INSTITUTO TECNOLGICO DE COSTA RICA

ESCUELA DE INGENIERA EN CONSTRUCCIN

LABORATORIO DE MECNICA DE SUELOS CO3304- GRUPO 2

INFORME 4

PREPARACIN DE MUESTRAS E NDICE DE SOPORTE DE CALIFORNIA

CBR

VERNICA ORTIZ TENCIO

201017250

PROFESOR: Dr. RAFAEL BALTODANO G.

MAYO 2, 2012

I SEMESTRE

MeliNota adhesivaNOTA: 75

Resumen: 6/10Introduccin: 5/5Marco Conceptual: 10/10Objetivos: 5/5Mtodos y materiales: 8/15Resultados: 8/15Anlisis de resultados: 18/20 Conclusiones: 10/15Bibliografa: 5/5

1. RESUMEN

El presente informe alude a los procedimientos resultados y anlisis del

ensayo de ensayo de preparacin de muestra y los resultados de la pruebas de

laboratorio sobre Ensayo de ndice de Soporte California Bearing Ratio (CBR)

para llevar a cabo dicho proceso.

Despus de llevar a cabo la preparacin de muestras por el mtodo de

cuarteo y obtener muestras de suelo grueso y fino con pesos de 2550 kg y

4950 kg respectivamente se llevo a cabo la realizacin de 3 puntos en lo que

se realiz la compactacin con diferentes energas pero mismo contendido de

agua, el agua agregada fue de 629,4cc y la aplicacin de energa por molde

fue; para un molde 65 golpes, otro con 30 y un ltimo molde con 10 golpes,

cada uno con 5 capas. Estos se dejaron sumergidos en agua durante 5 das

para saturar la muestra y luego fallarla calculando as la deformacin que

tendra y aplicar una relacin de penetracin vs esfuerzo.

El valor del CBR se calcul para las penetraciones de 0,1 y 0,2 pulgadas

determinando as los valores en los que el CBR indicaba para el suelo,

generando segn informacin adjunta en tabla 2 que el suelo era pobre o

regular y poda usarse en sub-rasantes o sub-bases

Todos los ensayos se llevaron a cabo reguladas por las normas la

American Society for Testing Materials (ASTM).

MeliNota adhesivaFalta considerar los resultados obtenidos.

2. INTRODUCCIN

La necesidad del ser humano de transportarse siempre ha estado

presente y con ello la necesidad de crear rutas que faciliten su desplazamiento,

es por ello que con el paso del tiempo las vas de comunicacin terrestres han

venido a solventar esta necesidad facilitando al hombre su transporte,

hacindolo ms rpida y eficaz. De manera significativa se busca la eficiencia

de estas rutas tanto en su buen rendimiento y vida til como en su economa y

en comodidad para quienes las usen.

El comportamiento de los materiales soportantes de cargas no siempre

es el mismo para todos los casos, en estos influyen distintos factores as como

presencia de agentes externos. Para llevar a cabo la construccin de carreteras

es necesario que el suelo soporte tanto las cargas de los materiales que la

componen como las cargas de cualquier vehculo que pase por este, es

necesario que el suelo este compactado de la mejor manera y sea capaz de

soportar esfuerzos cortantes.

El ensayo CBR (Relacin de Soporte California) mide la resistencia al

cortante de un suelo cuando las condiciones de humedad y densidad estn

controladas, este ensayo pretende generar una relacin de soporte. Su uso

radica en el uso de pavimento y la elaboracin de vas terrestres en especial

carreteras .

Para obtener resultados consistentes hay que tomar ciertas

consideraciones; una de ellas aplicar los procedimientos segn normas

estandarizadas para realizar el ensayo, existen diferentes normas propuestas

por instituciones que con informacin calificada y aos de prueba nos brindan

una gua para llevar cada prueba a practica, en este informe se presentan los

resultados basndose a las normas de la American Society for Testing

Materials (ASTM). 1

1 Tomado de : Informe 1_Laboratorio de suelos (Ortiz, V)

MeliNota adhesivaCuidado con la extensin.

3. MARCO CONCEPTUAL

El ensayo de relacin de soporte de California (CBR, por sus siglas en

ingls) fue desarrollado por la Divisin de Transporte de California

(CALTRANS) como una forma de clasificar la capacidad de un suelo para ser

utilizado como material de sub-rasante, base o sub-base en la construccin de

carreteras. En el ensayo CBR se mide la resistencia al corte de un suelo bajo

condiciones de humedad y densidad controladas. Asimismo es de gran

importancia acotar que el resultado obtenido con la realizacin del ensayo no

es constante para la totalidad del suelo estudiado, sino que se aplica nica y

exclusivamente a las condiciones de humedad y densidad con las que se

realiz la prueba. (Bowles. J, 1980)

Usualmente, el suelo es compactado con el contenido de humedad

ptimo (Wopt), determinado mediante las pruebas Proctor estndar, efectuadas

anteriormente (normadas por las normas ASTM D-698 y D-1557,

respectivamente).

