FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL Y AGRCOLA

LABORATORIO 1

Ensayo CBR sobre Muestra Inalterada

Pavimentos

Ing. Gloria Ins Beltrn

PRESENTADO POR:

Diana Catalina Gmez Navarrete 215401 Juan Felipe Lpez Pacheco 215413 Joan Sebastin Ruiz Castillo 215462

BOGOT D.C- Colombia Septiembre 15 de 2014

1

Contenido 1. INTRODUCCIN ........................................................................................................................................................ 2

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................................................... 2

2.1. General ................................................................................................................................................................ 2

2.2. Especficos ......................................................................................................................................................... 2

3. MARCO TERICO-CONCEPTUAL ...................................................................................................................... 2

3.1. Descripcin general del ensayo CBR..................................................................................................... 2

3.2. CBR vs. IPDC ..................................................................................................................................................... 6

4. METODOLOGA ......................................................................................................................................................... 7

4.1. Ubicacin............................................................................................................................................................ 7

4.2. Metodologa en Campo ................................................................................................................................ 8

4.2.1. Equipos y Materiales .......................................................................................................................... 8

4.2.2. Procedimiento ....................................................................................................................................... 8

4.3. Metodologa en Laboratorio ..................................................................................................................... 9

4.3.1. Equipos y Materiales .......................................................................................................................... 9

4.3.2. Procedimiento .................................................................................................................................... 10

5. CLCULOS Y RESULTADOS .............................................................................................................................. 11

5.2. Datos Obtenidos ................................................................................................................................................. 11

5.2. Clculos .................................................................................................................................................................. 14

6. IDENTIFICACIN DE POSIBLES FUENTES DE ERROR ........................................................................ 18

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................................... 19

8. BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................................................ 19

2

1. INTRODUCCIN La evaluacin de la resistencia de la capa de sub-rasante es una necesidad para cualquier

proyecto vial en ingeniera de carreteras ya que este componente constituye el soporte de

toda la obra; en trminos comparativos es vlido afirmar que la cimentacin es a una

edificacin lo que la sub-rasante es a un proyecto vial. Desde inicios del siglo XX se han

propuesto y mejorado diversos procedimientos que permiten estimar la resistencia de

manera confiable; entre stos el ms comnmente utilizado se conoce como ensayo relacin

de soporte de California, CBR por sus siglas en ingls. En el presente informe se pretende

utilizar este mtodo de acuerdo a los lineamientos de la norma INV E 148-13 para evaluar la

capacidad de soporte que ofrece una muestra de suelo sub-superficial tpico de la Sabana de

Bogot obtenido a partir de mtodos de exploracin manual como material para sub-rasante.

Es de anotar que esta muestra fue ensayada bajo condiciones inalteradas.

2. OBJETIVOS

2.1. General Evaluar la resistencia de una muestra de suelo como material para sub-rasante por medio del

ensayo de CBR sobre muestras inalteradas.

2.2. Especficos Comparar el resultado del ensayo para la muestra de suelo con rangos de valores

considerados tpicos en la literatura de ingeniera de suelos.

Identificar limitaciones y fuentes de error a la hora de usar el procedimiento. Comparar el resultado obtenido por el mtodo del CBR con respecto a un ensayo

previamente realizado sobre el mismo suelo por medio del ensayo de Penetracin con

Cono Dinmico.

3. MARCO TERICO-CONCEPTUAL

3.1. Descripcin general del ensayo CBR El ensayo CBR o California Bearing Ratio, es una de las formas ms comnmente aceptadas en

ingeniera geotcnica para obtener una estimacin de la resistencia de un suelo que va a ser

utilizado como sub-rasante de una estructura de carretera. Su planteamiento terico consiste

en obtener la proporcin entre la resistencia de la muestra de suelo de inters a ser penetrada

por un pistn y la resistencia de un material patrn estndar; dicho patrn est constituido

por grava bien gradada que conceptualmente es el mejor tipo de suelo con el que se podra

contar para ser usado como sub-rasante. (Jurez & Rico, 2007)

Se definen tres etapas para la realizacin del ensayo de forma satisfactoria:

1. Exploracin, caracterizacin y extraccin de la muestra de suelo en campo.

2. Montaje y aplicacin del ensayo en laboratorio.

3. Procesamiento de datos y obtencin de resultados.

La primera etapa consiste en la seleccin y localizacin del punto de exploracin donde se

realizar el apique, el cual se puede hace de forma manual o mecnica. Se debe remover en

