CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO

CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO

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CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL
SUELO

DETERMINACI脫N DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL
SUELO.
La finalidad de este ensayo, es determ inar la capacidad de soporte (CBR) de
suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad 贸ptima y
niveles de compactaci贸n variables. Es un m茅todo desarrollado por la divisi贸n
de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar la

 

calidad relativa del suelo para sub-rasa nte, sub-base y base de pavimentos.
El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relaci贸n
de soporte. El (%) CBR, est谩 definido como la fuerza requerida para que un
pist贸n normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en
porcentaje de fuerza necesaria para que el pist贸n penetre a esa misma

 

profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida
por una muestra patr贸n de material chancado.
La expresi贸n que define al CBR, es la siguiente:
CBR=(carga unitaria del ensayo / ca rga unitaria patr贸n) * 100 ( %)
De la ecuaci贸n se puede ver que el n煤mero CBR, es un porcentaje de la carga
unitaria patr贸n. En la pr谩ctica el s铆mbolo de (%) se quita y la relaci贸n se
presenta simplemente por el n煤mero entero.

 

Usualmente el n煤mero CBR, se basa en la relaci贸n de carga para una
penetraci贸n de 2,5 mm. (0,1鈥), sin embargo, si el valor de CBR a una
penetraci贸n de 5 mm. (0,2鈥) es mayor, el ensayo debe repetirse. Si en un
segundo ensayo se produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5 mm. de
penetraci贸n, dicho valor ser谩 aceptado como valor del ensayo. Los ensayos

 

de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad
贸ptimo, obtenido del ensayo de compactaci贸n Proctor.
Antes de determinar la resistencia a la penetraci贸n, generalmente las
probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo
m谩s desfavorables y para determinar su posible expansi贸n.

 

En general se confeccionan 3 probetas como m铆nimo, las que poseen distintas
energ铆as de compactaci贸n (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al
cual se aplica el ensayo, debe contener una peque帽a cantidad de material que
pase por el tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se
recomienda que esta fracci贸n no exceda del 20%.

 

3.4.1. M茅todo para muestras remoldeadas, seg煤n NCh 1852 Of. 1981 .
– Equipo necesario.
– Aparato para medir la expansi贸n (figura 3.15.), compuesto por una
placa met谩lica provista de un v谩stago ajustable de metal con
perforaci贸n de di谩metro menor o igual a 1,6 mm.y un tr铆pode met谩lico
para sujetar el calibre comparador con indicador de dial.
Figura 3.15. Aparato para medir expansi贸n.
Fuente: ELE Internacional Ltda.,
1993.

 

