pdc y cbr.desbloqueado

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS RESULTADOS DEL CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) OBTENIDOS EN LABORATORIO Y CON UN PENETRÓMETRO

DINÁMICO.

Trabajo Especial de Grado presentado para optar al título de Ingeniero Civil

PRESENTADO POR: Br. BESKID ACOSTA, JAN MICHAEL

C.I.: 13.878.450Br. MARTÍNEZ LLANOS, RICARDO

C.I.: 14.889.478

Maracaibo, Abril de 2004.

ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS RESULTADOS DEL CALIFORNIA BEARING

RATIO (CBR) OBTENIDOS EN LABORATORIO Y CON UN PENETRÓMETRO

DINÁMICO.

DEDICATORIA

En memoria de mi Padre por

darme fuerza para seguir adelante

en todo los dificultades de mi camino,

a mi familia por siempre confiar en

mí.

Jan Beskid

DEDICATORIA

A mi padre por transmitirme todos sus conocimientos

A mi madre por apoyarme siempre y creer

en mi incondicionalmente

A todos los que son parte de mi

"I am as bad as the worst, but, thank God, I am as good as the best."

- Walt Whitman

Ricardo Martínez Llanos

AGRADECIMIENTOS

Queremos agradecer a todos aquellos que permitieron la realización de dicho

trabajo, en especial al Ing. José María Cruz Cerrato (y todos en el Laboratorio LEM),

quien permitió la realización de este estudio en su laboratorio . También al Ing. Manuel

Germán Yélamo, Ing. Alí Barrientos (SAMEZ), Ing. Herbert Lynch, Ing. Jesús

Urdaneta, Arq. Víctor Henríquez (H&M ingenieros). Y a Henry Castillo y Rubén

Franco.

ÍNDICE GENERAL

Pagina:

RESUMEN…………..……………………………………………………………………....VI.

INTRODUCCIÓN …..………………………………………………………………..…...…1

1- EL PROBLEMA ………………………………………………………………............…3

1.1- PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…….................3

1.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN……………………………….……..3

1.2.1.- Objetivo General..……………………………………………….…..4

1.2.2.- Objetivos Específicos..………………………………………….…..4

1.3.- JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN……....…..4

1.4- DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN …………………………....…….6

2- MARCO TEÓRICO .................................................................................................7

2.1- Antecedentes..............................................................................................7

2.2- Reseña histórica. .......................................................................................7

2.3- Fundamentación teórica. ..........................................................................12

2.3.1- Suelo…………………………………………………………….…….12

2.3.2- Contenido de humedad del suelo. …………………………….…..13

2.3.2.1- Método de secado al horno………………………..…..…13

2.3.3- Análisis Granulométrico. ……………………………………..…..…14

2.3.4- Límites de Atterberg. …………………………………….….…..…..14

2.3.4.1- Límite Líquido……………………………………...…….…15

2.3.4.2- Límite Plástico………………………………………......…15

2.3.4.3- Índice de Plasticidad……………………………….……...16

2.3.5- Clasificación de los suelos…………………………………….….…16

2.3.5.1- Sistema Unificado de Clasificación de los Suelos……....16

2.3.5.2- Sistema de Clasificación de la AASHTO……….……..….17

2.3.6- Compactación……………………………………………..…...….…..17

2.3.6.1- Estructura de los suelos compactados……..……...….….18

2.3.7- Resistencia al corte de un suelo………………..………….……..…19

2.3.8- CBR……………………………………………………..….…………..20

2.3.8.1- Procedimiento CBR……………………….…...…..………23

2.3.8.2- Arena sin cohesión y grava………….………..…..……….25

2.3.8.3- Suelo sin cohesión…………………….……….…...………25

2.3.8.4- Suelo expansivo……………………….……….……...……25

2.3.8.5- CBR in-situ…………………...……….……….…….…..…..26

2.3.9- Ensayos de penetración cónica……………….…………….…..…..27

2.3.9.1- Penetrómetro dinámico …………….……………..………27

2.3.10- Método estadístico………………………..………..………..29

3- MARCO METODOLÓGICO…………………………………………….………..………31

3.1- Tipo de Investigación………………………………………………...…………31

3.2- Diseño de la investigación……………………………………………..………31

3.3- Población y Muestra………………………..…………………………..………31

3.3.1- Población…………………………………...…………………..……...31

3.3.2- Muestra …………………………………………...…………..……….32

3.4- Técnicas e instrumentos de recolección de datos…………………….…… 32

3.5- Metodología de los ensayos…………………………………………….……..32

3.5.2- Selección de los sitios muestreo……………………………….……32

3.5.3- Metodología de campo para la extracción de muestras………….33

3.5.4- Metodología en el campo en la realización del ensayo de

Penetración Cónica Dinámica……………………………………………….……...34

3.5.5- Procedimiento de Laboratorio……………………………….………35

3.6- Penetrómetro Cónico Dinámico (PCD) construido para

esta investigación…………………………………………………………………….35

3.7- Correlación de las variables……………………………………………………36

4- ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS…………………………..37

4.1- Ensayo de CBR en laboratorio………………………………………………...37

4.2- Ensayo del PCD……………………………………..………………………….37

4.3- Correlación de los datos obtenidos por el PCD y por

el ensayo de CBR en el laboratorio………………………………………………...38

CONCLUSIONES……………………………………………………………...…………….59

RECOMENDACIONES…………………………………………………………….………..60

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………….62

ANEXOS………………………………………………………………………………………63

Beskid Acosta, Jan Michael; Martínez Llanos, Ricardo. “Estudio comparativo de los resultados del California Bearing Ratio (CBR) obtenidos en laboratorio y con un Penetrómetro Dinámico.” Escuela de Ingeniería Civil. Trabajo Especial de Grado. Mayo de 2004.

RESUMEN

A continuación se presenta un estudio comparativo de los resultados obtenidos en

ensayos de CBR en laboratorio y ensayos de Penetración Cónica Dinámica. Para la

realización de la investigación se construyó un Penetrómetro Dinámico con un cono

de 33 mm de diámetro, y una masa de golpeo de 8 kg que cae desde una altura de

400 mm. El aparato está apoyado sobre un trípode que descansa sobre un disco de

acero de 500 mm de diámetro. Se realizaron 20 ensayos en cuatro obras en la ciudad

de Maracaibo. A cada muestra se le realizó el ensayo de penetración, y de cada sitio

se extrajo una muestra imperturbada con la que se determinó el valor CBR en el

laboratorio. Luego se correlacionó cada curva de penetración con el valor CBR y con

el método de regresión lineal, se estableció una ecuación para poder estimar el CBR

con los datos obtenidos del PCD. El método resultó ser adecuado para tomar muchos

datos de capacidad portante en terrenos con valores CBR no muy elevados, en cortos

períodos de tiempo. La correlación tiene un margen de error todavía elevado, por lo

que se deberán realizar más ensayos que permitan establecer una correlación más

exacta entre las variables, con un menor margen de error.

1

Estud i o Comparativo de los resultados del CBR obtenidos en laborat o rio y c on un PCD

INTRODUCCIÓN

Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil, edificios, puentes,

carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la

superficie de la tierra o dentro de ella. Para que una estructura se comporte

satisfactoriamente debe poseer una cimentación adecuada.

Los terraplenes en los que se requieren construir las obras viales, transmiten

esfuerzos al terreno natural bajo ellas; esos esfuerzos a su vez, producen

deformaciones que se reflejan en el comportamiento estructural de dichos terraplenes.

Es por esto que al proyectar una obra vial es necesario conocer las condiciones del

suelo en el cual se pretende cimentar, principalmente la capacidad portante de dicho

suelo. Pero conocer las condiciones del terreno de fundación de la obra vial puede

resultar una tarea costosa y difícil en terrenos cuyas características varíen

constantemente.

El California Bearing Ratio (CBR) o Relación Soporte de California consiste en

establecer una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y su

capacidad soporte como base de sustentación para pavimentos flexibles. Este método

fue creado en el año 1929 los Ingenieros T.E. Stanton y O.J. Porter del Estado de

California, quienes establecieron dicha relación tomando como patrón la resistencia

que ofrece la piedra picada de California a la cual se le asignó un valor soporte del

100%. Desde su creación el método se generalizó tanto en Europa como en América

y es hoy en día uno de los más usados para diseñar pavimentos flexibles. Con este

método se establece en el laboratorio la capacidad soporte que tiene el suelo con

distintas condiciones de humedad, representándose en el laboratorio las

características del material en campo.

El Penetrómetro Cónico Dinámico (PCD) es un instrumento diseñado para

medir in-situ las propiedades de las capas del suelo, de una manera no destructiva,

rápida y económica. De esta forma se puede advertir la resistencia y capacidad de

soporte de un suelo.

2

Estud i o Comparativo de los resultados del CBR obtenidos en laborat o rio y c on un PCD

El instrumento PCD mide la penetración por golpe en un suelo a través de la

totalidad de sus capas bajo carga constante. Esta penetración es función de la

resistencia de corte in-situ.

El perfil de penetración obtenido, no sólo da una indicación de las propiedades

de los materiales sino que por medio de correlaciones, también puede permitir estimar

el valor CBR en campo.

A continuación se presenta un estudio comparativo con el cual se relacionarán

datos obtenidos del ensayo CBR y del ensayo de Penetración Cónica Dinámica. Se

realizará un cruce de estos datos para así, por medio del método de regresión lineal,

establecer una correlación que permita estimar los valores de CBR con el uso del

Penetrómetro Cónico Dinámico (PCD).