3

primera instancia la cobertura vegetal presente sobre el rea de exploracin. Una vez

profundizado algunos centmetros (aproximadamente 10cm) por debajo de la superficie, se

procede a hacer una caracterizacin de suelo; a medida que se noten cambios en la apariencia

del suelo con la profundizacin del apique se deben hace nuevas caracterizaciones indicando

la profundidad aproximada de las muestras de suelo analizadas. Esto con el fin de identificar

qu tipo de suelo se va evaluar y poder as comparar los resultados del ensayo con valores

aceptados en la literatura de la mecnica de suelos, adems de identificar la presencia de

posibles trazas de partculas ajenas a la muestra (races, escombros, gravas, entre otros) que

puedan alterar los resultados esperados.

La primera etapa del ensayo concluye una vez se ha alcanzado la profundidad de inters en la

que se procede a extraer la muestra de ensayo.

De acuerdo a la norma INV E-148 que regula el proceder de este ensayo, la penetracin de la

muestra con el pistn se debe realizar a una velocidad constante de 1.27mm/min en un molde

de 0.66mm de dimetro y 177.8mm de altura. De esta forma se garantiza que la penetracin

del pistn dependa nicamente de la carga aplicada por la prensa sobre la muestra.

Se registrar de forma grfica la carga ejercida por la prensa cuando el pistn haya penetrado

las siguientes profundidades (INVIAS, 2013):

0.64mm/0.025in 1.27mm/0.050in 1.91mm/0.075in 2.54mm/0.100in 3.18mm/0.125in 3.81mm/0.150in

4.45mm/0.175in 5.08mm/0.200in 7.62mm/0.300in 10.16mm/0.400in 12.70mm/0.500in

La representacin grfica de dichos datos dar como resultado alguna de las dos tendencias

mostradas en la Ilustracin 1:

4

Ilustracin 1. Grfica tpica de esfuerzo vs penetracin para ensayo de CBR sobre suelo inalterado. (Tomado de INV E 148-13).

La curva resultante debe mostrar una concavidad hacia abajo; no obstante, en muchos casos

se presenta una ligera concavidad hacia arriba para los primeros datos de penetracin por

reacomodacin del pistn sobre la superficie de la muestra. Para la correccin de este sesgo

en la toma de datos se traza una recta tangente al punto donde la curva cambia de concavidad

(lnea punteada en la Ilustracin 1). El corte de esta recta con el eje horizontal se tomar como

nuevo origen de coordenadas. Ntese que la correccin implica que los datos tomados en

campo no correspondern a los usados para el clculo del CBR. (INVIAS, 2013)

Una vez realizada la correccin se deben considerar fundamentalmente dos valores de carga:

cuando el pistn haya penetrado 2.54mm y 5.08mm (0.1in y 0.2in en el sistema ingls). Estos

dos valores se introducen en las frmulas (1) y (2) respectivamente:

0.1 =0.1[]

6.9 100% =

0.1[]

1000 100% (1)

0.2 =0.2[]

10.3 100% =

0.2[]

1500 100% (2)

Donde:

0.1 es la relacin de soporte expresada en porcentaje cuando el pistn ha penetrado 0.1in en la muestra.

0.2 es la relacin de soporte expresada en porcentaje cuando el pistn ha penetrado 0.2in en la muestra.

5

0.1 la carga ejercida por la prensa para que le pistn penetre 0.1in en la muestra. 0.2 la carga ejercida por la prensa para que le pistn penetre 0.2in en la muestra. 6.9 = 1000 es la carga necesaria hallada experimentalmente para penetrar en

la muestra patrn (grava bien gradada) 0.1in.

10.3 = 1500 es la carga necesaria hallada experimentalmente para penetrar en la muestra patrn 0.2in.

En caso que el esfuerzo mximo se manifieste a una penetracin menor a 0.2in, ste se debe

registrar y hallar por medio de extrapolacin el valor de 0.2.

Segn la norma INV E-148, el resultado final de relacin de soporte (CBR) se determinar en

funcin de los siguientes escenarios:

Si 0.1 > 0.2 se determina 0.1 como la relacin de soporte (CBR) del suelo objeto del estudio.

