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Instituto Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Ingeniería en Construcción
Laboratorio de Mecánica de Suelos I
Índice de Soporte de California (CBR)
Estudiante: Francisco Rodríguez Bejarano
Carné: 200902223
Profesor: Dr. Rafael Baltodano Goulding
Grupo 01
I semestre 2012
1. Resumen
El informe que se presenta se trata del ensayo CBR conocido como índice
de california, de cómo se determina, y cuáles son sus objetivos, además de su
importancia. Este ensayo es usado normalmente para medir la resistencia de
la base y sub-bases de los pavimentos.
Además, es importante recalcar la importancia de utilizar un adecuado
proceso de selección del material que se utilizará en la falla, para que así éste
sea realmente representativo de las condiciones que presenta o puede llegar a
presentar el suelo.
Para el caso en estudio, que consiste en una grava mal graduada, el índice
de CBR varía entre 7 y 20, por lo que el suelo se clasifica cómo un suelo
regular, que puede ser utilizado cómo sub base en una carretera
2. Introducción
Para el desarrollo de las obras civiles, se hace de importancia vital conocer
las condiciones del suelo que se encuentra por debajo de dicha obra, y sobre
el cuál esta obra se apoyará, por lo que a lo largo del tiempo se han
desarrollado diferentes métodos de estudio. Uno de ellos fue desarrollado por
la división 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.
Dicho ensayo se conoce cómo Índice de Soporte de California, o CBR (por sus
siglas en inglés), y tiene como principal finalidad determinar la capacidad de
soporte de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad
óptima y niveles de compactación variables.
El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controladas, que además representan las condiciones
más extremas para el suelo, permitiendo obtener un (%) de la relación de
soporte. El (%) CBR, está definido 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, en una probeta normalizada constituida por una muestra
patrón de material chancado.
3. Marco Teórico
El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en
Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta
profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros
cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de
humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida
para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de
material triturada, en ecuación, esto se expresa:
El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una
penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una
penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como
valor final de CBR.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al
contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando
el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2
o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70
CBR Clasificación
general
Usos Sistema de Clasificación
Unificado AASHTO
0 - 3 muy pobre subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7
3 - 7 pobre a regular subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6
,A7
7 - 20 regular sub-base OL,CL,ML,SC A2,A4,A6
,A7
SM,SP
20 - 50 bueno base, sub
base
GM,GC,W,SM A1b,A2-
5,A3
SP,GP A2-6
> 50 excelente base GW,GM A1-a,A2-
4,A3
Tabla 1. Clasificación general del suelo y sus usos en pavimentos
Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se leen
tablas utilizando directamente el número CBR y se lee el espesor de la
subrasante.
4. Objetivos
Objetivo General:
Determinar el valor de CBR para la muestra de suelo asignada.
Objetivos Específicos:
Establecer el valor de hinchamiento para la muestra de suelo.
Determinar si sería o no un buen suelo para la construcción de una
carretera (principalmente).
Conocer las buenas prácticas en el desarrollo de la prueba del CBR.
5. Procedimiento y equipo
5.1 A grandes rasgos el procedimiento, para una mayor información del
procedimiento consultar la norma ASTM-D1
Se cuartea el material
Se preparó la muestra como se hizo en el ensayo del Proctor. Se
preparó una parte de finos y otra de gruesos
Con el ensayo del Proctor se determino la cantidad de agua que se
le iba a colocar
Se prepararon tres moldes
a) al primero se le dieron 60 golpes
b) al segundo se le dieron 30 golpes
al tercero se le dieron 15 golpes
se dejo la muestra a saturar 36 horas en la pila de saturación
se falló el material
Luego se determina la cantidad de arena que quedo dentro del
hueco restándole al total de la arena lo que quedo dentro del frasco.
5.1.1 Equipo para el ensayo CBR
Filtro
Papel de Filtro
Prensa de Ensaye
Molde
Disco espaciador
Pisón
Cargas
Pistón de penetración
Horno
Pila de saturación
Cucharas
Cápsulas
Bolsas plásticas
6. Resultados
A continuación se presentan los resultados con respecto a la determinación
de los contenidos de humedad.
Tabla 2. Contenidos de humedad para cada una de las muestras.
Muestra # Ban W.ban Wt+W.ban Ws+W.ban Wt Ws % w
1 15 111,26 941,8 893,42 830,54 782,16 5,83
2 6 110,48 1360,9 1245,8 1250,4 1135,3 9,20
3 19 112,12 1017,6 887,43 905,48 775,31 14,38
Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.
Posteriormente, conociendo este contenido de humedad, se calcula el
porcentaje de compactación de la muestra.
