el procedimiento pertinente para el ensayo de CBR para suelos

granulares, se calculó la humedad inicial del material; y enseguida se realizó el

procedimiento correspondiente al ensayo:

a. Preparación de la muestra

Se tamizó el material por el tamiz ¾”

Ilustración 14. Paso del material por el tamiz ¾”

Fuente: Propia

Se guardó aproximadamente 7000 gramos del material en bolsas plásticas

Ilustración 15. Material para el ensayo

Fuente: Propia

b. Ensayo de compactación

Se realizó el ensayo de compactación de acuerdo con la Norma INV-E-142-07, proctor

modificado. Se determinó la densidad seca máxima y la humedad óptima de

compactación.

Se pesaron tres moldes de CBR sin el collar de extensión, luego se colocó el collar de

extensión sobre los moldes y se unió a las placas de bases perforadas sobre las cuales

se había colocado previamente un fondo falso y un papel filtro.



Ilustración 16. Peso de los moldes de CBR

Fuente: Propia

Ilustración 17. Fondo falso y papel filtro en las placas bases de los moldes

Fuente: Propia

Se compacto tres muestras con la humedad óptima:

- Energía de proctor modificado: 56 golpes/capa

- Energía de proctor intermedia: 25 golpes/capa

- Energía de proctor normal: 12 golpes/capa

Ilustración 18. Compactación de muestras: 12, 25 y 56 golpes/capa

Fuente: Propia

A cada muestra compactada se le fue determinó su humedad de compactación



Se retiró el collar de extensión de cada molde y con ayuda de una regla metálica se

enraso la parte superior de la muestra.

Ilustración 19. Enrase de la parte superior de la muestra

Fuente: Propia

Se retiraron las placas de base y los fondos falsos, enseguida se pesó los moldes con las

muestras.

Ilustración 20. Peso de los moldes con las muestras

Fuente: Propia

Se retiró el fondo falso de las muestra y se armó de nuevo con la placa y el collar de

extensión determinado.

Ilustración 21. Retiro del fondo falso y armado del molde

Fuente: Propia

Se colocaron sobrecargas



Ilustración 22. Colocación de las sobrecargas en las muestras

Fuente: Propia

c. Curado e inmersión de las muestras

Antes de que fueran ensayadas las muestras, se sometieron a curado durante 24 horas

en cámara húmeda, con el fin de permitir la disipación de presiones, y posteriormente se

continuo con la penetración de las muestras

Ilustración 23. Inmersión de las muestras en la piscina de curado

Fuente: Propia

d. Ensayo de penetración

Las muestras que se encontraban sumergidas se sacaron de la piscina de curado, al cabo

del periodo de inmersión, se vertió el exceso de agua y se dejó escurrir durante 15

minutos.

Ilustración 24. Extracción y secado de las muestras de la piscina de curado

Fuente: Propia



Se ubicó uno de los moldes sobre el soporte de carga de la máquina de ensayo y se

ajustó de manera que el pistón de esta quedara en contacto con la muestra.

Ilustración 25. Ubicación de los moldes sobre la máquina de ensayo

Fuente: Propia

La muestra debe tener el mismo número de pesas que el ensayo de inmersión.

Se ajustó en ceros el dial medidor de deformaciones.

Se dio manivela de manera que el pistón penetrara dentro del suelo a una velocidad de

0.05 pulg/minuto, se registró las lecturas correspondientes en el dial de carga cuando la

penetración fue:

Tabla 2. Penetraciones a ensayar en las muestras

PENETRACIÓN (pulg) 0.005 0.025 0.05 0.075 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5

Fuente: Propia

Ilustración 26. Penetración del pistón en la muestra

Fuente: Propia



Se descargó el gato, se retiró el molde del soporte de carga, se le quito las pesas y la

placa de la base. Se tomó una muestra luego del procedimiento de la penetración para

determinar la humedad.