El valor de CBR, se obtiene como la relacin de la carga unitaria

necesaria para lograr una cierta profundidad de penetracin del pistn de

penetracin, dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de

humedad y densidad dadas, con respecto a la carga unitaria patrn requerida

para obtener la misma profundidad de penetracin en una muestra estndar de

material triturado; esto segn Bowles (1980). De esta forma el ndice de

soporte de California se calcula:

CBR= (Ecuacin 1)

Los valores de carga unitaria patrn que deberan de utilizarse para obtener el

CBR se muestran el cuadro siguiente:

Tabla 1: Valores de carga unitaria patrn, de acuerdo a la penetracin

Penetracin (pulg) Carga unitaria patrn (kg/cm^2)

0,10 70,36

0,20 105,03

0,30 132,56

0,39 163,15

0,50 183,55

Fuente: Bowles. J, 1980

De acuerdo con Bowles (1980), generalmente se compactan dos moldes

de suelo, uno para realizar la penetracin de inmediato y otro que se deja

saturar por un perodo de 96 horas con una sobrecarga igual al peso del

pavimento que se utilizar en el campo (en ningn caso menor a 4,5 kg).

Durante el tiempo de saturacin, se realizan mediciones de la expansin

del suelo compactado en instantes escogidos arbitrariamente y al finalizar el

perodo se realiza la penetracin en la condicin de saturacin completa.

Segn Bowles (1980), el ensayo sobre la muestra saturada se realiza con el

propsito de dar informacin acerca de la expansin y la prdida de resistencia

esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando este se encuentra

saturado. Como se menciona anteriormente, el valor de CBR es utilizado para

relacionar el comportamiento de los suelos con fines de su utilizacin como

material de sub-rasante, base y sub-base bajo pavimentos y aeropistas. En el

siguiente cuadro se muestran clasificaciones tpicas:

Tabla 2. Clasificaciones tpicas de los suelos de acuerdo al valor de CBR

No. CBR Clasificacin General Usos (SUCS)

0-3 Muy pobre Sub-rasante OH, CH, MH, OL

3-7 Pobre o regular Sub-rasante OH, CH, MH, OL

7-20 Regular Sub-base OL, CL, ML, SC, SM, SP

20-50 Bueno Base, sub-base GM, GC, SW, SM, SP,GP

>50 Excelente Base GW, GM

Fuente: Bowles. J, 1980

4. OBJETIVOS

4.1 Objetivo General:

-Determinar el ndice de soporte de california CBR de la muestra de

suelo en estudio.

4.2 Objetivos Especficos:

-Determinar los valores de ndice de soporte para 3 muestras del mismo

suelo, compactadas con diferentes energas de compactacin.

-Determinar el uso del suelo a partir del ndice de soporte de California.

-Realizar graficar de esfuerzo vrs penetracin de la muestra del suelo en

estudio.

5. MTODOS Y MATERIALES

Las normas ASTM D698, D1557 y D1883 muestran los materiales y el

procedimiento para el ensayo.

Preparacin de muestras y ensayo de CBR en el laboratorio

Preparacin de muestras

Materiales: Losa de plstico, pala, carretillos, cucharones, mallas N 2,

3/4, 3/8, bandejas, carretillos, escobillas, balanza.

Procedimiento: Cuarteo: Se toma el suelo y se hace pasar por la malla

de 4, la muestra retenida en esta malla se pasa por la N2 y la que pasa se

traslada a la de 3/4 y lo queda retenido se desecha, posteriormente se

almacena lo que pasa la malla de 3/4 y queda retenido en la de 4, hasta

obtener un alrededor de 75 kg entre el material grueso y fino.

MeliNota adhesivaMateriales en formato de tabla adecuada.

Compactacin por Proctor modificado

Materiales: Moldes, bandejas, balanza, horno, mazo Proctor, cuchillo,

enrazador, filtro de papel y de metal, pistn de penetracin, pesas, disco

espaciador, extensmetro.

Procedimiento: Para llevar a cabo el ensayo fueron necesarias 3 bolsas

de material grueso de 4950 g y 3 bolsas de material fino 2550 g, estos se

mezclaron, se agrega la cantidad de agua para alcanzar la humedad optima

(obtenida en el ensayo de compactacin del suelo con Proctor 2). Una pequea

parte de esta mezcla se separa del total para determinar su humedad y

despus se procede a realizar a compactacin en los moldes, colocando en

estas 5 capas y aplicando en estas diferentes energas de compactacin (1

molde con 56 golpes otro con 25 golpes y un ltimo molde con 10 golpes por

capa). Se lleva el control de los pesos de las muestras compactadas y sin

compactar as como de los respectivos moldes. Luego se sumerge la muestra

del suelo en agua con el pistn y las pesas; y as determinar el hinchamiento

de las muestras posterior a los 4 das aproximados de estar sumergidas las

muestras.