Si 0.2 > 0.1 se debe hacer un segundo ensayo de comprobacin. Si en el ensayo de comprobacin se mantiene la relacin 0.2 > 0.1, se tomar

0.2 como la relacin de soporte del material ensayado.

En la norma INV E 148-13 se pide igualmente la medicin del peso unitario del suelo, as como

su humedad natural los cuales se cuantifican de acuerdo a las ecuaciones (3) y (4)

respectivamente:

=1 22 3

(3)

=1 2

(4)

Donde:

es la humedad natural de la muestra de suelo. 1 es el peso del recipiente con la muestra hmeda. 2 es el peso del recipiente con la muestra seca. 3 representa el peso del recipiente. es el peso unitario del suelo en kN/m3. 1 equivale al peso del molde del ensayo con el suelo en kN. 2 representa el peso del molde de ensayo vaco en kN. es el volumen del molde de ensayo, las dimensiones del molde de acuerdo con

la norma INV E 148-13 son: 0.1524m de dimetro inferior y 0.1778m de altura.

De esta forma se obtiene que:

= (0.1524)2

4 0.1778 = 0.0032433

Los datos de humedad y peso unitario deben ser reportados junto con el valor hallado de CBR

debido a cambios estas dos condiciones inciden en un valor de CBR diferente aun tratndose

de un mismo tipo de suelo.

6

3.2. CBR vs. IPDC Uno de los objetivos del presente estudio es hacer un paralelo entre el resultado obtenido por

medio de este ensayo y los valores calculados por medio del ndice de penetracin con cono

dinmico (IPDC), que es un procedimiento alternativo para evaluar la calidad de un suelo

como material para sub-rasante y se practica en campo y est regido por la norma INV E 172-

13, con autora del INVIAS.

Se recalca que este segundo ensayo no fue realizado en su totalidad por los integrantes del

grupo de trabajo, nicamente se hizo el tratamiento de los datos tomados en campo los cuales

fueron proporcionados por la docente del curso; por este motivo no se har una descripcin

detallada de la forma de hacer este ensayo. En sntesis, el ensayo de penetracin con cono

dinmico mide la resistencia en funcin de la penetracin de una varilla con punta en forma

de cono el cual se hinca en el suelo por medio de un martillo. Se mide as el nmero de golpes

del martillo necesarios para penetrar una cierta profundidad; en perfiles de suelo con

caractersticas homogneas la cantidad de golpes en funcin de la profundidad tiene una

tendencia lineal; un cambio de pendiente indica la penetracin a un estrato de suelo de

diferentes caractersticas mecnicas, como se puede apreciar en la Ilustracin 2. Donde a

partir de los 170mm se nota un fuerte cambio de pendiente, indicando un cambio en las

propiedades mecnicas del perfil de suelo. (INVIAS, 2013)

Ilustracin 2. Ejemplo de grfica de profundidad de penetracin vs nmero de golpes para ensayo (PCD). Tomado de INV E 172-13.

El ndice de penetracin dinmico con cono (IPDC) equivale a la pendiente de las rectas

obtenidas en la grfica de profundidad vs nmero de golpes, es decir que sus unidades son:

7

mm/golpe. Ntese que a mayor cantidad de milmetros penetrados en un golpe, se interpreta

una menor capacidad del suelo de resistir carga vertical.

Para hacer efectiva la comparacin entre los dos procesos se tendr en cuenta la

referenciacin mostrada en la Tabla 1, la cual ofrece una clasificacin cualitativa de la muestra

de suelo estudiada como material para capa de sub-rasante en un proyecto vial.

IPDC (mm/golpe)

CBR (%) Calidad

>90 2 Muy pobre

85-80 3-4 Pobre

75-60 5-7 Regular

50-15 8-14 Bueno

15-10 15-29 Muy bueno

30 Excelente

Tabla 1. Calidad de suelo como material para sub-rasante a partir de los resultados por ensayo de CBR y Penetracin dinmica con cono.

4. METODOLOGA

4.1. Ubicacin La muestra seleccionada para llevar a cabo el ensayo de CBR fue tomada del suelo del campus

de la Universidad Nacional de Colombia. En la zona verde en el costado nor-oriental del

Instituto de Extensin e Investigacin (edificio 406, IEI) se realiz el apique. All, existe un

sendero peatonal que sale perpendicularmente de la parte posterior del edificio. El apique que

se realiz, se encuentra a aproximadamente 3 metros y medio de dicho sendero en sentido

oriental y 10 metros en sentido norte desde la pared trasera del edificio. Las dimensiones del

apique fueron 80x80 cm aproximadamente (ver Ilustracin 3).

