Diseo y Construccin de Pavimentos.
VALOR SOPORTE CALIFORNIA (CBR)M-MMP-4-01-007 (EN ELABORACIN)El
CBR es un ensayo para evaluar la calidad de un material de suelo
con base en su resistencia, medida a travs de un ensayo de placa a
escala. CBR significa en espaol relacin de soporte California, por
las siglas en ingls de California Bearing Ratio, aunque en pases
como Mxico se conoce tambin este ensayo por las siglas VRS, de
Valor Relativo del Soporte. Aunque fue desarrollado en 1925, el
ensayo comienza a aparecer en los estndares norteamericanos ASTM
(por American Standards for Testing and Materials) desde 1964, en
su versin para laboratorio (ASTM D 1883), y en su versin para campo
(ASTM D 4429). A pesar de sus mltiples limitaciones, hoy por hoy,
el CBR es uno de los ensayos ms extendidos y aceptados en el mundo
debido al relativo bajo costo de ejecucin (si se compara con
ensayos triaxiales), y a que est asociado a un nmero grande de
correlaciones y mtodos semi-empricos de diseo de pavimentos. El
valor de CBR tiene sus limitaciones como parmetro geomecnico para
el diseo de pavimentos y rellenos estructurales, sin embargo, sigue
resultando muy utilizado por su costo y relativa facilidad. El
valor de soporte de California, cuyas siglas CBR viene de
California Bearing Ratio fue considerada por Porter en el estado de
California para estandarizar un modelo de ensaye a esfuerzo
cortante para determinar la resistencia del suelo para ser
considerado en el diseo de un pavimento. En Mxico fue considerado
como el Valor Relativo de Soporte, contemplando el ajuste propuesto
por el Ing. Rodrigo Padrn para el manejo de las caractersticas de
clima propicias en Mxico mediante el ajuste de humedades a
diferentes grados de compactacin, creando el estndar VRS
modificado, mismo que se usa para disear los espesores de un
pavimento. Los valores de CBR cercanos a 0% representan a suelos de
pobre calidad, mientras que los ms cercanos a 100% son indicativos
de la mejor calidad. Es posible en ocasiones obtener registros de
CBR mayores que 100%, tpicamente en suelos ensayados en condicin en
seco o tal como se compact. Dichos valores debern ser
interpretados.En la versin de CBR de laboratorio, los especmenes de
suelo se compactan con el equipamiento del ensayo Proctor,
utilizando moldes de 6 de dimetro y martillo grande. La velocidad
de penetracin del pistn durante el ensayo es constante e igual a
1.27 mm/min.
Condiciones de hidratacin y sobrecarga Adems de todas estas
consideraciones, en el ensayo de CBR se pueden variar tanto la
condicin de hidratacin, como el nmero de sobrecargas anulares. ASTM
D1883. Para ASTM, la condicin de hidratacin por defecto es la de 4
das de inmersin (96 horas), a menos que la agencia o especificacin
solicite una diferente, como por ejemplo tal como se compact, o la
llamada humedad de equilibrio u optima. La de 4 das es tambin la
condicin ms utilizada en todo el mundo; inclusive hay
especificaciones que la requieren expresamente (independientemente
de que el suelo no vaya a estar en esa condicin durante la vida til
del pavimento o estructura civil). ASTM dice que el nmero de
sobrecargas, que es un mximo de tres, deben utilizarse segn el
nivel de confinamiento al que se estime vaya a tener el suelo en la
estructura.Limitaciones del ensayo:La siguiente es una lista no
exhaustiva de limitaciones que tiene el CBR y que suscitan la
mayora de las crticas a este ensayo: 1. El valor de CBR no
comporta, per se, un parmetro geo mecnico, aunque est asociado a
mltiples correlaciones y mtodos semiempricos de diseo de
pavimentos. 2. Durante el ensayo bajo condicin de 4 das de inmersin
no es posible controlar el grado de saturacin del suelo. El
espcimen es sacado del agua y dejado escurrir por 15 minutos antes
de ser ensayado. Este escurrimiento incrementa la succin en el
suelo de forma descontrolada, lo que da lugar a resultados
sesgados.3. La grfica densidad versus CBR recomendada en el
procedimiento ASTM para obtener el CBR de diseo del suelo no es,
por definicin, una curva de diseo. Por tanto, en el sentido
estricto, no debera ser usada para disear el suelo compactado. De
hacerse se obtendran resultados sesgados ya que no hay forma de
asegurar que todos los especmenes pertenecientes a la grfica tienen
el mismo grado de saturacin.4. El comentario final es que, aun
siguiendo la norma ASTM, teniendo la competencia del mejor
laboratorista, los equipos nuevos y recin calibrados, y dejando de
un lado las variaciones propias del ensayo como proceso estocstico,
un mismo suelo puede tener tantos valores de CBR como condiciones
de ensayo se tengan. Esta afirmacin es lo suficientemente fuerte
para provocar una intensa polmica, y la cantidad de informacin es
tal que es necesario tiempo para digerir esta idea poco a poco.