Dentro de las bondades que presenta el conocer el CBR de un terreno

mediante el uso de un PCD, se puede mencionar tanto la rapidez de la auscultación

como el mejor conocimiento de las capas del suelo y su capacidad estructural, con lo

cual se puede realizar un seguimiento del comportamiento estructural e influencia de

las solicitaciones, y de esta manera no sólo se puede evaluar el comportamiento del

suelo existente sino además identificar tramos homogéneos con características

similares. Igualmente, se puede realizar un gran número de sondeos en poco tiempo,

lo que convierte el Penetrómetro Cónico Dinámico en un aparato muy útil al momento

de realizar evaluaciones preliminares en un gran número de puntos.

C A P Í T U L O I

EL PROBLEMA

3

CAPITU L O I. El Problema

1- EL PROBLEMA

1.1- PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

Los suelos son el lugar de apoyo de toda obra civil, por lo que deben ser

capaces de soportar convenientemente las cargas transmitidas por las estructuras y

responder con un comportamiento apropiado.

La naturaleza presenta diversos tipos de suelos, no todos aptos para la

construcción, se debe tener mucho cuidado al seleccionar el sitio donde se va a

realizar un proyecto para asegurar que un suelo pueda soportar las cargas

provenientes de la estructura. Al seleccionar un terreno se deben considerar algunas

variables que pueden influir en el tiempo de ejecución de una obra como lo son: la

hidrológica de la zona, la topografía de sitio, la capacidad de soporte del suelo, etc.

La capacidad soporte del suelo es un indicador base para la realización o no de

una obra. La obtención de este valor en campo es muy rápido pero no siempre es

confiable. Una manera evidente de obtener una idea de la consistencia del terreno es

golpear una barra y medir lo que penetra en el terreno, en función del número de

golpes y de la energía de dicho golpe. Este método es llamado penetrómetro, se ha

empleado desde épocas remotas y, en algunos casos, sus resultados son definitivos;

por ejemplo, cuando se trata de averiguar la profundidad a la que se encuentra el

estrato muy resistente (grava, rocas) por debajo de suelo blando.

Este sistema o procedimiento puede extrapolarse y ser implementado en la

determinación de capacidad soporte para otros tipos de cargas, como por ejemplo

cargas móviles. Para este caso se emplea tradicionalmente el ensayo Próctor para la

determinación de la máxima densidad que un material puede proporcionar bajo una

energía de compactación y una humedad denominada óptima y el ensayo CBR que es

la resistencia que ofrece una carga constante y uniformemente incrementada.

1.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.

4


1.2.1.- Objetivo General.

Estudio comparativo de los resultados del California Bearing Ratio (CBR) obtenidos en

laboratorio y con un Penetrómetro Cónico Dinámico.

1.2.2.- Objetivos Específicos.

9 Construir un penetrómetro dinámico portátil con penetración máxima de 50 cm

que permita estimar valores de CBR.

9 Determinar el CBR en laboratorio para relacionarlo con el Ensayo de

Penetración Cónica Dinámica en campo.

9 Implementar una metodología para la realización de los ensayos de

Penetración Dinámica y extracción de muestras para realizar el ensayo de CBR en

laboratorio.

1.3.- JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN.

El conocer la compactación de un determinado terreno y su capacidad soporte

ha sido, desde un principio, una de las principales actividades de la ingeniería civil. El

propósito de realizar un estudio general de las condiciones de un terreno es, ante

todo, el de recolectar información lo más fidedigna posible de las condiciones del

subsuelo en el menor tiempo, costo y esfuerzo posible.

Según Terzaghi y Peck (Soil Mechanics in Engineering Practice, 1967), hasta

hace algunas décadas, los estudios de suelo eran generalmente inadecuados, debido

a que los métodos racionales de ensayo de suelos no habían sido aún desarrollados.

Por otro lado, hoy en día la cantidad de ensayos de suelo, y el refinamiento de las

técnicas para realizar dichos ensayos son muchas veces exagerados, al tomar en

cuenta el valor práctico de los resultados. A fin de evitar ambos extremos, es

necesario adaptar el programa exploratorio de las condiciones del suelo al tamaño del

trabajo a realizar.

5


La utilización del valor del CBR (California Bearing Ratio) constituye una

importante herramienta cuando se desean obtener datos que muestren cuál es la

capacidad portante de un suelo que será destinado a una obra vial. Este parámetro

puede ser calculado in-situ o en el laboratorio, sin embargo, el cálculo del CBR in-situ

presenta una serie de dificultades, debidas en parte a su alto costo, tiempo de

respuesta, etc.

El cono de Penetración Dinámica es un aparato portátil y barato, consistiendo

simplemente en una lanza con una punta cónica que bajo la acción de una masa de

peso conocido, cae libremente de una altura prefijada y se va hundiendo a través de

las capas. El aparato puede ser usado para realizar pruebas a suelos in-situ,

pavimentos de pequeño espesor, etc. Del mismo modo, este aparato presenta

repetitividad de los resultados, es un ensayo cuasi no destructivo y posee una variada

aplicabilidad.

En Venezuela se utiliza el método del CBR como norma para obtener valores

que reflejen la capacidad portante de un suelo. En este método, utilizado en el

laboratorio, se establece una relación entre la resistencia de penetración del suelo y

su capacidad soporte como base de sustentación, teniendo como patrón la resistencia

que ofrece la piedra picada de California, a la que se le ha asignado un máximo valor

soporte igual a 100%, sin embargo cuando se desea obtenerlo en el campo, bien sea

para la subrasante en condiciones de diseño, en bases o para condiciones de

rehabilitación, se realiza una penetración in-situ. Para esto se requiere utilizar para la

realización del ensayo un equipo tal que ejerza reacción a la penetración, para lo cual

se suele emplear un equipo pesado que por facilidad de desplazamiento, se reduce a

un camión. Las limitaciones que presenta dicho método son los problemas

operacionales y de interpretación, así como su alto costo, además de lo difícil que

resulta encontrar estos equipos en cualquier laboratorio de campo. Por otro lado, al

realizar ensayos CBR se toma un número de puntos que se consideran como

representativos de la condición de todo el terreno, lo cual crea cierta incertidumbre

acerca de la capacidad portante de un lugar específico del mismo. Es por esto que se

hace necesaria la utilización de distintas metodologías que permitan estimar los

6


valores de CBR con métodos más prácticos que el ensayo de CBR en laboratorio,

para así poder determinar dicho valor de manera rápida en un gran número de puntos.

Tomando en cuenta todo lo expuesto anteriormente, surge la necesidad de

realizar una investigación en la cual se correlacionen datos obtenidos en el ensayo de

CBR en laboratorio y datos provenientes de ensayos con un Penetrómetro Cónico

Dinámico que será construido para tal fin, para así poder conseguir valores de CBR

usando el aparato a ser construido. Todo esto pensando en el fácil manejo del

Penetrómetro y las aplicaciones que podría tener en ensayos rutinarios en vías

pavimentadas o sin pavimentar.

1.4- DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN.

Esta investigación se efectuó en la ciudad de Maracaibo, Estado Zulia.

En los sitios de construcción del Puente Ricardo Aguirre, ubicado en la Circunvalación

No.2; Distribuidor La Chinita, en la vía al aeropuerto; Metro de Maracaibo, en la Av.

Sabaneta; y en villas Dunas del Sol, en la circunvalación No.2; en el período

comprendido entre Septiembre de 2003 y Abril de 2004.

C A P Í T U L O I I

MARCO TEÓRICO

7

CAPITU L O II. M arco Te ó rico

2- MARCO TEÓRICO

2.1- Antecedentes

Mendoza, Rivero y Valladares, llevaron a cabo un trabajo especial de grado en

La Universidad del Zulia en 2001, “Correlación de los valores obtenidos del Cono

de Penetración Dinámica (CPD), y el Valor Soporte del Suelo California Bearing

Ratio (CBR)”. Una vez obtenidos los valores de CBR del laboratorio y las curvas de

CPD de cada una de las muestra, aplicaron el método estadístico de regresión lineal,

cuya ecuación determinó un r=-0,96 y R =93%, por lo que podría decirse que las

estimaciones muestrales de r cercanos a la unidad de magnitud implican una buena

correlación lineal entre X y Y. Con la ecuación obtenida de los resultados

experimentales del CPD se procedió a comparar con ecuaciones obtenidas de

ensayos de otros investigadores a fin de garantizar la aplicabilidad del método. Estos

resultados indicaron que el CPD es un instrumento que suministra información valiosa

para la vialidad, y que si permite determinar de una forma rápida, sencilla y económica

la Capacidad Portante del Suelo, lo cual constituye un aporte para el avance

tecnológico de la construcción y mantenimiento de las obras viales.

Calles y Urdaneta, realizaron el trabajo especial de grado en la Universidad

Rafael Urdaneta en 1990, “Estudios comparativos entre el Método CBR en sitio y

el Penetrómetro Dinámico”. En este estudio, realizaron distintos ensayos de CBR in-

situ y los compararon con los resultados del Penetrómetro Dinámico. Esto se comparó

con otros aparatos semejantes como la Barra Kunzel, y establecieron una manera de

estimar el valor CBR por medio de dicho Penetrómetro Dinámico.

2.2- Reseña histórica.

En el año 1929 los Ingenieros T.E. Stanton y O.J. Porter del Estado de

California, establecieron una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo

y su capacidad soporte como base de sustentación, tomando como patrón la

resistencia que ofrece la piedra picada de California a la cual se le asignó un valor

soporte del 100%.