Ilustracin 3. Esquema General de la Ubicacin del Apique

8

4.2. Metodologa en Campo La norma INV E 148-13 describe en detalle el procedimiento de preparacin y ejecucin del

ensayo CBR sobre las muestras de suelo. No obstante, dado que por lo general, este ensayo es

realizado sobre muestras preparadas en el laboratorio, con condiciones de gradacin,

humedad y densidad controladas, los procedimientos para la toma de muestras inalteradas no

se describen dentro del cuerpo de esta norma, sino que estn contenidos de manera general

dentro su Anexo (Anexo A. Procedimiento para el ensayo sobre muestras inalteradas). La

descripcin detallada del procedimiento para la extraccin de la muestra inalterada se

describe en la INV E 104-13 (3.3 Muestra tomada con un cilindro de filo cortante). (INVIAS,

2013) (Snchez)

4.2.1. Equipos y Materiales

Palas Picas Machete Molde CBR con collar de extensin (las dimensiones de

este molde y sus accesorios estn definidos por la

norma INV E 148-13, numeral 5.2 Moldes).

4.2.2. Procedimiento

Una vez se ha seleccionado el lugar de donde se tomar la muestra se realiza el siguiente

procedimiento de manera cuidadosa con el propsito de no alterar en muestra de suelo que se

va extraer (Jurez & Rico, 2007):

1. Se demarca en un cuadro el lugar de realizacin del apique (80cm x 80cm).

2. Cuidadosamente, se retira la capa vegetal (descapote) con el propsito de ponerla

nuevamente en su lugar una vez finalizada la extraccin de la muestra.

3. Con ayudas de las herramientas de exploracin, palas y picas, se hace el apique

sacando suelo del terreno.

4. Se toman muestras de suelo para su correspondiente caracterizacin mientras se

avanza en la exploracin.

5. En el centro del apique, se deja parte de

la porcin del terreno sin excavar con el

propsito de no alterar la muestra de

suelo que se va a extraer, mientras a su

alrededor se continua con la excavacin

formando una especie de zanjas

alrededor de dicha porcin intermedia

del terreno del apique (ver Ilustracin

5).

6. Sobre la porcin del terreno de donde

Ilustracin 4. Molde CBR

Ilustracin 5. Porcin inalterada de terreno dentro del apique

9

se tomar la muestra, se coloca collar de extensin y se ejerce una presin moderada

contra la superficie del suelo.

7. Se va introduciendo el collar de extensin a medida que se excava y retira el suelo que

queda en el exterior del anillo, esto para facilitar el procedimiento.

8. Durante el procedimiento, evitar ejercer fuerza directa sobre la muestra alterando sus

condiciones naturales. En el caso en que esto ocurra la muestra debe ser descartada.

9. Se coloca el molde CBR al collar

de extensin y se contina

penetrando el molde hasta que

ste est completamente lleno.

(Ilustracin 6).

10. Se corta la muestra en la parte

inferior y se retira la muestra de

la excavacin.

11. Se retira el collar de extensin y

de enrasa la muestra por ambos

lados.

12. Se parafinan ambas caras con el

fin de evitar prdidas de

humedad por evaporacin.

13. Se lleva la muestra al laboratorio

para ser ensayada.

El procedimiento anteriormente descrito, especificado en la norma INV E 104-13, fue

ejecutado de la misma manera por el equipo de trabajo a excepcin del paso nmero 12. Esto

se debe a que la muestra fue ensayada en el laboratorio minutos despus a ser extrada, de

modo que en dicho transcurso corto de tiempo sta no iba a sufrir cambios considerables en

la humedad.

4.3. Metodologa en Laboratorio Una vez se ha llevado a cabo el mtodo de exploracin y extraccin de la muestra de suelo,

sta est lista para ser ensayada en el laboratorio.

4.3.1. Equipos y Materiales

Prensa CBR (bajo especificaciones de la INV E 148-13, numeral 5.2 Prensa). Cronmetro Horno (110 5)

Balanzas Esptulas Recipientes resistentes a altas temperaturas.

