INTRODUCCINEl diseo del pavimento involucra el anlisis de diversos factores: trfico, clima, caractersticas de los suelos, nivel de serviciabilidad deseado, y el grado de confiabilidad al que se desea efectuar el diseo acorde con el grado de importancia de la carretera. Dentro de estos factores, uno de los aspectos ms importantes es la caracterizacin del terreno de fundacin y de los materiales que componen la estructura del pavimento. En los procedimientos de diseo, la capacidad de soporte del suelo es caracterizada mediante el Mdulo de Resistencia. Este ensayo pretende caracterizar mejor que los ensayos utilizados tradicionalmente el comportamiento del suelo ante las solicitaciones de carga durante su vida til. En el Per se utilizan ecuaciones de correlacin entre la relacin de soporte de california y el valor de CBR con el objeto de obtener el parmetro solicitado por los procedimientos de diseo como la gua AASHTO 1993. Es as, que adems de las limitaciones propias del ensayo de CBR se introduce un factor adicional que puede alterar el modelamiento del comportamiento real in-situ del suelo, conduciendo a Diseos no acordes con lo requerido al no reflejar las caractersticas de los suelos en forma adecuada.

DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELOEs un mtodo desarrollado por la divisin de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos. El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relacin de soporte. El (%) CBR, est definido como la fuerza requerida para que un pistn normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistn penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrn de material chancado. La expresin que define al CBR, es la siguiente: CBR=(carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrn) * 100 ( % ) De la ecuacin se puede ver que el nmero CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrn. Usualmente el nmero CBR, se basa en la relacin de carga para una penetracin de 2,5 mm. (0,1"), sin embargo, si el valor de CBR a una penetracin de 5 mm. (0,2") es mayor, el ensayo debe repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5 mm. de penetracin, dicho valor ser aceptado como valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad ptimo, obtenido del ensayo de compactacin Proctor. Antes de determinar la resistencia a la penetracin, generalmente las probetas se saturan durante 96 horas. En general se confeccionan 3 probetas como mnimo, las que poseen distintas energas de compactacin (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequea cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta fraccin no exceda del 20%.

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OBJETIVOS Ser capaces de realizar el ensayo de CBR despus de haber obtenido la mxima densidad seca y el ptimo contenido de humedad del Proctor modificado para la muestra dada. Desarrollar por el estudiante el ensayo de laboratorio del CBR y entender mejor la teora relacionndolo con la prctica. Adquirir el valor del CBR para la muestra dada. Determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad ptima y niveles de compactacin variables.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO DE CBR

Preparar una muestra de suelo (en cantidad suficiente para hacer 3 probetas), al contenido de humedad ptima del suelo determinado con el ensayo de Proctor Modificado. Antes de compactar el suelo en los moldes, tomar una muestra representativa para determinar su contenido de humedad (por lo menos 100 g si el suelo es de grano fino). Pesar los moldes sin su base ni el collar. Para cada molde ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador en el molde y cubrirlo con un disco de papel filtro. Fabricar 3 probetas de 5 capas cada una: de 10 golpes por capa, de 25 golpes por capa y de 52 golpes por capa; dejar saturar las muestras durante 96 horas dependiendo del tipo de material. Para cada molde retirar la base, el collar y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y determinar el peso unitario total del suelo. Colocar un disco de papel filtro sobre la base, invertir la muestra y asegurar el molde a la base de forma que el suelo quede en contacto con el papel filtro. Colocar la placa perforada con el vstago ajustable sobre el suelo compactado y aplicar suficientes pesas para obtener la sobrecarga deseada, cuidando que no sea inferior a 4.5 kg. Asegurarse de usar un disco de papel filtro entre la base perforada del vstago y el suelo para evitar que el suelo se pegue a la base del vstago. Sumergir el molde y las pesas en un recipiente de agua de forma que el agua tenga acceso tanto a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y ajustar el deformmetro de cartula (con lecturas al 0.01 mm) en su respectivo soporte; marcar sobre el molde los puntos donde se apoya el soporte de forma que pueda removerse y volver a colocarlo sobre el molde en el mismo sitio cuando se desee hacer una lectura. Ajustar el cero del deformmetro de expansin y registrar el tiempo de comienzo del ensayo. Tomar las lecturas a 0, 1, 2, 4, 8, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 horas de tiempo transcurrido; el ensayo de expansin puede terminarse despus de 48 horas si las lecturas en el deformmetro de expansin se mantienen constantes por lo menos durante 24 horas. Al final de las 96 horas de inmersin, sacar la muestra y dejarla drenar por espacio de 15 min; secar completamente la superficie superior de la muestra con toallas de papel. Pgina 2