– Prensa de ensayo de capacidad
m铆nima de 44 KN. y cabezal o base movible a una velocidad de 1,25
mm/min para presionar el pist贸n de penetraci贸n en la probeta. Este
equipo debe estar provisto de un dispositivo indicador de carga con
lecturas de curso no menor que 50 mm.
– Molde met谩lico, cil铆ndrico de di谩metro interior de 152,4 卤 0,7 mm. y
altura de 177,8 卤 0,1 mm. Debe tener un collar铆n de extensi贸n
met谩lico de 50,8 mm. de altura y una placa base met谩lica de 9,5 mm.
de espesor, con perforaciones de di谩metro igual o menor que 1,60 mm.
(figura 3.16. y 3.17).
– Disco espaciador met谩lico, cil铆ndr ico, de 150,8 mm. de di谩metro y
61,4 mm. de altura.
– Pis贸n met谩lico con una cara circular de 50 卤 0,2 mm. de di谩metro y
con una masa de 2500 卤 10 grs. La altura de ca铆da debe ser 305 卤 2
mm. controlada por una gu铆a tubular.
– Pist贸n de penetraci贸n met谩lico de 50 卤 0,5 mm. de di谩metro y no
menor que 100 mm. de largo.
– C a l i b r e , c o m p u e s t o p o r d o s d e f o r m 铆 m e t r o s c o m p a r a d o r e s c o n
indicador de dial, de 0,01 mm. de precisi贸n.
– Sobrecargas, una met谩lica anular y varias met谩licas ranuradas con una
masa de 2,27 kgs. cada una y 149,2 mm. de di谩metro, con una
perforaci贸n central de 54 mm. de di谩metro.
– Horno de secado con circulaci贸n de aire y temperatura regulable
capaz de mantenerse en 110潞 卤 5潞 C.
– Herramientas y accesorios. Esta nque lleno de agua, pailas o bandejas
de mezcla, dep贸sito de remojo, papel filtro, platos y tamices.
Figura 3.16.Molde CBR y accesorios.(ELE Internacional Ltda., 1993).
– Procedimiento
– Preparaci贸n de la muestra. Se prepara una muestra de tama帽o
igual o superior a 56 kgs. Esta muestra deber谩 secarse al aire o en un
horno, a una temperatura menor que 60潞 C, hasta que se vuelva
desmenuzable. Adem谩s, se deber谩n disgregar los terrones evitando
reducir el tama帽o natural de las part铆culas.
La muestra se pasa por el tamiz de 20 mm. (3/4鈥 ASTM) descartando
el material retenido. Si es necesario mantener el porcentaje de
material grueso del material original se deber谩 efectuar un reemplazo.
Para esto se determina por tamizado el porcentaje del material que
pasa por el tamiz de 50 mm. (2鈥 ASTM) y queda retenido en el tamiz
de 20 mm.
Figura 3.17. Secciones equipo CBR.
Fuente: Valle Rodas R., 1982.
Se reemplaza dicho material por una masa igual de material que pasa
por el tamiz de 20 mm. y queda retenido en el tamiz de 5 mm. tomada
de la porci贸n no utilizada de suelo original.
Una vez obtenida la muestra de ensaye, se selecciona una porci贸n
representativa de unos 35 kg. para realizar el ensayo de compactaci贸n
Proctor. El resto de la muestra, se divide en tres porciones de unos 7
kg. cada una.
– Compactaci贸n de probetas CBR. Normalmente se compactan de tres a
cinco probetas en un rango de 90 a 100% de la DMCS determinada
seg煤n el ensayo Proctor. Cada porci贸n de suelo, se debe mezclar con
una cierta cantidad de agua para obtener la humedad 贸ptima, si es
necesario curar el suelo, debe colocarse dentro de un recipiente
tapado para lograr una distribuci贸n uniforme de la humedad.
Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y verificado su volumen
(Vm), se coloca el disco espaciador sobre la placa base, se fija el
molde con el collar铆n sobre la placa y se coloca un disco de papel
filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde se compacta
mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo h煤medo,
utilizando para cada porci贸n una energ铆a de compactaci贸n distinta (N潞
de golpes), de manera que la densidad a la cual se desee determinar el
CBR quede comprendida entre las densidades de dos probetas. Se
compactar谩n con 56, 25 y 10 golpes respectivamente.
Al comienzo y al final de la compactaci贸n deber谩n tomarse 2 muestras