La relacin de soporte de California(California Bearing Ratio),
conocida comnmente como C.B.R. es una medida de la resistencia al
esfuerzo cortante de un suelo bajo condiciones de humedad y
densidad cuidadosamente controladas, que tiene aplicacin
principalmente en el diseo de pavimentos flexibles.El C.B.R. se
define como la relacin entre el esfuerzo requerido para introducir
un pistn normalizado dentro del suelo que se ensaya y el esfuerzo
requerido para introducir el mismo pistn hasta la misma profundidad
en una muestra patrn de piedra triturada.El objetivo es Determinar
si el suelo en estudio, tiene la calidad para ser empleado en las
capas: base, sub-base y sub-rasante.Para sta prueba se utiliza un
suelo compactado por medio de la prueba Porter(CBR). Equipo y
Material que se Utiliza: Moldes para ensayo C.B.R. (6 de diam. Por
7 alto) Pisn cortador de 10 lbs. Peso y 18 pulgadas de cada. Pesas
de sobrecarga de 5 libras cada una. Discos perforados con vstago
ajustable Trpode con dial medidor de deformaciones Mquina de
aplicar carga a velocidad controlada. Balanzas, regla metlica,
recipientes para mezcla, horno, alberca, cmara hmeda, cronometro,
frascos, papeles de filtro, etc.
Mtodos de ensayo:Se han ideado diferentes procedimientos para
preparar las muestras de laboratorio con diversos tipos de suelos,
cuyo fin es representar all las condiciones que verosmilmente se
pueden producir durante y despus de la construccin. Se considera
que pueden establecerse tres procedimientos de preparacin, ensayo y
seleccin de resistencia de los suelos de acuerdo fundamentalmente
con las caractersticas de los mismos.Mtodo I.- Ensayo sobre gravas,
arenas y suelos sin cohesin. En general, suelos que en el mtodo
unificado clasifiquen como GW; GP; SW; y SP; Tambin los de los
grupos GW-GM, GP-GM, SW-SM, SP-SM, GM y SM siempre que la porcin
fina no posean plasticidad.Mtodo II.- Ensayo sobre suelos de
plasticidad baja y media y que no posean caractersticas expansivas.
En este grupo pueden considerarse los suelos GM, GC, SM y SC, ML,
OL, y CL, no expansivos as como combinaciones de ellos.Mtodo
III.-Ensayo sobre suelos de caractersticas generalmente expansivas,
tal el caso de algunos CL y los MH, OH y CH
Mtodo I.-Bases hidrulicas:a) Se pulverizan aproximadamente 45kg.
De material, el cual se criba a travs del tamiz de , desechando la
parte retenida en l. Este material desechado se reemplaza por una
cantidad igual en peso demuestra representativa del mismo material
que pase el tamiz de y que quede retenida en el tamiz No.4b) Se
realiza un ensayo de compactacin para lo que se emplea el molde de
ensayo C.B.R. cuyo volumen es 1/12. 22pies 3. El pisn a utilizar es
el de 10 libras de peso y 18 pulgadas de cada y la muestra se
compacta en 5capas, golpeando cada una 55 veces con el pisn. c) El
material sobrante, no empleado en el ensayo de compactacin, se
mezcla con una cantidad de agua suficiente para obtener la humedad
ptima determinada en el inciso b.d) Se pesan tres moldes de ensayo
CBR, se les colocan sus collares de extensin y se unen a las placas
de base perforadas sobre las cuales se ha colocado previamente un
fondo falso y un papel filtro.e) Se compactan tres muestras,
tomando de las capas inferior y superior de cada una, antes de
compactar las porciones de suelo para verificar su humedad. Una de
las muestras se compacta aplicando 55 golpes a cada una de las
5capas, otra26 y 12.f) Se retira el collar de extensin de cada
molde y con ayuda de una regla se enrasa la parte superior de la
muestra.g) Se retira las placas de base y los fondos falsos y a
continuacin se pesan los moldes con las muestras.h) Para cada una
de las tres muestras se coloca un papel filtro sobre su placa de
base, se voltean los moldes de modo que la que fue parte superior
durante la compactacin que de ahora hacia abajo y se fijan a sus
placas de base.i) Sobre la que ahora es la superficie superior de
cada muestra se colocan unas pesas de sobrecarga cuyo fin es tratar
de representar el peso producido por las capas de pavimento que
descansaran sobre el material ensayado una vez construida la
estructura.Cada pesa de 5 libras representa aproximadamente 3
pulgadas (7.5cm) de material situado sobre el ensayado.Para
determinar el nmero de pesas a colocar, se estima aproximadamente
el espesor total por colocar y se divide por tres. Sin embargo, la
sobrecarga total no deber ser inferior a 10 libras.