8


Este método de CBR ha sido adoptado por el Cuerpo de Ingenieros de Estados

Unidos de América y por otros Organismo técnicos y viales, sufriendo algunas

modificaciones desde su aparición.

En épocas más recientes el U.S. Army Corps of Engineers ha desarrollado un

método de prueba que difiere del tradicional en los procedimientos de preparación del

espécimen. Se emplea un método dinámico de compactación de los especímenes

para lo que se usan las pruebas ASSHTO Estándar y Modificada y otra con energía

de compactación intermedia. Se trata de reproducir razonablemente las condiciones

de compactación logradas con el equipo de campo (método de CBR de 3 puntos).

Además del método de CBR de 3 puntos, el MOP E-126-1 propuso un método de

ensayo para determinar la Capacidad Soporte de Suelo finos con índice de grupo

igual o mayor de 6, el cual corresponde, al ensayo de CBR de 15 puntos; este método

proporciona amplia información pero presenta ciertas limitaciones, en cuanto al tiempo

que se realizar y la capacidad de muestra que se debe tomar.

El Cono de Penetración Dinámico DCP (Dynamic Cone Penetrometer) es un

instrumento diseñado para medir in-situ las propiedades de las capas del suelo, de

una manera no destructiva, rápida y económica. De esta forma se puede advertir la

resistencia y capacidad de soporte de un suelo.

Se han realizado diversos estudios con respecto a los penetrómetros

dinámicos, estos estudios pueden dividirse en tres categorías:

a) Investigaciones experimentales para desarrollar un entendimiento cualitativo

de la influencia de diversos factores, como la forma y tamaño del

penetrómetro, propiedades del suelo, etc. (Dunlap, 1972).

b) Estudios de laboratorio y de campo con el fin de desarrollar relaciones

empíricas para aplicaciones en la ingeniería (Young, 1969).

c) Y por último, estudios teórico-analíticos buscando modelar el

funcionamiento de la penetración dinámica (Yankelevsky, 1980; Murff,

1972).

9


En ensayos de penetración, la mayor recopilación de datos puede ser

encontrada en Young (1969), quien presentó ecuaciones de regresión para predecir la

profundidad de penetración que puede ser alcanzada por un proyectil en suelos de

propiedades conocidas, donde es más factible llevar a cabo los análisis de

penetración.

Con el pasar de los años, ha habido una tendencia mundial a pasar de métodos

empíricos en ensayos de suelos y diseños de pavimentos, a la utilización de

mediciones in-situ de las propiedades del material en cuestión. Esto ha significado un

incremento en el uso del CBR in-situ y el ensayo del Penetrómetro Cónico Dinámico.

El Penetrómetro Cónico Dinámico es actualmente usado por varias agencias en

el mundo para determinar valores de CBR de pavimentos existentes y sub-bases. En

Israel, su uso para investigaciones de campo de rutina tiene ya varios años, siguiendo

a un estudio correlativo entre valores del PCD y de CBR in-situ. Esta correlación, tanto

para suelos cohesivos como no cohesivos, es:

Log CBR = 2.20 – 0.71 (log PCD)1.5

± 0.075

donde el PCD es la relación entre la penetración (in o mm) y el número de golpes.

Scala (1956) desarrolló un Penetrómetro Cónico Dinámico y llevó un estudio

correlacionando los resultados obtenidos usando su PCD y ensayos de CBR in-situ. El

penetrómetro desarrollado por Scala tiene un ángulo en la punta de 30°, una sección

322 mm2

(en la parte de mayor espesor del cono) y un peso de 9.08 Kg, el cual cae

508 mm. Con este aparato se consiguieron valores que permiten estimar el CBR (o el

rango en el que este se encuentra) según el número de golpes que la masa de 9,08

Kg necesita para penetrar una determinada profundidad. La correlación es la

siguiente:

10


CBR in-situ calculado con el Penetrómetro de ScalaPenetración en milímetros CBR aproximadomenos de: 1 golpe 2 golpes 4 golpes 8 golpes5 50 + 50 + 50 + 50 +6 50 50 + 50 + 50 +

32 50 + 50 + 50 +10 22 50 50 + 50 +

18 39 50 + 50 +15 14 32 50 + 50 +

12 26 50 + 50 +20 10 22 50 50 +

9 20 45 50 +25 8 18 40 50 +

7 16 36 50 +30 6 14 32 50 +

6 13 29 50 +35 5 12 26 50 +

5 11 24 5040 4.5 10 22 50

4.5 10 21 4745 4 9 20 45

4 9 19 4350 3.5 8 18 40

3.5 8 17 3855 3.5 7 16 36

360 3

2.565 – 70 2.575 - 100 2100 - 160 1.5

Tabla No. 1. CBR calculado con el Penetrómetro de Scala

Luego, muchos autores han derivado correlaciones entre los resultados del

Penetrómetro y del ensayo CBR. El Centro de Investigaciones Viales (C.R.R.) de

Bélgica y el Departamento de Rutas del Transval de Sudáfrica, entre otros, han

desarrollado algunas correlaciones entre valores del PCD y el Valor Soporte Relativo

CBR, el Módulo Resiliente y la Resistencia a la compresión inconfinada (para suelos

11


levemente cementados γc<30 kg/cm2) con el objeto de complementar la información

del ensayo (Angelote y otros, 1991).

Smith (1983), llevó a cabo una investigación correlacionando los resultados del

CBR y un Penetrómetro Cónico Dinámico en arcillas. Consiguió que, para la data

estudiada, existe una relación linear considerable entre el CBR in-situ y el CDP,

estando afectados dichos resultados por el contenido de humedad, y en menor grado,

por la compactación. Sin embargo, existía un alto error estándar en ensayos en los

que se trataba con capacidades soporte bajas. Smith y Pratt, en un estudio realizado

en 1983 también llegaron a esta conclusión. En el estudio de Smith (1983), realizado

en arcillas, se concluyó que para realizar una correlación entre los dos ensayos, se

deben incluir datos del contenido de humedad del material. También determinó que

hasta que no se realicen investigaciones con muchas otras técnicas de correlación,

las ecuaciones existentes deben ser usadas con precaución y criterio.

Una comparación internacional que incluye 21 ecuaciones de correlación fue

realizada por Liben (1987). Se concluyó que el uso de la correlación establecida en

Israel es la preferible para trabajos de rutina. La otra conclusión principal arrojada por

el mencionado estudio es que el coeficiente de variación del CBR por cualquier

material en particular es considerablemente mayor que el del PCD. Por lo tanto, se

puede concluir que los ensayos de Penetración Cónica Dinámica son preferibles al

CBR in-situ. Esto significa un hecho de gran importancia, ya que valores más

confiables con obtenidos con un simple aparato que es mucho más fácil de operar en

sitio, al mismo tiempo que no requiere de ningún contrapeso.

Los investigadores VAN VUUREN (1969), Kleyn (1975), LIBEN (1987) y

HARRINSON (1987), han realizado, desde hace más de 20 años, gran cantidad de

ensayos controlados en campo y laboratorio sobre muestras inalteradas, muestras

compactadas de grano fino, con o sin saturación; suelos compactados en moldes

flexibles y con control de presión lateral; pruebas de campo en capas naturales y

compactadas representando amplios rangos de subrasante; se han correlacionado

12


también las condiciones del pavimento y se ha seleccionado como una correlación

universal entre el DN y CBR para un amplio rango de pavimentos y subrasantes,

condiciones de pruebas y tecnologías, adoptándose como la mejor correlación:

Log CBR = 2.46 – 1.12 (log DN), siendo DN una relación entre el número de golpes

del penetrómetro y la profundidad alcanzada.

Livneh (Israel, 1987) comparó 21 ecuaciones de correlación del CBR y el PCD,

utilizadas internacionalmente. Concluyó que la correlación utilizada en Israel es

preferible para trabajos rutinarios. También estableció que el coeficiente de variación

del CBR para cualquier material es considerablemente mayor que la variación en

ensayos realizados con el CPD. Por lo tanto, concluyó que el ensayo de penetración

dinámica es preferible al ensayo CBR in-situ, lo cual tiene gran importancia, dado que

se encuentran valores más confiables con un aparato más simple, mucho más fácil de

usar y el cual no requiere de un contrapeso para ser operado.

Luego, Livneh y Ishai (1988, Transportation Research Institute, Haifa, Israel)

realizaron un estudio correlacionando el valor del CBR in-situ con otros cuatro

ensayos de penetración, entre ellos el Penetrómetro Cónico Dinámico. Su estudio se

llevó a cabo en bases, sub-bases y estructuras de pavimentos flexibles. Esta

investigación involucró tanto ensayos en laboratorio como ensayos in-situ y estableció

la siguiente correlación tanto para suelos cohesivos como no cohesivos:

Log CBR = 2.20 – 0.71 (log PCD)1.5

± 0.075, siendo PCD la relación entre la

penetración y el número de golpes.

2.3- Fundamentación teórica.

2.3.1- Suelo

El suelo, según Puy Huarte, Jesús (1977), es desde el punto de vista

geotécnico cualquier material terrestre excluida la roca firme sin alterar. El mismo está

formado por un conjunto de granos de rocas de diversos tamaños y formas, así como

materia orgánica, agua y gases. La fuerza de cohesión que mantiene unidas estas

partículas es muy pequeña en comparación con una roca sana y así una muestra

13


tomada del suelo se desmoronará fácilmente cuando se haya secado en el exterior y

aún más si después de seca se introduce en agua y se agita un poco.

El suelo puede haberse formado por descomposición de la roca firme que tiene

debajo, o bien por descomposición de otras rocas situadas más lejos. En este caso

habrá sido transportado por agentes tales como agua, viento, hielo o fenómenos

volcánicos.