representativas de suelo para calcular el contenido de humedad. En
caso que las muestras no sean sumergidas, la humedad se determina
conclu铆da la penetraci贸n.
Finalizada la compactaci贸n, se retira el collar铆n y se enrasa el suelo
al nivel del borde del molde, rellenando los huecos dejados por la
eliminaci贸n del material grueso c on material de menor tama帽o. Se
retiran la placa base perforada, el disco espaciador y se pesa el molde
con el suelo compactado (W 1 ).
– Determinaci贸n de las propiedades expansivas del suelo . Sobre la
placa base perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se
ajusta el molde con el suelo compactado en forma invertida, de
manera que el espacio formado por el disco espaciador quede en la
parte superior.
En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro
grueso y sobre 茅ste se coloca la placa met谩lica perforada provista de
un v谩stago regulable. Sobre 茅sta placa se colocar谩n las sobrecargas,
cuyo n煤mero deber谩 ser especificado o de lo contrario, se usar谩 una
sobrecarga m铆nima de 4,54 kgs., equivalente al peso de un pavimento
de hormig贸n de 5 pulgadas de espesor.
A continuaci贸n se coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del
estanque sin agua, sobre peque帽os bloques met谩licos o de otro
material con el objeto de permitir el libre acceso del agua por debajo
de la muestra. Se monta el tr铆pode y se instala el comparador de dial
de tal modo que su punta palpable quede tocando el v谩stago.
Luego, se llena el estanque con agua y se registra la lectura inicial
del comparador de dial (Li). El tiempo de inmersi贸n depender谩 del
tipo de saturaci贸n. Para un ensayo con saturaci贸n normal se deja el
molde sumergido durante 96 horas, en cambio para un ensayo de
saturaci贸n completa se dejar谩 el tiempo necesario hasta que no haya
m谩s hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de dial
e f e c t u a d a s c o n 2 4 h o r a s d e i n t e r v a l o d i f i e r e n e n m e n o s d e 0 , 0 3 m m .
Durante todo el tiempo de inmersi贸n el nivel de agua se debe
mantener constante.
Registrada la lectura final del comparador de dial (Lf), se retira el
tr铆pode y se saca el molde del agua, para dejarlo drenar durante 15
minutos. Finalmente se retiran las sobrecargas, los discos de papel
filtro y las placas perforadas para determinar el peso del molde m谩s
el suelo compactado y saturado (W 2 ).
– Determinaci贸n de la resistencia a la penetraci贸n . Se lleva la
probeta a la m谩quina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad
tal de cargas para reproducir una sobrecarga igual a la que
supuestamente ejercer谩 el material de base y pavimento del camino
proyectado (pero no menor que 4,54 kg.), redondeando a m煤ltiplos de
2,27 kg. En caso de que la probeta haya sido sumergida, la carga ser谩
igual a la aplicada durante la inmersi贸n.
Se apoya el pist贸n de penetraci贸n con una carga lo m谩s peque帽a
posible (no debe exceder de 45 Newton) y se colocan los diales de
lectura de tensi贸n y deformaci贸n en cero. Esta carga inicial, se
necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pist贸n, pero debe
considerarse como carga cero para la relaci贸n carga-penetraci贸n. La
velocidad de carga aplicada al pist贸n de penetraci贸n ser谩 de 1,25
mm/min.
Se anotar谩n las lecturas de carga, en los siguientes niveles de
penetraci贸n: 0,65 – 1,25 – 1,90 – 2,50 – 3,10 – 3,75 – 4,40 – 5,00 –
7,50 – 10,00 y 12,5 mil铆metros (o bien, 0,025 – 0,050 – 0,075 – 0,100 –
0,125 – 0,150 – 0,175 – 0,200 – 0,300 – 0,400 y 0,500 pulgadas).
Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se
determina el contenido de humedad de la capa superior, con una
muestra de 25 mm. de espesor. Si se desea determinar la humedad
promedio, se deber谩 extraer una muestra que abarque el total de la
altura del molde.