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Pesar la muestra sumergida incluyendo el molde. Tomar muestras para contenido de humedad de las muestras saturadas de la siguiente forma: 2 dentro de los 3 cm superiores del suelo 2 dentro de los 3 cm inferiores del suelo 2 en el centro de la muestra de suelo. Colocar suficientes pesas ranuradas (no menos de 4.5 kg) sobre la muestra de suelo para simular la presin de sobrecarga requerida. Colocar la muestra en la mquina de compresin y sentar el pistn sobre la superficie de suelo utilizando una carga inicial no mayor de 4.5 kg. Fijar el cero en los deformmetros de medida de carga y de penetracin (o deformacin). Hacer lecturas de deformacin o penetracin y tomar las respectivas lecturas del deformmetro de carga. Extruir la muestra del molde y tomar dos muestras representativas adicionales para contenido de humedad.

APARATOS Y MATERIAL USADO 2.1 Mtodo para muestras remoldeadas, segn NCh 1852 Of. 1981. 2.1.1 Equipo necesario Aparato para medir la expansin (figura 3.15.), compuesto por una placa metlica provista de un vstago ajustable de metal con perforacin de dimetro menor o igual a 1,6 mm.y un trpode metlico para sujetar el calibre comparador con indicador de dial. Molde metlico, cilndrico de dimetro interior de 152,4 mm. y altura de 177,8 mm. Debe tener un collarn de extensin metlico de 50,8 mm. de altura y una placa base metlica de 9,5 mm. de espesor, con perforaciones de dimetro igual o menor que 1,60 mm. Prensa de ensayo de capacidad mnima de 44 KN. y cabezal o base movible a una velocidad de 1,25 mm/min para presionar el pistn de penetracin en la probeta. Este equipo debe estar provisto de un dispositivo indicador de carga con lecturas de curso no menor que 50 mm. Calibre, compuesto por dos deformmetros comparadores con indicador de dial, de 0,01 mm. de precisin. Sobrecargas, una metlica anular y varias metlicas ranuradas con una masa de 2,27 kgs. cada una y 149,2 mm. de dimetro, con una perforacin central de 54 mm. de dimetro. Horno de secado con circulacin de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110

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COMPACTACIN DE MOLDES CBR. Para realizar la compactacin de moldes se requieren de los siguientes equipos. Disco espaciador de de dimetros 5 15/16 y altura de 2.5 Pisn de 10 lb y que tenga una cada de 18 Molde de 6 de dimetro

Figura 1. Muestra todo el equipo necesario para realizar la compactacin, saturacin y penetracin. Con estos materiales se compacta generalmente 3 muestras de suelos, cada uno con diferentes nueros de golpes. La figura 2 muestra el numero de golpes que se da cada ensayo de material.

Figura 2. Muestra el nmero de golpes que se da a cada molde y la energa que se aplica.

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Los detalles de esta compactacin es que todo esto se realiza encima de un molde que sirve de falso fondo, cada ves que se termine con el numero de golpes en cinco capas se procede a colocar un papel filtro sobre la muestra. SATURACIN Para la saturacin que es el paso que le sigue a la compactacin, se coloca el molde preparado sobre una base metlica perforada, con la intencin que se pueda saturar, y en la parte superior se coloca un plato que sirve para colocar las sobrecargas. El resultado final de este procedimiento debe quedar similar al que se muestra en la figura 3.

Figura 3. Estado final del proceso de saturacin. La saturacin termina cuando el suelo deja de expandirse y esto depende del suelo a ensayar , generalmente los suelos arenosos demoran entre algunas horas, mientras que gravas con finos pueden demorar 1 da y las arcillas pueden demorar entre de 3 a mas das.

PENETRACIN. Para la penetracin que es el proceso final de este ensayo se simula un pavimento conformado por sub-base base y carpeta, pero antes se hace que drene los fluidos por un lapso de 15 minutos, enseguida se saca los platos y se coloca el pistn de penetracin que ingresa a una velocidad de 0.05 pulg/minuto, en la figura 4 se muestra el resultado de este paso.