El procedimiento anterior se repitió para las otras muestras



6. DATOS OBTENIDOS

Los siguientes son los datos obtenidos durante el desarrollo del laboratorio de la Norma INV-E-

148-07

Tabla 3. Dimensiones de los moldes para el ensayo de CBR Norma INV-E-148-07

DIMENSIONES MOLDE

MOLDE ALTURA

(cm) DIÁMETRO

(cm) RADIO

(cm) VOLUMEN

(cm^3)

ALTURA CON

FONDO FALSO(cm)

56 GOLPES/CAPA

17.75 15.12 7.56 2298.3 12.8

17.75 15.12 7.56 2298.3 12.8

17.75 15.18 7.59 2316.6 12.8

PROMEDIO 17.75 15.14 7.57 2304.4 12.8

25 GOLPES/CAPA

17.7 15.11 7.555 3173.9 12.7

17.7 15.1 7.55 3169.7 12.7

17.7 15.11 7.555 3173.9 12.7

PROMEDIO 17.7 15.11 7.55 2276.3 12.7

12 GOLPES/CAPA

17.7 15.14 7.57 3186.5 12.7

17.75 15.15 7.575 3199.7 12.7

17.7 15.14 7.57 3186.5 12.7

PROMEDIO 17.717 15.143 7.572 2287.4 12.7

Fuente: Propia

Tabla 4. Datos Ensayo de Compactación – Proctor Modificado Norma INV-E-142-07

ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO -INV-E-142-07

No GOLPES CAPA 56 25 12

HUMEDAD DESEADA (%) 6,4 6,4 6,4

HUMEDAD INICIAL DE LA MUESTRA (%) 1 1 1

HUMEDAD ADICIONAL (%) 5,4 5,4 5,4

PESO DE LA MUESTRA HÚMEDA (gr) 7000 7000 7000

PESO DE LA MUESTRA SECA (gr) 6930,69 6930,69 6930,69

AGUA ADICIONAL (gr) 374,26 374,26 374,26

PESO MUESTRA HÚMEDA COMPACTADA+MOLDE (gr) 9528 9428 8121

PESO DEL MOLDE (gr) 4239 4400 3391

Fuente: Propia



Tabla 5. Lecturas de expansión-Ensayo CBR suelos granulares

LECTURAS DE EXPANSIÓN (0.01 mm)

ENERGÍA DE COMPACTACIÓN

EXPANSIÓN INICIAL

EXPANSIÓN FINAL

56 GOLPES/CAPA 9,94 10,00



Fuente: Propia

Tabla 6. Lecturas de penetración para las cargas de 56, 25 y 12 golpes/capa

PENETRACIÓN (pulg)

CARGA (Lb)

56 GOLPES/CAPA

25 GOLPES/CAPA

12 GOLPES/CAPA

0.000 0 0 0

0.005 271 80 22

0.025 816 384 145

0.050 1460 770 295

0.750 2125 1138 438

0.100 2745 1483 579

0.150 3870 2148 867

0.200 4941 2792 1129

0.250 5998 3382 1370

0.300 6932 3876 1588

0.400

4905 1999

0.500

5819 2401

ÁREA PISTÓN DE CARGA (pulg^2) 3

Fuente: Propia



Tabla 7.Datos de humedades antes y después del ensayo de penetración en las muestras del ensayo CBR suelos granulares

HUMEDADES ENSAYO CBR SUELOS GRANULARES

HUMEDADES ANTES DE PENETRACIÓN


N° CÁPSULA

Wcap (gr) Wcap+mh

(gr) Wcap+ms

(gr)

56 GOLPES/CAPA 1 17,04 58,25 55,29

2 16,01 62,51 60,3

25 GOLPES/CAPA 1 20,99 75,9 72,15

2 14,91 70,9 68,03

12 GOLPES/CAPA 1 18,23 76,22 72,79

2 19,13 84,66 80,71

HUMEDADES DESPUES DE PENETRACIÓN


N° CÁPSULA

Wcap (gr) Wcap+mh

(gr) Wcap+ms

(gr)