6. RESULTADOS 3

Preparacin de muestras (Preparadas con anterioridad y expuestas en el

informe 3.)

-Total de finos: 67 kg; 10 muestras 4950g c/u

-Total de gruesos: 34,5 kg; 10 muestras 2550 g c/u

-Muestra total: 75,000 kg (Ver tabla 4, 5 y 6)

Compactacin CBR

-Por punto: 1 bolsa de finos, 1 bolsa de gruesos

-Wopt: 12, 38% (Obtenida en ensayo de compactacin Proctor, Informe 3)

2 Ver informe 3. Informe 3_Compactacion de suelos (Proctor)

3 Los datos en tablas y grficos se encuentran en el apndice del presente informe.

Con Wopt y los pesos de los suelos finos y gruesos se obtuvo la

cantidad de agua a agregar a cada punto para la aplicacin de energa de la

siguiente manera

7500*12,38% = 928,5

- Factor de correccin por humedad presente en el suelo empacado

Grueso: 2,80%* (2550) = 71,4

Fino: 4,60% * (4050) = 227,7

299,1

- Cantidad de agua agregada a cada punto

928,5 - 299,1 = 629,4cc

Una vez preparado el suelo con la respectiva cantidad de agua se lleva a

cabo la preparacin en los moldes y la aplicacin de energa segn lo

especificado en la norma, se procede a sumergirlos durante 5 das en agua

para as realizar una penetracin con un esfuerzo unitario y determinar el ndice

de soporte (CBR). Vase tabla 8, 9 y 10

Para la determinacin de la humedad se tomo una muestra aproximada

a 1 Kg de cada punto y se llevo al horno durante 24 horas. Vase tabla 6

Datos de molde: Volumen 2314 cm^3, dimetro de rea de contacto

4,965 cm.

Grafico1. Resistencia vs Penetracin

Fuente: Tabla 9

Tabla 3. Valores del ndice de soporte de California CBR de la muestra de

suelo en estudio, para una penetracin de 0,1 y 0,2

Molde

0,1 (pulg) 0,2 (pulg)

Obtenido

(Kg/cm^2)

Patrn

(Kg/cm^2)

Valor

CBR

Obtenido

(Kg/cm^2)

Patrn

(Kg/cm^2)

Valor

CBR

5 7,57 70,36 10,76 16,1 105,03 15,33

6 3,23 70,36 4,59 7,11 105,03 6,77

20 3,23 70,36 4,59 7,57 105,03 7,21

Fuente: Tabla 1 y 9

MeliNota adhesivaFormato de tabla incorrecto.

7. ANLISIS DE RESULTADOS

La preparacin de la muestra para llevar a cabo el ensayo CBR fue

necesaria para obtener una muestra representativa del total del suelo y as

poder preparar para cada punto de la compactacin muestras de pesos

semejantes y uniformes.

El porcentaje de humedad ptimo obtenido en el ensayo de

compactacin Proctor fue de 12, 38% este multiplicado por el total de la mezcla

por punto sera el agua a agregar, sin embargo se debe tomar en cuenta que el

suelo almacenado guardaba cierta humedad por lo que fue necesario aplicar un

factor de correccin, tal y como lo muestran los resultados, para as evitar tener

exceso de humedad en la muestra y estar cercanos al ptimo, se us esta para

qu as el peso especifico se acercara al mximo. Sin embargo la humedad

para los tres casos son distintas uno cercano al ptimo uno inferior a este y otro

superior, por lo que el clculo no puede ser preciso ya que no se sabe la

humedad del suelo empacado con posterioridad.

El grfico 1 muestra como a mayor aplicacin de energa en golpes la

resistencia es mayor es decir puede soportar mas carga, a mayor penetracin

el esfuerzo aumenta, es aqu donde radica la necesidad de la compactacin

para el soporte de cargas. Tericamente al suelo que se le aplic mas energa

debe estar en capacidad de resistir mas carga que uno que se le haya aplicado

menos energa, sin embargo como lo denota el grfico entre el suelo que se le

aplicaron 30 y 10 golpes sucede lo contrario, esto se pudo deber a una mala

compactacin en uno o ambos moldes alterando la resistencia de estos as

como la influencia del agua al estar sumergida durante 5 das.