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Figura 4. Estado final antes de la penetracin de la muestra. Compactacin de probetas CBR. Normalmente se compactan de tres a cinco probetas en un rango de 90 a 100% de la DMCS determinada segn el ensayo Proctor. Cada porcin de suelo, se debe mezclar con una cierta cantidad de agua para obtener la humedad ptima, si es necesario curar el suelo, debe colocarse dentro de un recipiente tapado para lograr una distribucin uniforme de la humedad. Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y verificado su volumen (Vm), se coloca el disco espaciador sobre la placa base, se fija el molde con el collarn sobre la placa y se coloca un disco de papel filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde se compacta mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo hmedo, utilizando para cada porcin una energa de compactacin distinta (N de golpes), de manera que la densidad a la cual se desee determinar el CBR quede comprendida entre las densidades de dos probetas. Se compactarn con 56, 25 y 10 golpes respectivamente. Al comienzo y al final de la compactacin debern tomarse 2 muestras representativas de suelo para calcular el contenido de humedad. En caso que las muestras no sean sumergidas, la humedad se determina concluda la penetracin. Finalizada la compactacin, se retira el collarn y se enrasa el suelo al nivel del borde del molde, rellenando los huecos dejados por la eliminacin del material grueso con material de menor tamao. Se retiran la placa base perforada, el disco espaciador y se pesa el molde con el suelo compactado (W 1).

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Determinacin de las propiedades expansivas del suelo. Sobre la placa base perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se ajusta el molde con el suelo compactado en forma invertida, de manera que el espacio formado por el disco espaciador quede en la parte superior. En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro grueso y sobre ste se coloca la placa metlica perforada provista de un vstago regulable. Sobre sta placa se colocarn las sobrecargas, cuyo nmero deber ser especificado o de lo contrario, se usar una sobrecarga mnima de 4,54 kgs., equivalente al peso de un pavimento de hormign de 5 pulgadas de espesor. A continuacin se coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del estanque sin agua, sobre pequeos bloques metlicos o de otro material con el objeto de permitir el libre acceso del agua por debajo de la muestra. Se monta el trpode y se instala el comparador de dial de tal modo que su punta palpable quede tocando el vstago. Luego, se llena el estanque con agua y se registra la lectura inicial del comparador de dial (Li). El tiempo de inmersin depender del tipo de saturacin. Para un ensayo con saturacin normal se deja el molde sumergido durante 96 horas, en cambio para un ensayo de saturacin completa se dejar el tiempo necesario hasta que no haya ms hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de dial efectuadas con 24 horas de intervalo difieren en menos de 0,03 mm. Durante todo el tiempo de inmersin el nivel de agua se debe mantener constante. Registrada la lectura final del comparador de dial (Lf), se retira el trpode y se saca el molde del agua, para dejarlo drenar durante 15 minutos. Finalmente se retiran las sobrecargas, los discos de papel filtro y las placas perforadas para determinar el peso del molde ms el suelo compactado y saturado (W 2). Determinacin de la resistencia a la penetracin. Se lleva la probeta a la mquina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercer el material de base y pavimento del camino proyectado (pero no menor que 4,54 kg.), redondeando a mltiplos de 2,27 kg. En caso de que la probeta haya sido sumergida, la carga ser igual a la aplicada durante la inmersin.

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Se apoya el pistn de penetracin con una carga lo ms pequea posible (no debe exceder de 45 Newton) y se colocan los diales de lectura de tensin y deformacin en cero. Esta carga inicial, se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistn, pero debe considerarse como carga cero para la relacin carga-penetracin. La velocidad de carga aplicada al pistn de penetracin ser de 1,25 mm/min. Se anotarn las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetracin: 0,65 - 1,25 - 1,90 - 2,50 - 3,10 - 3,75 - 4,40 - 5,00 - 7,50 - 10,00 y 12,5 milmetros (o bien, 0,025 0,050 - 0,075 - 0,100 - 0,125 - 0,150 - 0,175 - 0,200 - 0,300 - 0,400 y 0,500 pulgadas). Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm. de espesor. Si se desea determinar la humedad promedio, se deber extraer una muestra que abarque el total de la altura del molde.

RESULTADOS DEL ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO COMPACTACIN Molde N N de capas N de golpes por capa Peso del molde + suelo compacto (gr.) Peso de molde (gr.) Peso suelo compacto (gr.) Volumen del molde (cm3) Densidad hmeda (gr/cm3) Densidad seca (gr/cm3) 1 5 56 7387 2802 4585 2131 2.152 2.036 3 5 56 7604 2802 4802 2131 2.253 2.098 3 5 56 7758 2802 4956 2131 2.326 2.104 4 5 56 7537 2802 4735 2131 2.222 1.976

HUMEDAD Prueba N Tara N Tara + suelo hmedo (gr.) Tara + suelo seco (gr.) Peso del agua (gr.) Peso de tara (gr.) Peso suelo seco (gr.) Contenido de humedad (%) 1 RXM 226.8 217 9.8 44.2 172.8 5.7% 2 A-8 237.3 224.3 13 48.2 176.1 7.4% 3 A-20 202 187.5 14.5 50 137.5 10.5% 4 A-Q 203.5 186.4 17.1 49.3 137.1 12.5%