El proceso de descomposición de una roca firme se llama meteorización. Bajo

la acción de los agentes atmosféricos se producen unos fenómenos físicos y químicos

que acaban por deshacer la roca. Unos minerales son disueltos y arrastrados por las

aguas. Otros más resistentes aguantan más y son llevados en suspensión o por

arrastre. Finalmente, al encontrar condiciones favorables, se depositan.

2.3.2- Contenido de humedad del suelo.

La determinación de humedad es un ensayo para conocer la cantidad de agua

presente en una cantidad dada de suelo en términos de su peso en seco.

El contenido de humedad (W) de un suelo, se define como la relación entre el

peso del agua (Ww) y el peso de los sólidos (Ws) contenidos en la muestra expresado

en porcentaje.

W={Ww/Ws}* 100

2.3.2.1- Método de secado al horno.

Este es el método más preciso para obtener el grado de humedad en

porcentaje, y consiste en introducir en el horno eléctrico una muestra representativa

del suelo en un recipiente de aluminio previamente pesado, al igual que el conjunto

(recipiente +suelo). El tiempo mínimo de exposición en el horno es de 16 horas, luego

del cual se retira el conjunto y se pesa nuevamente para realizar los cálculos

correspondientes.

2.3.3- Análisis Granulométrico.

14


El análisis granulométrico tiene por objeto determinar el tamaño de los granos

que componen el suelo y la proporción de una determinada fracción de granos como

porcentaje de la masa total de la muestra.

La granulometría de la fracción granular gruesa se determina por el

procedimiento especificado en la norma ASTMD421-58 y D422-63, y la cantidad de

muestra a utilizar debe estar en función del tamaño máximo nominal de sus partículas.

2.3.4- Límites de Atterberg.

El científico de suelos sueco Albert Atterberg en el año 1911 definió como

Plasticidad la capacidad que tenía un suelo de ser deformado. A su vez observó que

los suelos arcillosos en condiciones húmedas son plásticos y se vuelven muy duros en

condiciones secas, que los limos no son necesariamente plásticos y se vuelven

menos duros con el secado, y que las arenas son friables en condiciones sueltas y

secas. También observó que existían arcillas altamente plásticas y otras de baja

plasticidad.

Atterberg estudió diferentes métodos para medir la plasticidad en forma directa

pero ninguno de esos métodos constituía un método certero.

En el desarrollo de sus ideas, observó que arcillas mezcladas con gran

cantidad de agua formaban un fluido apenas viscoso. Con menor cantidad de agua se

volvía un fluido con una cierta rigidez que se tornaba pegajoso. Con la evaporación de

mayor cantidad de agua la pegajosidad desaparecía y la arcilla podía ser deformada

como uno quisiera. Existía un punto donde, con el incremento de la evaporación, la

propiedad de ser deformada se perdía. De aquí estableció distintos estados de

consistencia de los suelos plásticos:

• Estado líquido: cuando las partículas de suelo permanecen en suspensión.

• Estado semilíquido: cuando el suelo tiene las características de un fluido viscoso.

• Estado plástico: cuando el suelo se puede moldear y deformar sin exhibir

propiedades elásticas, cambios de volumen o agrietamiento.

• Estado semisólido

• Estado sólido

15


Para ser posible la definición de los estados de consistencia, Atterberg

estableció límites que establecían su diferenciación:

• El mayor límite de un fluido viscoso, con el que una mezcla de arcilla y agua fluye

casi como el agua.

• El menor límite de un fluido viscoso, el “límite líquido”, donde dos secciones de suelo

amasado, puestos en un recipiente cóncavo, apenas se tocan bajo el impacto de

varios golpes secos.

• El “límite de pegajosidad” en el cual la arcilla pierde las propiedades adhesivas y

cesa la pegajosidad con otros objetos, como por ejemplo hojas metálicas, cuchillas de

arado, orugas de tractores, etc..

• El “límite de cohesión”, en el cual los granos de suelo cesan de unirse unos con

otros.

• El menor límite del estado plástico, o “límite plástico”, donde un suelo se desagrega

cuando es rolado en bastoncitos.

• El menor límite de cambio de volumen o “límite de contracción”, en que la pérdida de

humedad no causa pérdida de volumen.

2.3.4.1- Límite Líquido.

Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como

material plástico. Los suelos de límite líquido alto son siempre de grano fino y

contienen minerales que absorben agua, tal es el caso de los minerales arcillosos.

2.3.4.2- Límite Plástico

El límite plástico se define como el contenido de humedad de un suelo, cuya

consistencia se encuentra en el límite entre los estados plástico y semisólido, o como

aquel contenido de humedad que presenta un suelo, que al enrollársele se agrieta

cuando su diámetro es aproximadamente igual a 3 mm (1/8”).

Los límites Líquido y Plástico han sido ampliamente utilizados con el objeto de

identificar y clasificar el suelo, además de relacionarse para obtener los índices de

plasticidad, consistencia y de actividad de la arcilla que dan una idea del

comportamiento del suelo.

16


2.3.4.3- Índice de Plasticidad.

Es el rango en el cual el suelo se comporta plásticamente, se obtiene como la

diferencia entre el límite líquido y el límite plástico.

2.3.5- Clasificación de los suelos

Los suelos se suelen clasificar según su tamaño para los efectos de la

ingeniería de suelos. Para esto, existen varias normas. La dada en Norteamérica por

la AASHTO (American Association of State Highway Officials) clasifica los suelos en

dos grandes grupos según que pase menos del 35 % por el tamiz # 200 ASTM (200

mallas por pulgada lineal, 0,074 mm de longitud) o que pase más del 35% por el

citado tamiz. En la primera clasificación entran los materiales granulares y en la

segunda los limos y arcillas. A su vez estos dos grandes grupos se dividen en otros,

según el tanto por ciento que pasa por otros tamices o cedazos. No obstante, para los

trabajos de campo los suelos se clasifican en cinco grupos que son los que

frecuentemente se emplean para describir el material. Estos son rocas, gravas,

arenas, limos y arcillas.

2.3.5.1- Sistema Unificado de Clasificación de Los Suelos (S.U.C.S.)

Este sistema fue presentado por Arthur Casagrande como una modificación y

adaptación más general a su sistema de clasificación propuesto en 1942 para

aeropuertos. Ver Anexo III.

Los suelos de partículas gruesas y los suelos de partículas finas se distinguen

mediante el cernido del material por el tamiz # 200. Los suelos gruesos corresponden

a los retenidos en esa malla y los finos a los que la pasan, y así un suelo se considera

grueso si más del 50 % de las partículas del mismo son retenidas en el tamiz # 200 y

fino si más del 50 % son menores que dicho tamiz.

Los suelos se designan por símbolos de grupo. El símbolo de cada grupo consta

de un prefijo y de un sufijo. Los prefijos son las iniciales de los nombres ingleses de

los seis principales tipos de suelos ( grava, arena, limo, arcilla, suelos orgánicos de

17


grano fino y turba ), mientras que los sufijos representan subdivisiones en dichos

grupos.

2.3.5.2- Sistema de Clasificación de la AASHTO.

El sistema de clasificación de la AASHTO utiliza un índice de grupo para

comparar diferentes suelos en un mismo grupo. El índice de grupo se calcula de

acuerdo a la ecuación # 1. El índice encontrado de esa forma se redondea al entero

siguiente y se reemplaza entre paréntesis después del número de clasificación

correspondiente.

Ecuación # 1:

Ecuación para establecer el índice de grupo.

IG= 0.2 * a * 0.005ac + 0.01bd.

Donde:

a= porcentaje de material más fino que el tamiz # 200, mayor que el 35% pero menor

que el 75%, expresado como un número entero positivo ( 1 < a < 40 ).

b= porcentaje que pasa el tamiz # 200, mayor que el 15% pero menor que el 55%,

expresado como un número entero positivo ( 1 < b < 40 ).

c= porción de límite líquido mayor que 40, pero menor que 60, expresado como un

número positivo entero ( 1 < c < 20 ).

d= porción del índice de plasticidad mayor que 10, pero menor a 30, expresado como

un número positivo entero ( 1 < d < 20 ).

2.3.6- Compactación

La compactación es un proceso mecánico mediante el cual se produce

una reducción de los espacios vacíos del suelo a través de la expulsión del aire

contenido en ellos, incrementando así la densidad seca del suelo, lo que a su vez le

permite aumentar la capacidad de soporte, reducir la permeabilidad y capacidad de

deformación para hacerlo más estable y resistente.

Actualmente existen diversos métodos de compactación: dinámicos, estáticos,

por amasado y por vibración, pero todos tienen como fin determinar la humedad con la

18


cual el suelo alcanza la máxima densidad (densidad máxima seca), denominada

humedad óptima.

Para determinar estos valores (humedad óptima y densidad máxima seca), se

selecciona el método dinámico : Próctor modificado. El suelo es compactado en capas

en un molde metálico cilíndrico y la compactación de cada capa se logra aplicando un

número determinado de golpes con un martillo de peso y dimensiones especificadas.

El procedimiento se realiza según lo establece la norma AASHTO T99-70.

Todo terraplén debe compactarse para que forme una masa resistente y poco

compresible. El agua que contiene el suelo controla la calidad de la compactación.

Utilizándose la densidad como medida de la calidad de compactación; se define

la humedad óptima como aquella que conviene que tenga el suelo para obtener el

mejor grado de compactación mediante un método de compactación (o para una

energía de compactación) determinada.