56 GOLPES/CAPA 1 17,04 48,74 46,43

2 16,01 48,25 45,98

25 GOLPES/CAPA 1 20,99 60,4 58,04

2 14,91 52,52 49,8

12 GOLPES/CAPA 1 18,23 57,83 55,02

2 19,13 77,11 73,46

Fuente: Propia



7. CALCULOS

Los siguientes son los cálculos que se deben realizar para el posterior análisis del laboratorio Relación de Soporte del Suelo en el Laboratorio (CBR de Laboratorio) INV-E-148-07:17

- Humedad de compactación

(

) (

)

Donde:

: Masa de agua a añadir, gr.

: Masa húmeda de la porción de suelo.

: Porcentaje de húmeda prefijada.

: Porcentaje de humedad inicial.

- Densidad o masa unitaria

Donde:

: Masa unitaria seca, en Kg/m^3

: Masa unitaria humedad, en Kg/ m^3

: Porcentaje de humedad en la muestra con base en la masa seca del suelo en el horno.

- Agua absorbida

Para el cálculo del agua absorbida se utilizó el siguiente criterio:

A partir de los datos de humedades antes de la inmersión y después de ésta, la diferencia entre ambas se toma normalmente como tanto por ciento de agua absorbida.

- Curva esfuerzo – penetración

Calcular la presión aplicada por el pistón para cada penetración indicada en la tabla 2, y dibujar la curva para obtener las presiones reales de penetración a partir de los datos de prueba

- Expansión

17 Ibíd.., p 8- 12



Donde:

: Lectura inicial en mm.

: Lectura final en mm.

: Cambio de altura del espécimen durante la inmersión, mm.

- CBR

El CBR para 0.10 y 0.20 pulgadas de penetración a partir de las siguientes ecuaciones:

100*Lb/pulg1000

)(Lb/pulg pulg 0.1 a suelo elen Esfuerzo 2

2

1.0 CBR

100*Lb/pulg1500


2

2.0 CBR

De acuerdo a las expresiones matemáticas anteriores y a los datos obtenidos durante el desarrollo del laboratorio:

- Humedad de compactación

(

) (

)

(

) (

)

- Densidad o masa unitaria

(

)



Para el cálculo de la densidad seca de la muestra compactada de 25 golpes/capa y 12 golpes/capa se realiza el mismo procedimiento descrito anteriormente para la energía de compactación de 56 golpes/capa

Tabla 8. Densidad unitaria para cada uno de las energías de compactación

ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO -INV-E-142-07

No GOLPES CAPA 56 25 12

HUMEDAD DESEADA (%) 6,4 6,4 6,4

PESO MUESTRA HÚMEDA COMPACTADA (gr) 5289 5028 4730

HUMEDAD AL HORNO DE LA MUESTRA COMPACTADA (%)

6,36 6,37 6,35

PESO MUESTRA SECA COMPACTADA (gr) 4972,54 4727,06 4447,56

VOLUMEN DEL MOLDE (cm^3) 2304,37 2276,31 2287,37

DENSIDAD SECA DE LA MUESTRA COMPACTADA (gr/cm^3)

2,158 2,077 1,944

PROMEDIO DENSIDAD SECA DE LA MUESTRA COMP (gr/cm^3)

2,060

Fuente: Propia

- Agua absorbida

Para realizar el cálculo de agua absorbida es necesario determinar la humedad antes y después del ensayo de penetración, para lo cual se utiliza la siguiente ecuación:

A partir de la ecuación anterior, la humedad natural antes del ensayo de penetración, para la energía de compactación de 56 golpes/capa de la cápsula 1 es:

La humedad natural antes del ensayo de penetración para la energía de compactación de 56 golpes/capa, corresponde al promedio de las humedades de las 2 cápsulas, por lo tanto la humedad natural para 56 golpes/capa es:



El procedimiento matemático descrito anteriormente para el cálculo de la humedad natural antes del ensayo de penetración para una energía de compactación de 56 golpes/capa, se realiza del mismo modo para calcular la humedad natural después del ensayo de penetración, y de la misma manera se calculan las humedades naturales antes y después del ensayo de penetración para las energías de compactación de 25 golpes/capa y 12 golpes/capa.