– C 谩 l c u l o s y g r 谩 f i c o s .
– Calcular la densidad inicial de la muestra ( 纬 i ) antes de ser sumergida,
mediante la siguiente expresi贸n:
纬 i = ( W 1 – Mm ) / Vm ( gr./cc )
donde:
W 1 = peso del molde m谩s el suelo compactado (gr.)
Mm = peso del molde (gr.)
Vm = capacidad volum茅trica del molde (cm 3 )
– Calcu lar la d en s ida d s a turad a d e la mu e s tr a ( 纬 s ) luego de ser
sumergida, mediante la siguiente expresi贸n:
纬 s = ( W 2 – Mm ) / Vm ( gr./cc )
donde:
W 2 = peso del molde y el suelo compactado y saturado (grs.)
– Calcular la expansi贸n de la muestra, como porcentaje de la altura
inicial (%E), mediante la siguiente expresi贸n:
% E = E / 116,4 * 100 ( % )
donde:
E = e x p a n s i 贸 n e n m m . ( d i f e r e n c i a d e l e c t u r a s d e l d i a l d e
deformaci贸n (Lf – Li))
1 1 6 , 4 = a l t u r a d e l a p r o b e ta e n m m. ( a l t u r a d e l mo l d e m e n o s a l tu r a
del disco espaciador)
– O b t e n e r l a c u r v a t e n s i 贸 n c o n t r a d e f o r m a c i 贸 n , g r a f i c a n d o e n l a
ordenada, las tensiones de penetraci贸n en megapascales (MPa) y en la
abscisa la penetraci贸n en mil铆metros. En algunos casos la curva
puede tomar inicialmente una forma c贸ncava hacia arriba, debido
principalmente a irregularidades en la superficie de la probeta. Si
esto ocurriera, el punto cero debe corregirse trazando una recta
tangente a la mayor pendiente de la curva y se traslada el origen al
punto en que la tangente corta la abscisa (figura 3.18.).
– Usando los valores de tensi贸n (corregidos o no) tomados de las curvas
tensi贸n contra penetraci贸n, se calcula el CBR (%) para 2,5 mm. y 5
mm. de penetraci贸n dividiendo las tensiones normales por 6,9 MPa. y
10,3 MPa. respectivamente, multiplic谩ndolas por 100. Se calcula
tambi茅n el CBR para la carga m谩xima si la penetraci贸n es menos que
5 mm. interpolando la tensi贸n normal.
– Usando los datos obtenidos anteriormente de las tres probetas, se
dibuja la curva CBR contra densidad seca (si se trata de suelos
granulares, se graficar谩 la curva solo con la penetraci贸n de 5 mm.; en
cambio para suelos arcillosos, se graficar谩n la de 2,5 y 5 mm. de
penetraci贸n). Con ella se puede determinar el CBR correspondiente a
una densidad seca preestablecida (figura 3.19.).
– Observaciones.
– En suelos plasticos, el tiempo de curado no debe ser menor que 24
horas, en cambio en suelos de baja plasticidad el plazo puede ser
menor e incluso podr铆a eliminarse.
– Si la densidad a la cual se requiere el CBR, es menor que la obtenida
mediante 10 golpes de pis贸n, se compacta la probeta con menor
energ铆a de compactaci贸n.
– Si la muestra de suelo proviene de zonas des茅rticas en que se asegure
que las precipitaciones anuales son inferiores a 50 mm. o no nieva, se
puede eliminar la inmersi贸n.
– En suelos finos o granulares que absorben f谩cilmente humedad, se
permite un per铆odo de inmersi贸n m谩s corto, pero no menor de 24
horas, ya que se ha demostrado que con este per铆odo de tiempo, no se
ver谩n afectados los resultados.
– Para suelos del tipo A-3, A-2-5, y A-2-7, el procedimiento a aplicar
(inmersi贸n o no), debe quedar a criterio del ingeniero responsable del
estudio.
– Para suelos del tipo A-4, A-5, A-6, A-7, cuando el CBR en 5 mm. es
mayor que en 2,5 mm., se debe confirmar con informaci贸n obtenida
con ensayos previos, o bien repetir el ensayo. Si los ensayos previos
o el ensayo de chequeo entregan un resultado similar, emplear la
raz贸n de soporte de 5 mm. de penetraci贸n.
– Para suelos del tipo A-1, A-2-4, y A-2-6, se calcula el CBR s贸lo para
5 mm. de penetraci贸n.
– En la tabla 3.20. se indican rangos de valores de CBR, con una
clasificaci贸n y posibles uso como material de construcci贸n.

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