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GRAFICA CONTENIDO DE HUMEDAD VS DENSIDAD SECA2.22 2.2 2.18 Densidad Seca (gr/cm3) 2.16 2.14 2.12 2.1 2.08 2.06 2.04 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Contenido de Humedad (%)

RESULTADOS DEL ENSAYO DE CBR COMPACTACIN Molde N N de capas N de golpes por capa Peso del molde + suelo compacto (gr.) Peso de molde (gr.) Peso suelo compacto (gr.) Volumen del molde (cm3) Densidad hmeda (gr/cm3) Densidad seca (gr/cm3) 26 5 56 8692.0 3915.0 4777.0 2081.0 2.296 2.105 19 5 25 8614.0 3959.0 4655.0 2120.0 2.196 2.036 14 5 10 8590.0 4226.0 4364.0 2122.0 2.057 1.881

CONTENIDO DE HUMEDAD - INICIAL DEL ENSAYO Molde N Tara N Tara + suelo hmedo (gr.) Tara + suelo seco (gr.) Peso del agua (gr.) Peso de tara (gr.) Peso suelo seco (gr.) Contenido de humedad (%) Densidad seca (gr/cm3) 26 183 152.7 144.4 8.3 52.7 91.7 9.05 2.105 19 118 114.0 109.2 4.8 48.2 61.0 7.87 2.036 14 A-2 163.1 153.3 9.8 48.0 105.3 9.31 1.881

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PENETRACIN Penetracin 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.400 0.500 Presin Tiempo transcurrido Patrn 0.5' 1' 1.5' 2' 1000 3' 4' 1500 5' 6' 1900 8' 2300 10' 2600 Molde N 12 Lec. Dial13.0 29.0 51.0 93.0 198.0 247.0

Molde N 24 Lec. Dial10.0 18.0 24.0 29.0 38.0 50.0 55.0 63.0 75.0 88.0

Molde N 17 Lec. Dial6.1 14.0 24.5 35.5 86.8 108.9 125.2 145.6 169.2 174.7

PENETRACIN Penetracin 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.400 0.500 Tiempo transcurrido 0.5' 1' 1.5' 2' 3' 4' 5' 6' 8' 10' Presin Molde N 1244.7 99.6 175.2 319.4 680.1 848.4 -

Presin Molde N 2434.3 61.8 82.4 99.6 130.5 171.7 188.9 216.4 257.6 302.3

Presin Molde N 1721.0 48.0 84.0 122.0 298.0 374.0 430.0 500.0 581.0 600.0

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PRESION VS PENETRACION900.0 56 Golpes 800.0 700.0 Presin (lb/pulg2) 600.0 500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.400 0.500 Penetracin (pulg) 10 Golpes 25 Golpes

Curva CBR vs Densidad seca2.150 Densidad Seca (gr/cm3) 2.100 2.050 2.000 1.950 1.900 1.850 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.1" 0.2"

Resultados finales de la densidad seca para CBR de 95% y 98%. CBR (95%) CBR (98%) 2.095 2.098

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CONCLUSIONES Con el ensayo que hemos realizado podemos determinar una serie de parmetros que nos ayudan a determinar primeramente las caractersticas de cada tipo de suelo que se ensaya y por el cual se determina tambin el tipo de uso que se le puede dar a este tipo. Tambin con este ensayo se determina la resistencia a la compactacin y poder observar y analizar hasta que punto puede ser compactado este material, todos estos parmetros que se obtienen sirven para determinar si la cantera escogida es una muy buena fuente de abastecimiento de material para la construccion de las capas de sub-base y base en una carretera dependiendo del tipo de carretera que se va ha construir. Siempre hay que considerar que cada muestra a ensayar es un caso particular, y si bien es cierto que hay ciertos parmetros promedios de valores de acuerdo al tipo de agregados, no se puede generalizar y asegurar anticipadamente lo que pueda ocurrir en determinado ensayo. Esto, porque se puede tener una granulometra determinada y los valores de otros ensayos que no concuerdan con esto. En todo caso, si se tiene duda, se deber repetir el ensayo, pero siempre se tendr en cuenta los resultados de esta muestra particular. En lo que ha pavimentos nos concierne, su calidad y buen empleo es incluso ms determinante, porque se producirn fisuramientos que pueden hacer que la obra colapse, dado que aqu el nico ligante es el agua, entonces hay que tener sumo cuidado cuando se trata de emplear el agregado en las capas de Pavimento.

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