Es de anotar que la mquina disponible en el laboratorio es mecnica manual por tanto no

permite regular automticamente una velocidad de penetracin constante; en cambio la carga

aplicada por el pistn debe ejercerse mediante un mecanismo de palanca manual y la

velocidad es regulada mediante el deformmetro y un cronmetro. Para determinar la carga

aplicada, la prensa cuenta con un anillo de carga dispuesto de un deformmetro; este

Ilustracin 6. Extraccin de la muestra inalterada de suelo en el molde CBR

10

mecanismo permite, a partir de una ecuacin de calibracin, calcular la carga ejercida sobre la

muestra. La ecuacin de calibracin se presenta a continuacin:

= 9.916 (5)

Donde:

P representa la carga aplicada a la muestra. Se expresa en libras.

representa la lectura del deformmetro del anillo de carga.

El esfuerzo correspondiente ser entonces:

[] =[]

32 (6)

Siendo el rea del pistn 32 de acuerdo a la norma INV E 148-13.

4.3.2. Procedimiento

De acuerdo con la norma y, teniendo en cuenta los

equipos disponibles en el laboratorio, se realiza el

siguiente procedimiento para desarrollar el ensayo

CBR:

1. Se enrasa ambas caras de la muestra

contenida dentro del molde CBR.

2. Se pesa la muestra contenida en el molde con

el propsito de calcular luego el peso unitario del

suelo.

3. Una vez se ha colocado la muestra en la presa

y se ha ajustado el pistn de penetracin, se aplica

carga con el mecanismo manual de palanca

procurando una velocidad de penetracin constante.

En el momento en el que se inicia la aplicacin de la

carga se da inicio al cronmetro para controlar

tiempos.

4. Se registra la lectura del deformmetro del anillo de carga para los siguientes tiempos:

Tiempo 6 seg.

30 seg. 1 min.

1 min. y 30 seg. 2 min. 3 min. 4 min. 5 min. 6 min. 8 min.

Ilustracin 7. Montaje de la muestra de suelo en la presa

11

Tabla 2. Tiempos para los cuales de registra la lectura del anillo de carga

5. Una vez se ha completado la aplicacin de carga, se toma una pequea muestra de

suelo para determinar la humedad a la cual se realiz el ensayo. Para esto, se coloca

dentro de un reciente, se pesa y se lleva al horno a una temperatura de por 24 horas.

Vale la pena resaltar, que el procedimiento anteriormente mostrado es un mtodo alternativo

que presentado en la norma, ya que inicialmente esta sugiere registrar informacin de carga a

ciertas deformaciones (ver Marco Terico-Conceptual). No obstante, al registrar lecturas de

anillos de carga reguladas a ciertos intervalos de tiempo se busca encontrar un procedimiento

equivalente.

5. CLCULOS Y RESULTADOS

5.2. Datos Obtenidos Luego de realizar la metodologa en campo y laboratorio presentada con anterioridad, se tiene

informacin suficiente para determinar la resistencia de la muestra de suelo como material

para sub-rasante. A continuacin se presenta la informacin registrada.

Caracterizacin del suelo en funcin de la profundidad de excavacin

La descripcin organolptica de una muestra de suelo, marca una pauta inicial y siempre

necesaria dentro de cualquier estudio que se quiera realizar del terreno. Esta descripcin es

muy importante porque da una idea general de las propiedades que puede tener el suelo e

incluso se pueden llegar a realizar anlisis rpidos de las capacidades mecnicas del mismo.

Todo esto se debe, a que luego de una buena caracterizacin se conoce qu tipo de suelo es, la

magnitud del tamao de las partculas y su forma, si presenta cierto grado de plasticidad y se

tiene una idea general de las condiciones de humedad.

Como se expuso en la metodologa, se realiz la caracterizacin del suelo en la medida en que

se avanzaba en la excavacin. Los resultados de dicha caracterizacin se presentan a

continuacin.

Profundidad Descripcin 10 cm Arcilla orgnico de color caf con presencia de limos y abundantes races.

Presenta trazas amarillas (presencia de hierro). Evidencia plasticidad baja y humedad media. Se destaca la alta fisuracin de las muestras de suelo.

20 cm Arcilla orgnica gris con presencia de limos y trazas de arena. Consistencia dura, alta fisuracin y evidencia de oxidacin (presencia de manchas amarillas). Humedad media pero mayor a la de la anterior muestra. Plasticidad media. Presencia de races.