Tabla 9. Humedades naturales antes y después del ensayo de penetración para cada una de las energías de compactación

HUMEDADES ANTES DE PENETRACIÓN


N° CÁPSULA

Wn (%) PROMEDIO

Wn(%)

56 GOLPES/CAPA

1 7,74 6,36

2 4,99

25 GOLPES/CAPA

1 7,33 6,37

2 5,40

12 GOLPES/CAPA

1 6,29 6,35

2 6,41

HUMEDADES DESPUES DE PENETRACIÓN


N° CÁPSULA

Wn (%) PROMEDIO

Wn(%)

56 GOLPES/CAPA

1 7,86 7,72

2 7,57

25 GOLPES/CAPA

1 6,37 7,08

2 7,80

12 GOLPES/CAPA

1 7,64 7,18

2 6,72 Fuente: Propia

Luego de tener los resultados de las humedades naturales antes y después del ensayo de penetración para cada una de las energías de compactación estudiadas se realiza el cálculo de agua absorbida.



Para el cálculo de los porcentajes de agua absorbida de las otras energías de compactación se realiza el mismo procedimiento descrito anteriormente para el porcentaje de agua absorbida de 56 golpes/capa

Tabla 10. Agua absorbida para cada energía de compactación


PROMEDIO Wn(%)

DESPUES DEL ENSAYO

PENETRACIÓN

PROMEDIO Wn(%) ANTES DEL ENSAYO

PENETRACIÓN

AGUA ABSORBIDA

(%)

56 GOLPES/CAPA 7,72 6,36 1,35

25 GOLPES/CAPA 7,08 6,37 0,72

12 GOLPES/CAPA 7,18 6,35 0,83

Fuente: Propia

- Curva esfuerzo – penetración

Para el cálculo de la presión aplicada por el pistón para cada penetración se aplica la siguiente expresión:

Por lo tanto la presión aplicada para la energía de compasión de 56 golpes/capa con una penetración de 0.005 pulgadas es:

El mismo procedimiento se realiza para las demás lecturas de penetración de cada uno de las energías de compactación estudiadas



Tabla 11. Presión aplicada para cada una de las energías de compactación

PENETRACIÓN (pulg)

ESFUERZO (Lb/pulg^2)

56 GOLPES/CAPA

25 GOLPES/CAPA

12 GOLPES/CAPA

0,000 0,00 0,00 0,00

0,005 90,33 26,67 7,33

0,025 272,00 128,00 48,33

0,050 486,67 256,67 98,33

0,075 708,33 379,33 146,00

0,100 915,00 494,33 193,00

0,150 1290,00 716,00 289,00

0,200 1647,00 930,67 376,33

0,250 1999,33 1127,33 456,67

0,300 2310,67 1292,00 529,33

0,400

1635,00 666,33

0,500

1939,67 800,33 Fuente: Propia

A continuación se grafica la curva de presiones de penetración para las energías de compactación estudiadas

Grafica 1. Curva de presiones de penetración

Fuente: Propia

0.00

350.00

700.00

1050.00

1400.00

1750.00

2100.00

2450.00

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600

ESFU

ERZO

(σ

) llb

/pu

lg^2

PENETRACIÓN (pulg)