Tabla 3. Compactación para cada muestra de suelo.
# Molde Golpes
Wmolde
(g)
Wt+Wmolde
(g) Wt (g) Ɣt Ɣs %C
1 65 7,175 11,905 4,73 2044,08 1931,56 105,20
13 30 7,234 11,995 4,761 2057,48 1884,08 102,62
10 10 7,16 11,775 4,615 1994,38 1743,71 94,97
Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.
Una característica importante en el estudio de un material es su
hinchamiento:
Tabla 4. Hinchamiento
Fecha Jueves Viernes Lunes
%
Expansión
Hora 01:35 p.m. 01:40 p.m. 10:30
Molde Li 1 D 2 D 4 D
1 50 50 50 51 2,00
13 50 51 51 51 0,00
10 50 51 51 52 1,96
Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.
Tabla 5. Penetraciones y esfuerzos para cada una de las muestras
No
Molde Penetración 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5
1 0,72 1,41 1,86 2,55 3,23 4,83 6,66 8,71 10,99 15,55 20,12
13 Resistencia 0,72 1,41 1,86 2,55 3,46 5,29 7,80 10,53 13,50 19,20 25,36
10 0,72 2,09 3,00 4,37 5,97 9,16 13,04 16,47 19,89 24,45 33,12
Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.
Gráfico 1. Penetración vrs. Resistencia
Fuente: Tabla 5
Gráfico 2. Porcentaje de compactación vrs. CBR
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Res
iste
nci
a (k
g/cm
2)
Penetración (pulg)
65 golpes
30 golpes
10 golpes
94,00
96,00
98,00
100,00
102,00
104,00
106,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Co
mp
acta
ció
n (
%)
CBR
Penetración 0,1
Penetración 0,2
7. Análisis de Resultados
La muestra de material utilizada en el laboratorio, la cual contenía tanto
partículas gruesas cómo finas, y que se podía caracterizar cómo una grava mal
graduada, tiene diferentes valores de CBR dependiendo de la energía de
compactación que se le aplique, por lo que si hacemos mención a la tabla1,
“Clasificación general del suelo y sus usos en pavimentos” podemos decir que
el suelo es un suelo regular, ya que todos sus valores variaron entre un CBR
de 7 y uno de 20, cómo se puede observar en el gráfico 2, por lo que
podríamos decir que este material puede ser usado en sub bases y su
clasificación de acuerdo a AASHTO puede ser A2, A4, A6 ó A7.
Dentro de estos resultados también podemos observar que las
compactaciones obtenidas fueron, en su mayoría, superiores al 100% esto
debido a que el porcentaje de humedad optimo según el laboratorio anterior y
mediante la técnica de Proctor era de 14% y en casi todas las muestras fue
menor el contenido de humedad que se colocó, lo cual nos da una
compactación deficiente, obteniendo valores diferentes al cien por ciento y por
ende una baja en el CBR por lo que podríamos esperar un CBR un poco mayor
al obtenido con el porcentaje de humedad óptimo. Además, debido a esto
podemos notar que el CBR puede tener errores en este caso, por lo que no es
del todo confiable.
Las expansiones obtenidas fueron de un 2% para el molde de 65 golpes, de
0% para la muestra a la cual se le aplicaron 30 golpes, y de 1,96% para la
muestra a la que se le aplicaron solamente 10 golpes, por lo que
principalmente, se puede rescatar cómo el suelo está propenso a expandirse
sin importar su grado de compactación, pero además, es importante rescatar
que quienes realizaron la compactación fueron los mismos estudiantes, por lo
que este proceso pudo haber sido realizado no de la mejor forma, lo cual pudo
haber influido en su expansión en el momento de colocarlo en saturación
completa.
8. Conclusiones
Debido a la expiación que tiene el suelo y su CBR no se recomienda
para el uso de una estructura de pavimento.
El material puede ser usado en sub bases.
El material es de calidad regular según el CBR.
Se debe buscar asegurar un contenido de humedad óptimo para lograr
una compactación idónea.
El ensayo de CBR se debe realizar buscando una representatividad real
de las condiciones y características del material
9. Bibliografía
Das, Braja. (2001).Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Thomson
Learning. México D.F.
Badillo, J. & Rodriguez (2005).Fundamentos de la mecánica de suelos.
LIMUSA. Mexico
Fournier,(2011).Presentacion “Resistencia en los Suelos”
D-1883: ASTM D1883-99 (1999) Standard Test Method for CBR
(California Bearing Ratio) of Laboratory-Compacted Soils. West
Conshohocken, PA, EE.UU.