30 cm Arcilla gris con menor presencia de materia orgnica con relacin a las muestras anteriores. Presencia de arenas y limos. Mayor plasticidad y mayor humedad. Presencia de races.

40 cm Arcilla gris con presencia de xidos y races. Plasticidad y humedad media. Consistencia dura.

10 min.

12

Ilustracin 8. Muestra de suelo extrada a 30 cm de profundidad

Informacin para clculo de CBR

Durante el procedimiento de aplicacin de carga a la muestra en la prensa CBR se registr la

lectura del anillo de carga para los tiempos establecidos en la Tabla 2. Los datos recogidos se

presentan en la siguiente tabla.

Penetracin (pulg)

Esf. Estndar de muestra

patrn. (lb/pulg2)

Tiempo Lectura anillo

de carga

0.005 - 6'' 1.0

0.025 - 30'' 5.0

0.050 - 1' 12.0

0.075 - 1.5' 19.0

0.100 1000 2 24.0

0.150 - 3 28.0

0.200 1500 4 32.0

0.250 - 5 35.0

0.300 1900 6 37.0

0.400 2300 8 40.0

0.500 2600 10 42.0 Tabla 3. Lectura del anillo de carga para los tiempos establecidos

Por medio de la ecuacin (5) de calibracin del anillo ecuacin (6), esta informacin podr ser

convertida a esfuerzo ejercido sobre la muestra.

Informacin para clculo de Humedad

13

Como es bien sabido, los resultados del ensayo CBR o California Bearing Ratio estn en

funcin de las condiciones de humedad en las que se encuentre el suelo en el momento de ser

estudiado. Por esta razn, es necesario medir la humedad de la muestra e indicar que los

resultados obtenidos de resistencia del suelo en estudio se dan bajo estas condiciones. A

continuacin se presentan la informacin necesaria para establecer la humedad de la muestra.

Peso muestra hmeda + platn (gr) 148.71

Peso muestra seca + platn (gr 123.74

Peso del platn (gr) 40.46

Tabla 4. Informacin para Humedad

Informacin para clculo de Peso Unitario

De manera similar a la humedad, es necesario indicar el peso unitario de la muestra de suelo.

En la siguiente tabla se muestra los datos necesarios para este clculo.

Peso muestra + molde (gr) 9629

Peso molde (gr) 4292

Dimetro del molde (cm) 15.24

Altura del molde (cm) 17.78

Tabla 5. Informacin para Peso Unitario

Resultados de ensayo de Penetracin Dinmica con Cono

Para el ensayo de Penetracin Dinmica con Cono se tienen los datos de penetracin desde

una lectura de 800 hasta una profundidad con una lectura de 330 ( = 330 ):

Golpes Lectura

Acumulada Profundidad Acumulada

(#) (mm) (mm)

0 800 -

1 790 10

2 730 70

3 700 100

4 660 140

5 610 190

6 550 250

7 500 300

8 440 360

9 400 400

10 370 430

11 330 470 Tabla 6. Datos proporcionados por la docente para el clculo de ndice Dinmico de Penetracin con Cono.

Estos valores corresponden a una muestra de suelo con humedad natural de 37% y un peso

unitario de 2.25g/cm3.

14

5.2. Clculos Clculo de la humedad de la muestra

Para el clculo de la humedad de la muestra se procede a determinar la proporcin de agua

presente en el material ensayado. Para esto se usa la expresin:

=[( ) ( )]

[( ) ( )]

=[(148,71) (123,71)]

[(148,71) (40,46)] 100 = 23,09%

Clculo de Peso Unitario

Para determinar el Peso Unitario de la muestra de material se debe calcular el peso de la

muestra y el volumen del molde que contiene la muestra:

= ( ) ( ) = 9629 4292 = 5337

=

42 = (17,78 )

4(15,24 )2 = 3243,333

Con los resultados obtenidos determinamos el peso unitario de la muestra inalterada:

=

=5337

3243,333= 1,65

3

Clculo de la Relacin de Soporte de California CBR

A partir de los datos tomados del ensayo de penetracin, se grafica la presin contra la

penetracin con el procedimiento explicado en el tem anterior con las ecuaciones (5) y (6)

cuya aplicacin da como resultado las relaciones mostradas en la Tabla 7 y la Grfica 1. La

Grfica 1 presenta una tendencia cncava en la parte inicial de la penetracin, lo que obliga a

aplicar una correccin para redefinir el origen.