CURVA DE PRESIONES DE PENETRACIÓN

56 GOLPES/CAPA

25 GOLPES/CAPA

12 GOLPES/CAPA



Grafica 2. Curva de presión de penetración para 56 golpes/capa

Fuente: Propia

Con una penetración de 0.1 pulgadas se obtiene un esfuerzo de 915.0 lb/pulg^2, mientras que con una penetración de 0.2 pulgadas se obtiene un esfuerzo de 1647.0 lb/pulg^2

Grafica 3.Curva de presión de penetración para 25 golpes/capa

Fuente: Propia

0

500

1000

1500

2000

2500

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350

Esfu

erzo

, lb

/pu

lg2

Penetración, pulg

Esfuerzo vs Penetración 56 Golpes/Capa

0

500

1000

1500

2000

2500

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600

Esfu

erzo

, lb

/pu

lg2

Penetracioón, pulg




Con una penetración de 0.1 pulgadas se obtiene un esfuerzo de 494.33lb/pulg^2, mientras que con una penetración de 0.2 pulgadas se obtiene un esfuerzo de 930.67 lb/pulg^2

Grafica 4. Curva de presión de penetración para 12 golpes/capa

Fuente: Propia

Con una penetración de 0.1 pulgadas se obtiene un esfuerzo de 193.0 lb/pulg^2, mientras que con una penetración de 0.2 pulgadas se obtiene un esfuerzo de 376.33 lb/pulg^2

- Expansión

La expansión para una energía de compactación de 56 golpes/capa es:

De igual forma se calcula la expansión para las otras energías de compactación

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600

Esfu

erzo

, lb

/pu

lg2

Penetración, pulg




Tabla 12. Expansión de cada una de las energías de compactación


% EXPANSIÓN

56 GOLPES/CAPA 0,4688



Fuente: Propia

- CBR

El CBR para la energía de compactación de 56 golpes/capa, en función a los esfuerzos en el suelo a 0.1 y a 0.2 pulgadas es:

100*Lb/pulg1000


2

1.0 CBR

100*Lb/pulg1000

Lb/pulg 914 2

2

1.0 CBR

4.911.0 CBR

100*Lb/pulg1500


2

2.0 CBR

100*Lb/pulg1500

Lb/pulg 1650 2

2

2.0 CBR

1102.0 CBR

Para el cálculo de los CBR de las otras energías de compactación se realiza el mismo procedimiento que se realizó anteriormente para la energía de compactación de 56 golpes/capa



Tabla 13. CBR para cada uno de las energías de compactación


CBR CALCULADO

56 GOLPES/CAPA

CBR0.1" (%) 91,4

CBR0.2" (%) 110

25 GOLPES/CAPA

CBR0.1" (%) 50

CBR0.2" (%) 62,1

12 GOLPES/CAPA

CBR0.1" (%) 19,3

CBR0.2" (%) 25,1 Fuente: Propia

- Selección del CBR del material granular

Con la curva de la densidad vs CBR y la curva de densidad vs humedad se selecciona el CBR del material granular. Los datos de la densidad y el CBR se encuentran en la Tabla 14.

Tabla 14. Datos densidad vs CBR

# GOLPES/CAPA DENSIDAD SECA

(gr/cm^3) CBR (%)

56 2.158 110.0

25 2.077 62.1

12 1.944 25.1 Fuente: Propia

Con los datos anteriores se dibuja junto a la curva de densidad vs humedad la curva de densidad vs CBR y se selecciona el CBR de diseño entrando en la curva con el 95% de la densidad seca máxima del Proctor modificado ( ) que es igual a 2.066

g/cm3. El CBR seleccionado es de 58%.

Grafica 5. Selección del CBR del material granular

Fuente: Propia



8. ANÁLISIS DE RESULTADOS

De acuerdo con los cálculos que se realizaron el material granular que se ensayó en el laboratorio tiene un CBR de 58% lo que lo hace apto para la construcción de una subbase granular desde el punto de vista de este, tendría que corroborarse los demás resultados de los ensayos de calidad como por ejemplo desgasten en la máquina de los Ángeles, Porcentaje de caras fracturadas, etc.