Al hablar de compactados se cita la diferencia de compactación, entre la que

tenga en realidad y la óptima (para la energía de compactación dada). Así se habla de

+2% ó -3% de humedad de compactación.

Empleando métodos de compactación cada vez más energéticos se obtienen

familias de curvas, obteniéndose lógicamente mayores grados de compactación (y de

densidad) cuanto mayor sean las energías empleadas.

El incremento de densidad obtenido al aumentar la energía de compactación es

mayor para humedades bajas que para altas, ya que la presencia de agua dificulta el

acercamiento y reacomodo de los granos.

Para un determinado grado de humedad, la densidad (después de la

compactación) nunca puede ser mayor que la correspondiente a la muestra totalmente

saturada (w % se mide siempre tras la compactación).

Las líneas de compactación nunca superan la línea correspondiente al Sr =

100%

2.3.6.1- Estructura de los suelos compactados

La orientación de las partículas de arcilla en zonas pequeñas en las muestras

compactadas del lado seco del óptimo, es menor a la de muestras compactadas del

19


lado húmedo → estructura más floculada. Del lado húmedo es mayor → estructura

más dispersa.

La orientación de las partículas aumenta con la deformación al corte.

Del lado seco, el suelo es más resistente, y por ello el esfuerzo de

compactación se gasta principalmente en reducir su volumen, pero no produce

deformaciones de corte importantes.

Por el contrario, en un suelo compacto del lado húmedo la resistencia es

menor, y el esfuerzo de compactación produce deslizamiento de unas partículas sobre

otras.

El método de compactación influirá de modo notable en la estructura del suelo,

y la estructura será tanto más dispersa cuanto mayor sean los esfuerzos de corte

producidos por el método. Si colocamos la compactación en el orden estática,

vibratoria, de impacto y de amasado, obtenemos estructuras cada vez más dispersas.

2.3.7- Resistencia al corte de un suelo

El suelo, al igual que la mayoría de los materiales sólidos, falla ya sea por

tensión o por corte. El esfuerzo de tensión puede causar la aparición de grietas que,

bajo ciertas circunstancias de importancia práctica, son desfavorables. Pero sin

embargo, en la mayoría de los problemas de ingeniería civil, sólo es necesario

considerar la resistencia a fallar por corte de un suelo.

Una masa de suelo se conforma por diferentes elementos, como lo son las

partículas de suelo y agua y aire atrapado entre éstas mismas. Dentro de esa misma

masa de suelo se generan esfuerzos los cuales son importantes de conocer para

poder resolver problemas relacionados en la mecánica de suelos.

El esfuerzo cortante de un suelo se define como el máximo esfuerzo cortante

que una muestra de suelo puede soportar bajo determinadas condiciones, esto, a

diferencia del esfuerzo cortante en la mayoría de los materiales estructurales, en el

suelo factores como variación en el tamaño de los granos, junto con el grado de

consolidación o la densidad, son factores determinantes en la resistencia al corte. El

tiempo también es una variable determinante, la resistencia al corte de un suelo en un

20


corto tiempo en el que este sea sometido a una fuerza cortante, es muy diferente a la

que puede presentar el mismo suelo con un tiempo mayor.

Variaciones en el tamaño y forma de los granos y la densidad, afectan las

condiciones de drenaje en el suelo, y una aplicación de una carga durante un largo

tiempo permite la disipación de la presión en los poros, así como también una pérdida

en elemento viscoso de la resistencia.

En cortos tiempos, un suelo de grano grueso depende principalmente de la

fricción ínter granular, para resistir corte y, por lo tanto, la presión normal en el plano

de falla determina el valor de la resistencia al corte.

2.3.8- CBR

El ensayo CBR (California Bearing Ratio), fue propuesto por los ingenieros

Stanton y Porter del Departamento de Carreteras del Estado de California en el año

de 1929. Desde esa fecha tanto en Europa como en América este método se ha

generalizado y es hoy en día uno de los más usados en pavimento flexible. El mismo,

mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad

controladas. El valor CBR, es una relación entre la resistencia a la penetración del

suelo ensayado y su capacidad soporte como base de sustentación, teniendo como

patrón la resistencia que ofrece la piedra picada de California cuyo valor de soporte es

del 100%.

Por medio de este método se determinan la relación humedad-peso unitario

seco, las propiedades expansivas del suelo, y la relación resistencia-penetración,

utilizando muestras compactadas al contenido óptimo de humedad obtenido en el

ensayo Próctor. El procedimiento a seguir para la realización de este ensayo es como

lo especifica la norma ASTM.

El ensayo CBR mide la carga necesaria para penetrar un pistón de

dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra

compactada de suelo después de haberla sumergido en agua durante cuatro días y de

haber medido su hinchamiento. El hecho de sumergir la muestra se debe a que así

21


podemos prever la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo

después de la construcción. Por tanto después de haber compactado el suelo y de

haberlo sumergido, lo penetramos con un pistón el cual va conectado a un pequeño

"plotter" que nos genera una gráfica donde se nos representa la carga respecto la

profundidad a la que ha penetrado el pistón dentro de la muestra. Esta gráfica suele

ser una curva con el tramo inicial recto y el tramo final cóncavo hacia abajo (si el

tramo inicial no es recto se corrige). Una vez tenemos la gráfica miramos los valores

de la carga que soportaba el suelo cuando el pistón se había hundido 2.5 mm y 5mm

y los expresamos en tanto por ciento, tomando como índice CBR el mayor de los

porcentajes calculados.

Figura No 1. Prensa Hidráulica

El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo

bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este

ensayo, simplemente como “Relación de Soporte” y está normado con el número

ASTM D 1883-73. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno,

aunque este último no es muy practicado.

El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kg/cm2 (o

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 Carga unitaria patrón

Mm. Pulgada Mpa

2,54

5,08

7,62

10,16

12,7

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

6,90

10,30

13,10

15,80

17,90

22


penetración en una muestra estándar de material triturado, en ecuación, esto se

expresa:

CBR = Carga unitaria de ensayo * 100

Carga unitaria patrón

Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:

1

1

1

2

2

Tabla No 2. Valores de Carga Unitaria

El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para un

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 un suelo determinado, utilizando el ensayo de

compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas

ASTM D698-70 ó D1557-70 (para el molde de 15.5 cm de diámetro), se deben

compactar muestras utilizando las siguientes energías de compactación:

D

D

23


Método Golpes Capas Peso del martillo N

2 (suelos de grano fino) 56

56

56

56

3

3

5

5

24,5

24,5

44,5

44,5

4 ( suelos gruesos)

2 (suelos de grano fino)

4 (suelos gruesos)

Tabla No 3. Energías de Compactación

Aparatos para realizar el ensayo de CBR:

- Prensa de Ensayo

- Moldes

- Pisón

- Cargas

- Pistón de penetración

2.3.8.1- Procedimiento para determinar el CBR

Curvas de tensión – penetración

- Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (MPA) o en (Kg/cm2).

- Para ello se traza la curva en un gráfico tensión – penetración.

- La curva puede tomar, ocasionalmente, la forma cóncava hacia arriba debido a

irregularidades de superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe

corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando

el origen al punto en que la tangente corta la abcisa.

- Obtener de la curva los valores de las tensiones necesarias para lograr una

penetración de 0.1” y 0.2”.

- Las curvas de tensión – penetración se dibujan en un mismo gráfico para los

distintos números de golpes.

- El valor del CBR es la relación expresada en porcentaje entre la carga real, que

produce una deformación establecida y la que se requiere para producir igual

deformación en un material normalizado. Se expresa por la relación:

CBR = (P*100)/P1

24


P: Carga obtenida en el ensayo

Pi: Carga unitaria normalizada

Las cargas normalizadas se dan en la siguiente tabla:

PENETRACIÓN TENSIONES NORMALIZADAS MPa TENSIONES NORMALIZADAS MPa

2.54 6.9 70

5.08 10.3 105

7.62 13.1 133

10.16 15.8 162

12.7 17.9 183

Tabla No 4. . Penetración – Tensiones normalizadas

Para los suelos del tipo A–1; A–2– 4 y A–2–6, la razón de soporte se calcula

solo para 5 mm de penetración (0.2 pulgadas).

Para suelos del tipo A–4; A–5; A–6 Y A–7, cuando el CBR correspondiente a 5

mm es mayor que a 2,5 mm, confirmar el resultado, en caso de persistencia, la razón

de soporte corresponderá a 5 mm de penetración.

Para suelos del tipo A – 3; A – 2 – 5 Y A – 2 – 7, el procedimiento a aplicar

queda a criterio del ingeniero.

Cuando se requiere conocer los efectos de preconsolidación natural,

estructura de suelo, cementación natural, estratificación, que son aspectos que no

pueden producirse con muestras remoldeadas de suelo ni con muestras

supuestamente inalteradas que se ensayen en laboratorio, se recomienda efectuar el

ensayo CBR in-situ, siempre que el terreno natural esté en las condiciones más

críticas en el momento de efectuar la prueba. El procedimiento que se sigue en esta

prueba es similar al establecido en los ítems anteriores, con la diferencia que en este

caso, la muestra no está confinada en un molde.

25


Es condición que en el lugar que se realice el ensayo no existan partículas

superiores al tamiz 20 mm (3/4”). La preparación del terreno requiere enrasar y nivelar

un área de 30 cm de diámetro, para posteriormente colocar las sobrecargas

estipuladas.

El informe final del ensayo deberá incluir además del CBR determinado, la

curva de presión – penetración, la humedad, peso específico y densidad natural del

suelo ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente

vecino, al que afectó el ensayo del CBR.