Penetracin (pulg)

Carga (lb)

Esfuerzo (lb/pulg2)

0.005 9.92 3.31

0.025 49.58 16.53

0.050 119.00 39.67

0.075 188.42 62.81

0.100 238.00 79.33

0.150 277.66 92.55

0.200 317.33 105.78

0.250 347.08 115.69

0.300 366.91 122.30

0.400 396.66 132.22

0.500 416.50 138.83 Tabla 7. Carga y esfuerzo para penetraciones medidas en laboratorio.

15

Grfica 1 Presiones de penetracin - Detalle de correccin del origen

Para recalcular el origen se traz la recta cuya ecuacin es la que se presenta en la grfica, y de la cual se obtiene que el nuevo origen se encuentre en la ordenada 0,0071 .

Es decir que a los valores de penetracin de la Tabla 7 es necesario restarles 0,0071pulg,

dando as la siguiente correlacin:

Penetracin (pulg)

Esfuerzo (lb/pulg2)

0.000 0.00

0.018 16.53

0.043 39.67

0.068 62.81

0.093 79.33

0.143 92.55

0.193 105.78

0.243 115.69

0.293 122.30

0.393 132.22

0.493 138.83 Tabla 8. Valores de esfuerzo vs penetracin corregidos.

La forma grfica de la correspondencia de valores de la Tabla 8 se muestra en la Grfica 2.

y = 925.55x - 6.6111R = 1

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

(lb/pulg2)

Penetracin (pulg)

Presiones de penetracin - Detalle de la recta de correccin del origen

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Grfica 2 Presiones de penetracin - Corregida

A partir de interpolacin lineal entre puntos de la Tabla 8 se determina la presin de penetracin en las profundidades 0,1 y 0,2 :

Penetracin (pulg)

Esfuerzo (lb/pulg2)

0,093 79,33

0,100 81,22

0,143 92,55

Penetracin (pulg)

Esfuerzo (lb/pulg2)

0,193 105,78

0,200 107,19

0,243 115,69

Con estos valores se determina el CBR calculando la proporcin de esfuerzo respecto del

patrn:

," =,

= , % ," =

,

= , %

Ya que el valor de CBR a 1pulg es mayor que el obtenido a 2pulg se concluye finalmente para

muestra objeto del estudio que:

= . %

Clculo del ndice de Penetracin Dinmica con Cono- IPDC

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

(lb/pulg2)

Penetracin (pulg)

Presiones de penetracin - Corregida

17

En este caso el procedimiento se lleva a cabo a partir del anlisis de la grfica de penetracin

por nmero de golpes, definiendo que se trabaja con la profundidad acumulada para el

nmero de golpes que requiri cada caso. Se toman las profundidades acumuladas a partir de

los datos compilados en la tabla 6.

Grfica 3 Grfica para clculo del IPDC.

Tomando los segmentos que si indican en la Grfica 3, se determina el IPDC a partir de los

valores extremos que acotan cada segmento de recta y calculando la pendiente relativa en

cada caso:

=

Golpes Lectura Acumulada Profundidad Acumulada IPDC

# mm mm

0 800 -

1 790 10 60

2 730 70

3 700 100 35

4 660 140

5 610 190

53 6 550 250

7 500 300

8 440 360

43 9 400 400

10 370 430

11 330 470 Tabla 9. Clculo del IPDC para los tramos definidos en la Grfica 3.

R = 0.984

R = 0.999

R = 0.993

R = 1

-

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11P

rofu

nd

idad

Acu

mu

lad

aN de Golpes Acumulados

18

A partir de los resultados obtenidos y mostrados en la Tabla 9 y con los parmetros definidos

en la Tabla 1, se elabora la grfica del ndice de Penetracin Estndar con Cono (IPDC), las

profundidades asociadas a cada resultado y la clasificacin cualitativa de la Tabla 1.

Grfica 4 Profundidad Acumulada asociada para cada valor de IPDC

En la grfica puede observarse la calidad de cada segmento en funcin del valor de IPDC

obtenido.