De acuerdo con el valor del CBR, el material que se ensayo sirve para ser usado en la construcción de subbases granulares como se puede observar en la Tabla.

Tabla 15. Clasificación del suelo de acuerdo con el CBR

CBR (%) CLASIFICACIÓN GENERAL

USOS

0-3 Muy Pobre Subrasante

3 - 7 Pobre a Regular Subrasante

7 - 20 Regular Subrasante y Base

20 - 50 Bueno Subbase

> 50 Excelente Base Fuente: INVIAS. Manual de diseño de pavimentos en vías con medios y altos volúmenes de tránsito. Bogotá D.C., 1998. Pág. 53

El CBR calculado para 0.1 pulgadas de penetración para cada una de las diferentes energías de compactación, dio menor que el CBR calculado para 0.2 pulgadas de penetración, de acuerdo con el criterio del INVIAS se debe volver a realizar el ensayo.

El CBR de las diferentes energías de compactación se tomó como el mayor de los valores calculados del CBR para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración de acuerdo con el criterio del Ingeniero Fernando Sánchez Sabogal.

La expansión máxima que puede presentar el suelo granular es de 0.47%, si contrastamos este valor con el de las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras cuyo valor máximo permitido es del 2%, el material cumple con dicho requisito de calidad.

La densidad máxima que se obtuvo del ensayo de compactación fue de 2.158 g/cm3 con una humedad de 6.36 %, resultado que está muy cerca de la humedad óptima y la densidad máxima del material granular que previamente se había establecido mediante el ensayo de Proctor modificado.

El material presento un porcentaje máximo de absorción de agua de 1.36 % para el cilindro de 56 golpes por capa.



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El material granular del ensayo presenta un CBR de 58% y una expansión máxima de 0.47%, por lo cual puede ser usado para la construcción de subbases granulares teniendo en cuenta que se debe realizar los demás ensayos de calidad.

El CBR calculado para 0.1 pulgadas de penetración dio mayor que el CBR calculado para 0.2 pulgadas de penetración debido a errores en el ensayo de compactación, por lo tanto y atendiendo al criterio del INVIAS es recomendable volver a realizar el ensayo.

La determinación correcta de la humedad inicial de la muestra es esencial en el desarrollo del laboratorio, ya que si esta es calculada erróneamente, al determinar la cantidad de agua adicional que se le debe agregar al material para alcanzar la humedad optima va a ser mayor o menor dependiendo si está por encima o por debajo de la verdadera humedad; si está por encima de la humedad optima el material no alcanzara la densidad seca máxima ya que el agua tiende a separar las partículas y la relación de vacíos tiende a ser mayor, si por el contrario la humedad es menor que la óptima, la densidad seca máxima va a ser menor y la expansión tiende a ser mayor además de presentar mayor fricción entre partículas y una mayor porosidad.

La compactación influye de manera significativa en la determinación de la expansión del material ya que si el proceso no se hace adecuadamente pueden quedar vacíos en la muestra que son perjudiciales para el cálculo de la misma ya que al sumergir las muestras y colocarles las sobrepesas están causaran que las partículas se acomoden mejor lo que dará como resultado una densificación del material dentro del cilindro causando que al realizar las lecturas finales de expansión estás sean menores que las iniciales lo que indicaría que el material tiende a contraerse lo que no es lógico porque se supone que la mayoría de los materiales tiende a absorber agua.



BIBLIOGRAFÍA

Artículo 220-07 del INVIAS, Terraplenes

HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos de carreteras. Principios fundamentales, el tránsito, factores climáticos y geotecnia vial. Volumen Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja. 2010. P., 178

Norma Relación de Soporte del Suelo en el Laboratorio (CBR de Laboratorio) INV-E-148-07



ANEXOS



Anexo 1. Formatos del laboratorio del CBR Norma INV-E148-07

capacidad de soporte de california – cbr

Documents