2.3.8.2- Arena sin cohesión y grava (GW, GP, SW, SP)

Por lo general los suelos sin cohesión se compactan fácilmente mediante

rodillos especiales o por medio del tránsito hasta su peso específico máximo

especificado por el método AASHO modificado; prueba que se efectúa dando 55

golpes por capa y con un contenido de agua correspondiente a la saturación de la

muestra para obtener el peso volumétrico máximo. Si la saturación no baja al CBR de

una arena sin cohesión o grava, podrá ser omitido en las pruebas posteriores del

mismo material.

2.3.8.3- Suelo sin cohesión (GM, GC, SM, SC, ML, CL, OL)

Los suelos de este grupo se ensayan de manera de obtener datos que

mostrarán su comportamiento sobre un intervalo completo de contenido de humedad

anticipado para muestras representativas. Las curvas de compactación para 55, 25 y

10 golpes por capa, sumergido y penetrando cada espécimen, con el fin de obtener

una familia completa de curvas que muestran la relación entre el peso específico,

contenido de agua y CBR Como ayuda para determinar la validez de los datos de

compactación, se dibujan sobre un papel semilogarítmico el peso específico máximo

contra la energía de compactación (trabajo por unidad de volumen); los puntos así

obtenidos dan, por lo general, una línea recta.

2.3.8.4- Suelo expansivos (MH, CH, OH)

26


Los procedimientos de prueba para suelos de gran expansión son los mismos

que los descritos antes para suelos cohesivos. Sin embargo, los objetivos del

programa de prueba no son exactamente los mismos. Las pruebas que se realizan en

suelos expansivos tienen como finalidad la determinación del contenido de humedad y

el peso volumétrico que produce la expansión mínima. El contenido de humedad y el

peso volumétrico apropiado para este caso no son necesariamente los valores

óptimos obtenidos a través de la prueba AASTHO modificada. Por lo general la

expansión mínima y el máximo CBR saturado ocurre para un contenido de humedad

ligeramente mayor que el óptimo. Cuando se ensayan suelos que se expanden con

facilidad, puede ser necesario que se requiera la preparación de muestras para un

intervalo mas amplio de humedades y pesos volumétricos que los utilizados

normalmente, con el objeto de establecer la relación entre el contenido de humedad,

el peso volumétrico, la expansión y el CBR en un suelo determinado.

Un cuidadoso estudio de los resultados de la prueba hecho por un ingeniero

experimentado, permitirá seleccionar el contenido de humedad y el peso volumétrico

adecuado para llenar los requisitos del campo. Debe hacerse notar que existe la

posibilidad de que el espesor de diseño esté gobernado en algunos casos por los

requisitos de compactación en lugar del CBR

2.3.8.5- CBR in-situ

El ensayo de CBR in-situ es un método adecuado para determinar la capacidad

soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la

estructura que soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos

y en movimientos de tierra importantes. Básicamente la fase de penetración de este

ensayo es similar a la descrita anteriormente.

Lo usual es determinar primero la densidad in-situ del material en el lugar de

ensayo, el cual puede ser usado bajo cualquiera de las siguientes condiciones:

cuando in-situ la densidad y el contenido de agua son tal que el grado de saturación

es de un 80% o superior, cuando el material es de granos gruesos y su cohesión es

tal que no se vea afectado por cambios en la humedad o, cuando el material ha

27


estado en el lugar por varios años. En estos casos La humedad no es constante pero

fluctúa dentro de rangos estrechos y el ensayo CBR in-situ se considera como un

indicador satisfactorio de la capacidad soporte del suelo.

Por lo general se elige un lugar donde no haya piedras mayores a 3/4", deberá

removerse el material suelto y nivelar la superficie, luego se coloca un sistema de

reacción montando un gato, con anillo dinamométrico y pistón, en forma vertical,

aplicando la reacción con un vehículo cargado u otro sistema. En caso de que el

pistón sea colocado en forma horizontal, la reacción será dada por la pared contraria

del pozo construido para este efecto.

Se colocan los anillos de sobrecarga directamente al suelo y se carga el pistón

al suelo con una fuerza menor que 4,54 kg. Se debe instalar un dial comparador para

registrar las lecturas de deformaciones, en un punto que permanezca constante e

inmóvil (por ejemplo una viga empotrada al suelo en apoyos de hormigón).

La penetración se realiza en forma similar al ensayo tradicional y el ensayo se

repite en otros dos puntos escogidos con anterioridad. La forma de expresar los

resultados también es idéntica al método de laboratorio, es decir, trazando la curva

tensión contra penetración, corrigiendo la curva si fuese necesario y calculando el

CBR in-situ, usando los valores de penetración de 0,1" y 0,2".

2.3.9- Ensayos de penetración cónica

El penetrómetro es un aparato capaz de introducir un utensilio en el suelo, bien

sea por golpeo, o por empuje. En cada caso se mide la resistencia a la penetración a

los largo del recorrido. Existen básicamente dos tipos de ensayos de penetración, uno

por golpeo y otro por empuje, estos son:

1.- Penetrómetro dinámico.

2.- Penetrómetro estático.

2.3.9.1- Penetrómetro dinámico

La herramienta que se hinca suele ser cónica, con un ángulo que varia de 60 a

90o en el vértice del cono y diámetros comprendidos entre 35,7-110 mm. Según sea el

2

28


diámetro y ángulo del cono que se introduce, se debe emplear una maza de un cierto

peso, y una determinada altura de caída. El diámetro del varillaje debe ser

sensiblemente inferior al diámetro de la base del cono para evitar en el mayor grado

posible el rozamiento lateral del tren de varillas con las paredes del agujero. Hay

penetrómetros en los cuales en el cual el tren de varillas que transmite el golpeo de la

maza está protegido exteriormente por una tubería, de diámetro exterior igual al del

cono. Este aparato debe ser mejor desde un punto de vista teórico, pero por razones

económicas es poco utilizado.

Generalmente, como se ha dicho, el ángulo del cono puede variar de 60 a 90o,

una masa de 65 Kg. y altura de caída de 50 cm. Se cuenta el numero de golpes para

hincar la punta cónica 20 cm. en el terreno. La superficie de la punta es 4x4=16 cm².

Esta punta, en su mango cuadrado y hueco para su unión con las varillas, tiene unas

ranuras laterales, en las cuales encaja un pasador de la varilla. De esta forma, girando

el varillaje gira la punta, lo cual ayuda a desviar un material con el que haya tropezado

y no avance.

De acuerdo con el número de golpes necesarios para introducir el cono en el

terreno se puede deducir aproximadamente la resistencia del terreno.

En principio estos penetrómetro fueron concebidos para apreciar la

compactibilidad de los suelos sin cohesión, en los cuales era difícil tomar muestras

inalteradas. Siempre hay que comparar los resultados con otros terrenos similares que

se conozcan bien, pues los resultados pueden ser falseados por ciertos factores, tales

como que el suelo pueda refluir por encima de la punta y disminuir la presión por

encima de ella. Tampoco es posible separar el rozamiento lateral que se suma a la

resistencia en punta. Así mismo, en suelos permeables sumergidos, una parte

importante de la energía de hincado pude transmitirse al agua intersticial, aumentado

instantáneamente la resistencia de penetración.

La formula establecida en Holanda, para conocer la resistencia de un suelo,

con un coeficiente de seguridad igual a la unidad, es:

R = M H

en la que:

d e(P + M )A

M = peso de la maza en kilogramos.

P = peso de las varillas en kilogramos.

e = penetración en centímetros

H = número de golpes

A = sección de la punta en centímetros cuadrados.

2.3.10- Método estadístico:

Con mucha frecuencia es necesario resolver problemas que implican conjuntos

de variables, cuando se sabe existe alguna relación inherente entre ellas y una clara

distinción entre las variables en cuanto a su papel dentro del proceso experimental.

El objeto de un análisis de regresión es investigar la relación estadística que

existe entre una variable dependiente (Y) y una o más variables independientes

( X 1 , X 2 , X 3 , ... ). Para poder realizar esta investigación, se debe postular una

relación funcional entre las variables. Debido a su simplicidad analítica, la forma

funcional que más se utiliza en la práctica es la relación lineal. Cuando solo existe

una variable

independiente, esto se reduce a una línea recta:

Yˆ = b0 + b1

X

Donde los coeficientes b0 y b1 son parámetros que definen la posición e inclinación

de la recta.

El parámetro b0, conocido como la “ordenada en el origen,” nos indica cuánto

es Y cuando X = 0. El parámetro b1, conocido como la “pendiente,” nos indica cuánto

aumenta Y por cada aumento de una unidad en X. El problema consiste en obtener

estimaciones de estos coeficientes a partir de una muestra de observaciones sobre

las variables Y y X. En el análisis de regresión, estas estimaciones se obtienen por

medio del método de mínimos cuadrados, aunque en la práctica el análisis se realiza

por medio de computadoras.

La regresión lineal no siempre da buenos resultados, porque a veces la relación

entre Y y X no es lineal sino que exhibe algún grado de curvatura. La estimación

directa de los parámetros de funciones no-lineales es un proceso bastante

complicado. No obstante, a veces se pueden aplicar las técnicas de regresión lineal

por medio de transformaciones de las variables originales.