6. IDENTIFICACIN DE POSIBLES FUENTES DE ERROR Cualquier prctica experimental es vulnerable a factores que alteren las condiciones ptimas

de desarrollo de la misma. En el caso del ensayo CBR, existen ciertos procedimientos que

particularmente pueden ser fuentes de error; adicionalmente hay que considerar las

limitaciones que se presentaron durante el desarrollo de la prctica de acuerdo a los equipos

y materiales disponibles. A continuacin se mencionan las posibles fuentes de error:

1. La muestra pudo haber sufrido modificaciones a la hora de ser extrada. Esto se debe a que el personal disponible para realizar la excavacin (grupo de clase) no tena suficiente experiencia en el tema y durante la exploracin la muestra pudo haber sido alterada.

2. El ensayo se realiz sobre una sola muestra de suelo, la cual puede contener particularidades como material extrao (trozos de ladrillo o gravas por ejemplo) de modo que los resultados de resistencia obtenidos pueden no ser los ms objetivos del terreno a evaluar.

3. La prensa CBR disponible en el laboratorio es un equipo mecnico manual de modo que su exactitud depende de la manipulacin del operario. Adems, la norma establece que el ensayo debe realizarse bajo una velocidad de penetracin establecida (1.27mm/min) y la prensa que se empleo tena un mecanismo manivela de modo que no se controlaba con exactitud este requerimiento. Es este sentido, los resultados estn limitados a una incertidumbre por causa de errores humanos.

4. La comparacin de los resultados de resistencia obtenidos por el ensayo CBR y por el ensayo de Penetracin Dinmica con Cono pueden no ser compatibles. Esto se debe a que los resultados del segundo ensayo no son exactamente del mismo terreno del cual

Regular

Bueno

Regular

Bueno

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 10 20 30 40 50 60 70

Pro

fun

did

ad A

cum

ula

da

IPDC

19

se extrajo la muestra empleada para el ensayo CBR, adems que las condiciones de humedad y peso unitario de ambas muestras fueron diferentes.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo con los resultados del ensayo CBR ( = 8,1%, = 23,09% =1,65 3 ) se puede decir que la muestra de suelo evaluada tiene una resistencia Buena de acuerdo con la clasificacin de la Tabla 1. En este sentido, su desempeo como capa de sub-rasante podra considerarse como una opcin si no se tienen materiales con mejor desempeo. Se puede decir tambin, que los resultados concuerdan con alguna informacin consultada en la literatura, en la que para una arcilla o limo de baja plasticidad (ML y CL) los resultados de CBR esperados oscilan entre 5% y 15%. Lo cual concuerda con la caracterizacin realizada en campo. (Civilgeeks, 2011)

Segn los resultados del ensayo de Penetracin Dinmica con Cono, para una profundidad igual a la profundidad de extraccin de la muestra para el ensayo CBR (40 aproximadamente) el IPDC corresponde a 43, lo que de acuerdo a la clasificacin de la Tabla 1indica una resistencia Buena del suelo para ser utilizado como capa de sub-rasante.

Se puede observar que a pesar de las diferencias en las muestra de suelo empleadas para los 2 ensayos en trminos de humedad y peso unitario, ambos ensayos arrojan los mismos resultados de resistencia del suelo.

Se recomienda a entes que requieran hacer este ensayo para proyectos viales reales que se practique este proceso sobre al menos dos diferentes muestras de suelo y en diferentes pocas del ao ya que como se mencion a lo largo del informe, tanto las condiciones de humedad como la presencia de cuerpos extraos en la muestran generan sesgo en el resultado final; y tener un rango de datos permite identificar con cierta facilidad resultados anmalos y decidir sobre su descarte, todo en pro de hacer un diseo del proyecto que se acomode a las condiciones del terreno adecuadamente.

8. BIBLIOGRAFA Civilgeeks. (30 de noviembre de 2011). Civilgeeks. Obtenido de Civilgeeks:

http://civilgeeks.com/2011/11/30/valores-referenciales-sobre-diferentes-

propiedades-de-los-suelos/

INVIAS. (2013). INV E 148-13. Bogot, Bogot D.C., Colombia.

INVIAS. (2013). INV E 172-13. Bogot, Bogot D.C., Colombia.

Jurez, E., & Rico, A. (2007). Mecnica de Suelos Tomo ll. En E. Jurez, & A. Rico, Mecnica de

Suelos Tomo ll (pgs. 576-584). Ciudad de Mxico: Limusa.

Snchez, F. (s.f.). Curso de Laboratorio de Pavimentos. En Curso de Laboratorio de Pavimentos

(pgs. 40-42). Universidad del Cauca.

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