Lo que respecta al CBR para una penetracin de 0,1 y 0,2 pulgadas, al

punto que se le aplic mayor energa posee un valor mayor, esto implica que

conforme aumenta el grado de compactacin a una humedad ptima aumenta

el CBR, para la penetracin de 0,1 pulgadas los valores varan entre 4,59 y 10,

76 mientras que para la penetracin de 0,2 pulgadas 6,77 y 15,33, segn la

tabla 2 este suelo se podra calificar como pobre o regular y sus usos

radicaran como sub-rasante o sub-base en trminos generales.

Las fuentes de error presentes deben ser consideradas, hay que tomar

en cuenta posibles fuentes de error como la incertidumbre y calibracin de los

instrumentos, la aplicacin de golpes en la compactacin y dificultades

humanas como la buena practica en la toma de pesos.

8. CONCLUSIONES

-Con forme aumenta la compactacin, aumenta el esfuerzo para

penetrar el suelo

-El ndice de soporte de California, no depende solamente del tipo de

suelo, sino tambin depende de la humedad y el grado de compactacin del

suelo.

-El ndice de soporte varia entre 4,59 y 15,33 por lo que indica que el

suelo es pobre o regular.

-El suelo segn el ndice de CBR indica que puede utilizarse como sub-

rasante y/o sub-base

9. BIBLIOGRAFIA

American Society for Testing Materials. Standard test method for Laboratory

Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12,400 ft-

lbf/ft3(600 kN-m/m3). ASTM C 698-00

American Society for Testing Materials. Standard test method for Laboratory

Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft3

(2,700 kN-m/m3)). ASTM D 1557-98

American Society for Testing Materials. Standard test method for CBR

(California Bearing Ratio) of Laboratory-Compacted Soils. ASTM D 1883-

99

Berry, P., & Reid, D. (1993). Mecnica de Suelos. (B. Caicedo, Trad.) Bogot,

Colombia: EDITORIAL McGRAW-HILL LATINOAMRICA, S.A.

Bowles, J. (1980). Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniera Civil. (A.

Arrieta, Trad). Editorial: Editorial McGraw-Hill Latinoamrica, S.A.

Braja, D. (2001). Fundamentos de Ingeniera Geotcnica Mxico: International

Thomson editores.

Braja, D. (2001). Principio de Ingeniera de Cimentaciones (cuarta ed.) Mexico:

International Thomson editores.

Jures Badillo, E., & Rico Rodrguez, A. (2005). Mecnica de suelos I:

Fundamentos de la Mecnica de Suelos. D.F., Mxico: EDITORIAL

LIMUSA, S.

Sowers, G. B. & Sowers, G. F. (1986). Introduccin a la mecnica de suelos y

cimentaciones (Vols. 1era edicin, 5ta reimpresin). Mxico D. F.

Editorial: LIMUSA, S.A.

APENDICES

Tabla 4. Material grueso del total de la muestra.

Descripcin kg %

Material pasando 2" y retenido en 3/4 " 8,75 8,63

Material pasando 3/4 " y retenido en malla #4 25,75 25,37

Sumatoria 34,5 34

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)

Tabla 5. Material fino del total de la muestra

Descripcin kg %

Material pasando #4 67 66

Sumatoria 67 66

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)

Tabla 6. Material por punto

Material % del total de la muestra

Peso por punto (kg)

Total de puntos

Muestra total a preparar(kg)

Gruesos 34 2,550 10 25,500

Finos 66 4,950 10 49,500

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)

Tabla 7. Deterrminacin de % de humedad

Muestra # Ban W.ban Wt+W.ban Ws+W.ban Wt Ws % w

1 19 110,65 882,9 783,45 772,25 672,8 12,88

2 8 111,53 1043,9 951 932,37 839,47 9,96

3 23 133,71 1079 918,9 945,29 785,19 16,94

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)

Tabla 8. Esfuerzo unitario por penetracin

Molde 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,400

20 5 12 21 30 49 67 82 98 129

6 2 5 8 11 18 28 40 51 78

5 3 5 8 11 19 30 41 56 85

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)

Tabla 9. Hinchamiento de la muestra

Molde Hora/Da 8:34am/ V 1:30 pm/V 9:42 am/L

Li 2 D 2 D 4 D

5 50 50 51 51

6 50 50 51 51

20 50 51 51 52

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)

Tabla 10 .Resistencia vs penetracin

Molde 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,400 0,500

5 1,86 3,46 5,51 7,57 11,90 16,01 19,43 23,08 30,15 36,54

6 1,18 1,86 2,55 3,23 4,83 7,11 9,85 12,36 18,52 24,68

20 1,41 1,86 2,55 3,23 5,06 7,57 10,08 13,50 20,12 27,42

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodrguez N, Ortiz V, Villalobos B)