Una función no-lineal que tiene muchas aplicaciones es la función exponencial:

Y = AXb

Donde A y b son constantes desconocidas. Si aplicamos logaritmos, esta función

también puede ser expresada como:

Log(Y) = log(A) + b.log(X)

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

31

Capítulo III. Ma rco Metodológico

3- MARCO METODOLÓGICO

3.1- Tipo de Investigación

Una investigación experimental es un estudio en el que al menos una variable

es manipulada y las unidades son aleatoriamente asignadas a los distintos niveles o

categorías de las variables manipuladas. (Pedhazur, 1991). Una investigación

experimental se caracteriza en lo siguiente:

1. Manipulación: es la intervención deliberada del investigador para provocar

cambios en la variable dependiente.

2. Aleatorización: mayor tamaño de los efectos frente a la equiparación.

Ventajas del diseño experimental:

1. Se elimina el efecto de las variables perturbadoras o extrañas, mediante el

efecto de la aleatorización.

2. El control y manipulación de las variables predictorias clarifican la dirección y

naturaleza de la causa.

3. Flexibilidad, eficiencia, simetría y manipulación estadística.

3.2- Diseño de la investigación

Esta investigación es de tipo experimental ya que se están eliminando aquellos

datos considerados como extraños o perturbadores. Las variables que intervienen en

la misma son los datos de CBR obtenidos en laboratorio y los datos obtenidos en el

ensayo de penetración dinámica en campo. Ambas variables serán manipuladas para

conseguir, por medio de la regresión lineal, una correlación que permita estimar el

valor del CBR conociendo los datos del ensayo de penetración cónica dinámica.

3.3- Población y Muestra

3.3.1- Población

Según Morles (1994), la población o universo se refiere al conjunto para el cual

serán válidas las conclusiones que se obtengan: a los elementos o unidades

(personas, instituciones o cosas involucradas en la investigación).

32


La población escogida para este estudio corresponde a las obras ubicadas en

los Municipios Maracaibo y San Francisco en la Zona Metropolitana de Maracaibo.

3.3.2- Muestra

La muestra es una porción de la población que se toma para realizar el estudio,

el cual se considera representativa (de la población). La misma debe ser

representativa de la población, con un tamaño proporcional a la población, y con un

error muestral que no supere los límites establecidos.

La muestra seleccionada para esta investigación corresponde a cuatro obras

ubicadas en los Municipios San Francisco y Maracaibo de la Zona Metropolitana de

Maracaibo. Dichas obras son la construcción del Elevado La Chinita (Vía al

aeropuerto), Puente Ricardo Aguirre (que corresponde al elevado ubicado en la

Circunvalación No. 2 y la pasarela de la Facultad de Humanidades de La Universidad

del Zulia), Metro de Maracaibo, y construcción de las villas Dunas del Sol, en la

Circunvalación No.2.

3.4- Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Para la realización de esta investigación se buscará información de distintas

fuentes que ayuden a entender los datos obtenidos en los ensayos tanto en campo

como en laboratorio. Estos datos pueden ser tomados de libros, revistas, páginas en

Internet, consultas con profesionales del área y cualquier otra fuente de información

que contribuya con el entendimiento de la investigación. Igualmente se recolectará el

mayor número de datos posibles tanto en laboratorio como en campo, que ayuden a

correlacionar las distintas variables. Dicha recolección de datos abarca desde las

características de un terreno en particular, hasta las condiciones en las cuales se llevó

a cabo cierto ensayo.

3.5- Metodología de los ensayos

3.5.1- Selección de los sitios de muestreo

Se seleccionan como sitios de muestreo cuatro obras en la ciudad de

Maracaibo, en su mayoría obras de gran envergadura como la construcción del Metro.

Se determinó que debían tomarse ensayos en estos sitios ya que se estima que en

33


todas ellas se encontrarán distintas capacidades portantes (debido a distintos grados

de compactación) así como también diferentes condiciones generales del terreno

(granulometría, humedad, etc.), debido a la naturaleza misma de las obras. Los

ensayos de Penetración Cónica Dinámica, así como también la extracción de

muestras se realizarán en puntos estratégicos de dichas construcciones, en donde se

sospeche que existan diferentes condiciones de humedad y compactación.

Las obras en donde se realizarán los ensayos son las siguientes:

- Puente Ricardo Aguirre:

Ubicado en la Circunvalación No.2 de la ciudad de Maracaibo, corresponde a la

construcción de un Elevado de tierra armada en dicha vía y la construcción de una

novedosa pasarela para la Facultad de Humanidades de La Universidad del Zulia, la

cual es una estructura con locales comerciales en su interior (los ensayos se

realizarán en el terreno donde se planea cimentar dicha estructura, el cuál se

encuentra al borde de la vía).

- Distribuidor La Chinita:

Consiste en un distribuidor vial con un puente cuyo tablero está apoyado en

muros de tierra armada. El mismo se encuentra en la vía al aeropuerto, en la

intersección con la carretera a Palito Blanco. Se tomarán muestras del tramo de la

calzada que aún no ha sido pavimentado.

- Metro de Maracaibo:

Actualmente se encuentra en el proceso de relocalización de servicios. Se

tomarán muestras en la Av. Sabaneta, en el lugar donde se está realizando dicho

trabajo.

- Villas Dunas del Sol:

Ubicada en la Circunvalación No.2, “Dunas del Sol” consiste en la construcción

de 105 casas, así como la instalación de servicios para las mismas. Se tomarán

muestras en esta construcción con la finalidad de obtener datos de terraplenes que no

correspondan a la construcción de una obra vial.

3.5.2- Metodología de campo para la extracción de muestras

34


Una vez ubicados los sitios en donde se realizará cada ensayo de Penetración

Cónica Dinámica, se procede a introducir en el suelo una tubería de PVC de 6” de

diámetro por 16 cm de longitud, con el fin de obtener así una muestra imperturbada

del terreno en un molde de iguales dimensiones al molde metálico utilizado en el

ensayo de penetración del CBR. Dicha muestra se envuelve en paños húmedos

inmediatamente después de ser extraída del terreno, para que no se pierda humedad

y se garantice que en el laboratorio se tienen las mismas condiciones que las

existentes en el terreno y la misma se identifica con un número de ensayo con su

planilla correspondiente. Al transportar cada muestra, se cuidará que la misma no

sufra ningún tipo de golpe, para no alterar la condición de compactación existente en

campo.

De igual modo, se extrae algo más de material del sitio para ser usado en los

ensayos de granulometría y límites de consistencia.

3.5.3- Metodología en campo para la realización del ensayo de Penetración

Cónica Dinámica

Con el Penetrómetro Cónico Dinámico construido para este estudio, se

realizan al menos tres ensayos en cada uno de los sitios en los que se extraerá la

muestra para el laboratorio. Esto, con la finalidad de poder eliminar la curva de

penetración que sea diferente a las otras dos y tomar un promedio de las

consideradas como reales. El ensayo de Penetración Cónica Dinámica comprende los

siguientes pasos:

- Limpieza del terreno si existiese una capa vegetal o alguna otra capa

desfavorable para la realización del ensayo (si se quita alguna capa, también se

tendrá que quitar del lugar de donde se extraerá el cilindro para el laboratorio).

- Ensamblaje del aparato en el lugar del ensayo garantizando que la

penetración se realice de manera perpendicular al terreno.

- Medición de la altura inicial, la cual es la altura desde la superficie donde

golpea el martillo, hasta la parte superior del trípode. Esta altura se anota en la planilla

de campo del ensayo de Penetración Cónica Dinámica.

35


- Por último, se mide esta altura cada 20 golpes y se anotan los datos en la planilla de

campo, para así determinar la penetración. Esta planilla se coloca con la planilla de la

muestra respectiva a ser ensayada en el laboratorio.

3.5.4- Procedimiento de Laboratorio

Las muestras extraídas del campo se llevan al laboratorio, para la realización

del ensayo del CBR, así como también para la determinación del contenido de

humedad, densidad, límites de consistencia y granulometría. En el laboratorio se

llevarán a cabo los siguientes procedimientos:

- Se recibe la muestra extraída del campo con su respectiva identificación y planilla de

registro de campo. También es traída del terreno una porción adicional de al menos 500

gr para ser utilizada en los ensayos de granulometría y límites de Atterberg.

- Se pesa la muestra con el molde (cilindro de PVC) en la balanza de 20 kg y se anota

este valor en la planilla de registro como peso del suelo + agua + molde.

- Se coloca el molde en la prensa y se penetra aplicando una carga a una velocidad de

0.05 pulgadas/minuto para las siguientes penetraciones: 0.025’’; 0.050’’; 01’’; 0.2’’; 0.3’’;

0.4’’; 0.5’’.

- Se saca el material del cilindro y se pesa este último.

- El material del cilindro, así como también el sobrante traído de campo, se coloca en el

horno a una temperatura de 105 °C por un tiempo no menor de 16 horas.

- Ya con la muestra totalmente seca se toma la porción extraída del cilindro y se pesa. La

porción sobrante se divide en dos porciones, una para el ensayo de límites de Atterberg y

la otra para realizar un análisis Granulométrico.

- Luego de finalizados los ensayos de CBR y realizadas las Curvas Esfuerzo-Penetración

se procede a realizar el cálculo de CBR para 0,1 y 0,2 pulgadas, tomándose el mayor

valor entre ellos.

3.6- Penetrómetro Cónico Dinámico (PCD) construido para esta investigación

Para la realización de este estudio se construirá un PCD portátil que pueda ser

operado por una sola persona. Este aparato tendrá tales dimensiones que la relación

36


área del cono – masa de golpeo – altura de caída, sea similar a la de otros PCD

ampliamente usados, tales como la barra Kunzel.

El PCD de esta investigación está compuesto por una barra de acero, provista

en su extremo inferior de una punta cónica de 33 mm de diámetro, que se hinca a

través de las distintas capas del suelo, a partir de la energía suministrada por una

masa deslizante de 8 kg, que cae desde una altura de 40 cm. También el aparato está

dispuesto de una base circular de acero, la cual permitirá una penetración

perpendicular al terreno al ser realizado el ensayo por un solo operador.

3.7- Correlación de las variables

Una vez obtenidos todos los datos del ensayo de Penetración Cónica Dinámica

(variable independiente), y CBR in-situ (variable dependiente), se construirá una

gráfica, colocando en el eje de las ordenadas el número de golpes necesarios para

penetrar 10 cm en el terreno, y en el eje de las abscisas el valor CBR.

Se tomará el número de golpes necesario para penetrar 10 cm, ya que el pistón

de la prensa hidráulica utilizada para el ensayo de CBR tiene un diámetro de 2

pulgadas (alrededor de 5 centímetros), por lo que se considera que el área de

influencia de este esfuerzo sería de una profundidad de 10 centímetros.

Luego de construir el gráfico, por el método de regresión lineal se tendrá una

línea que permitirá estimar el valor CBR teniendo el número de golpes necesarios

para penetrar 10 centímetro con el PCD. Del mismo modo se tendrá la ecuación de

dicha recta, con lo cual se podrá calcular el valor CBR.

Estos cálculos, tanto la construcción del gráfico, como la regresión lineal se

realizarán con ayuda del programa MS Excel.

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE RESULTADOS

C apítulo IV. Análisis de Resultados

4- ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

De los resultados obtenidos en los ensayos de CBR in-situ y Penetración

Cónica Dinámica en campo, se construyó un gráfico (gráfico de correlación) con el

número de golpes para penetrar 10 cm en el eje de ordenadas, y el valor CBR en el

eje de las abcisas. Con este gráfico se estableció la correlación entre ambas

variables.

De los 20 ensayos realizados en los cuatro sitios de recolección de muestras,

se desecharon aquellos considerados como erróneos.

4.1- Ensayo de CBR en laboratorio

A las 20 muestras se les realizó el ensayo CBR en laboratorio, con las

muestras imperturbadas traídas del campo. Los datos obtenidos de los ensayos en

laboratorio se presentan en los anexos. El método de extraer muestras imperturbadas

en los cilindros de PVC resultó ser efectiva para calcular el CBR en el laboratorio con

los datos existentes en campo.

A cada muestra se le determinó la granulometría, así como también el límite

líquido, límite plástico e índice de plasticidad. Con estos datos se procedió a clasificar

la muestra según el Sistema Unificado de Clasificación de los Suelos (SUCS) y el

método AASHTO de clasificación de suelos.

La muestra No. 4 se desechó debido a un error al realizar el ensayo de CBR en

el laboratorio.

4.2- Ensayo del PCD

Los resultados obtenidos en los ensayos de Penetración Cónica Dinámica nos

indican la capacidad portante de cada suelo ensayado. En muchas de las curvas de

penetración se observa una relación lineal entre el número de golpes y la penetración.

Sin embargo. En otras se puede observar un cambio de pendiente, lo que representa

el cambio de dureza entre cada estrato del suelo, o la existencia de otro material.

A cada curva de penetración se le realizó, utilizando MS Excel, una regresión

para así poder calcular el número de golpes necesarios para penetrar 10 cm, dado

C apítulo IV. Análisis de Resultados

que fueron anotadas las penetraciones cada 20 golpes. Luego este valor número de

golpes fue usado para realizar la correlación lineal con los valores de CBR.

4.3- Correlación de los datos obtenidos por el PCD y por el ensayo de

CBR en el laboratorio.

Luego de construir el gráfico de correlación gráfico de Número de Golpes para

penetrar 10 cm vs. valor CBR, se realizó una regresión lineal, encontrándose la

siguiente ecuación lineal como la más representativa de la relación entre las dos

variables:

No. de golpes / 10 cm = -0,0004CBR3 + 0,0922CBR2 - 0,0337CBR + 6,115

Esta ecuación presenta un R2 = 0,7 lo cual no puede ser considerado como un

resultado satisfactorio, ya que el margen de error es muy grande para poder utilizar el

aparato en mediciones de CBR en campo. Pero al separar la curva y dividirla en

valores CBR menores y mayores a 50, se obtienen resultados más confiables (se

reduce el error). La parte de la curva con valores CBR mayores a 50 se desecha, ya

que el método de determinar el CBR con un PCD no resulta viable para valores CBR

tan altos, los cuales rara vez se encontrarán en campo. Esta parte de la curva solo se

usa para la construcción de la ecuación de correlación.

También se entiende que para penetrar terrenos con CBR altos con el

Penetrómetro construido para esta investigación, es necesario dar un número

exagerado de golpes, lo cual convierte al aparato en poco eficaz para mediciones en

campo.

Del análisis de los datos obtenidos en los distintos ensayos se puede notar una

relación lineal entre la variable independiente (Número de golpes para penetrar 10 cm)

y la variable dependiente (CBR). Pero al observar los resultados analíticamente,

se puede notar que se tendrían que realizar un mayor número de ensayos

para conseguir una correlación más exacta entre las variables.

RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

59

E s tudio Comparati v o de los resultados del CBR obt enidos en laborat orio y con un P C D

CONCLUSIONES

- La correlación entre los datos de CBR en laboratorio y el PCD resulta satisfactoria para

valores CBR bajos (para los cuales se ideó el aparato), pero es necesario realizar más

ensayos para así conseguir una curva con un error menor.

- Con los resultados obtenidos en este estudio no se puede aun establecer una metodología

eficaz para la determinación del valor CBR mediante el uso de un PCD, pero con la

realización de más ensayos como los efectuados para este estudio se debería conseguir una

correlación que permita finalmente conseguir el CBR con el uso del PCD.

- El método PCD puede generar un gran aporte a la evaluación de suelos, ya que permite

realizar en terreno evaluaciones simples, confiables y no destructivas, transformándose en

una herramienta útil para determinar valores más reales de las propiedades de los materiales.

- La metodología ideada en este estudio para ensayar muestras imperturbadas en el

laboratorio resulta muy ventajosa, ya que la misma permite representar de manera confiable

las condiciones de campo en el laboratorio, y de este modo determinar el CBR real existente

en el terreno.

- Para terrenos con valores CBR altos, el uso del PCD no es viable, ya que no se consigue

una penetración representativa, y es necesario un número muy elevado de golpes (más de

200).

- La curva que correlaciona las variables CBR – No. de golpes necesarios para penetrar 10

cm (Gráfico de Resultados), no arroja resultados estadísticos confiables para la totalidad de

los ensayos, pero da una clara idea de cómo será la curva de correlación al efectuar un

mayor número de ensayos.

- El procedimiento para hallar el CBR en campo mediante el uso de un Penetrómetro Cónico

Dinámico, solo es aplicable en el caso de suelos finos, que no contienen material retenido en

el tamiz No.4; ya que los gruesos retenidos tienden a proporcionar valores falsos de la

resistencia a la penetración del cono en el suelo.

60


RECOMENDACIONES

- Se recomienda seguir realizando ensayos que permitan establecer una correlación más

exacta entre los datos del ensayo CBR en laboratorio y los datos del ensayo de Penetración

Cónica Dinámica, para así establecer una correlación más exacta que permita estimar los

valores de CBR con el uso del PCD.

- Se aconseja de igual modo realizar ensayos con diferentes contenidos de humedad, y

estudiar el comportamiento del aparato en cada caso. Es recomendable correlacionar los

resultados del CBR en suelos saturados con los resultados del PCD.

- De igual modo, se recomienda realizar una investigación utilizando distintas puntas para un

penetrómetro, para así determinar cuál es la más apropiada y cuál da los resultados más

exactos. Se deberían estudiar diferentes formas geométricas para la punta, ya que esto

puede llegar a ser un factor clave en la confiabilidad del aparato. Así mismo ensayar distintos

ángulos para la punta cónica, y establecer cuál ángulo es preferible para evitar la fricción

lateral con el terreno y evitar que se pueda producir alguna compactación en el material

debajo del cono.

- También se recomienda realizar una investigación para determinar la seguridad de la

utilización del Penetrómetro Dinámico en la estimación de valores CBR en distintos tipos de

suelo, realizándose ensayos en suelos granulares, suelos cohesivos, etc.

- Es aconsejable la utilización de la metodología de extracción de muestras en campo

empleada en este estudio, ya que se puede llevar al laboratorio una muestra totalmente

imperturbada del terreno y determinarse su CBR con las condiciones exactas existentes en

campo.

- Al conseguir una correlación confiable entre los valores CBR obtenidos en laboratorio y con

el PCD, se recomienda utilizar este último para estimaciones de la capacidad portante del

suelo en casos en los que se requiera realizar un gran número de ensayos. El método resulta

muy efectivo en terrenos en los que se quiera estimar el CBR en distintos puntos, en aquellos

casos en los que no sea viable la determinación de estos valores en el laboratorio.

- Se recomienda realizar un estudio en el que se compare la correlación efectuada en este

estudio con otras correlaciones que han sido desarrolladas para hallar el CBR con

Penetrómetros.

61


- Del mismo modo, resultaría favorable tener datos de la efectividad del PCD en la

determinación de valores CBR en distintas profundidades, ya que en profundidades mayores

a 50 cm (la mayor profundidad alcanzada en este estudio) y hasta en profundidades menores,

se debería estudiar la fricción lateral que se podría presentar en el aparato.

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BIBLIOGRAFÍA

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pdc y cbr.desbloqueado

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