Si el peso de sobrecarga estimulado varan en ms de 10 libras con
relacin al que se debera usar segn el espesor de diseo de pavimento
finalmente obtenido deber repetirse el ensayo usando una sobrecarga
correcta.La expansin (Exp) de cada espcimen es la relacin en
porcentaje del incremento de su altura debido a la saturacin, entre
su altura original.
h = Diferencia entre la lectura inicial y final en el
extensmetro del dispositivo de expansin del molde. H = Altura del
espcimen de suelo compactadoLa relacin en porcentaje de las cargas
aplicadas para producir penetraciones de 2,54 mm y 5,08 mm, entre
las cargas de referencia de 13,34 Kn (1 360 kg) y 20,01 kN (2 040
kg) respectivamente, es su correspondiente Valor Soporte de
California (CBR).
Se selecciona como el Valor Soporte de California (CBR) de cada
espcimen compactado, al valor que resulte menor entre los CBR 2.54
y CBR 5.08Promediando los datos obtenidos de los tres especmenes,
se estiman la expansin (Exp) y el Valor Soporte de California (CBR)
que tendra el material compactado al grado de compactacin
especificado y contenido de agua mencionado.DESGASTE LOS
ANGELESM-MMP-4-04-006/02DETERMINACIN DEL DESGASTE DE LAS GRAVAS
MTODO DE LA MQUINA DE LOS NGELES El ndice de desgaste de un rido
est relacionado con su resistencia a la abrasin por medios mecnicos
y tambin con la capacidad resistente de los hormigones con l
fabricados; cobra particular importancia en ridos empleados en
hormigones de pavimentos.La norma NCh 1369.of 78 establece el
procedimiento para determinar la resistencia al desgaste de las
gravas de densidad real normal.En este caso, por corresponder a un
equipo especial y a un ensayo que slo se realiza en laboratorios
calificados se resumirn slo los aspectos ms tiles o directamente
relacionados con laboratorios de faena.El mtodo consiste en
analizar granulomtricamente un rido grueso, preparar una muestra de
ensayo que se somete a abrasin en la mquina de Los ngeles y
expresar la prdida de material o desgaste como el porcentaje de
prdida de masa de la muestra con respecto a su masa inicial.
1 Aparatosa. Mquina de los ngeles : Tambor de acero de 710 6 mm
de dimetro interior y de 510 6 mm de longitud interior montado
horizontalmente por sus vstagos axiales con una tolerancia de
inclinacin de 1 en 100, uno de los cuales debe tener un dispositivo
de polea o similar, para acoplar el motor. En su manto cilndrico
debe tener una abertura para introducir la muestra, con una tapa
provista de dispositivos para fijarla firmemente en su lugar y que
asegura una estanqueidad al polvo.Debe llevar en su superficie
interior una aleta consistente en una plancha de acero desmontable,
fijada rgida y firmemente a todo lo largo de una generatriz del
cilindro de modo que se proyecte radialmente hacia el interior en
90 3 mm. La distancia entre la aleta y la abertura, medida a lo
largo de la circunferencia exterior del cilindro y en la direccin
de rotacin, debe ser igual o mayor que 1.25 m.Su rotacin debe estar
comprendida entre 30 y 33 revoluciones por minuto. Debe estar
contrapesada e impulsada de modo de mantener una velocidad
perifrica uniforme. b. Balanza: Con una capacidad superior a 10 kg.
Y una precisin igual o mayor al 0.1%. de la pesada. c. Tamices: De
malla y alambre y abertura cuadrada. d. Horno: Con circulacin de
aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. e.
Esferas: (Carga abrasiva), Un juego de esferas de acero de 45 a 50
mm de dimetro y con una masa de 440 50 gr cada una. 2 Muestra de
ensayoEl tamao original de la muestra debe ser 2 Dn kg Dn = Tamao
mx. nominal de la grava, mm.Esta cantidad de muestra ser: Superior
a 50 kg para los grados 1 a 5 Superior a 25 kg para los grados 6 y
7 3 Procedimientoa. Se determina la granulometra original de la
muestra mediante tamizado y empleando la siguiente serie de
tamices, en mm 80- 63- 50- 40- 25- 20 -12,5 -10-6,3-5-2,5. El
material se deja separado en las fracciones correspondientes.b. Se
elige el grado de ensayo ms aproximadamente coincidente con la
granulometra original de la muestra, lo que significa ensayar la
mayor proporcin posible del rido original.Para ello se considera la
granulometra, expresada en porcentajes parciales retenidos en los
tamices; se calcula la sumatoria de porcentajes parciales retenidos
para cada grado del 1 al 7; y se elige el grado correspondiente a
la mayor sumatoria. (Ver tabla en Nch 1369).c. En caso que se trate
de prospecciones de yacimientos o rocas y ridos sin seleccin ni
tratamiento, se procesar la muestra a fin de componer la banda
granulomtrica adecuada al uso propuesto y elegir el grado de ensayo
correspondiente a dicha banda granulomtrica. 4 Ensayoa. Se pesan
los tamaos de las fracciones correspondientes al grado de ensayo
elegido. Se registra la masa total inicial (mi).b. Se coloca el
material en la mquina y se ensaya de acuerdo al grado elegido.c.
Completado el ciclo se saca el material y se tamiza por las mallas
de 2,5 mm y 1,6 mm.d. Se rene el material retenido, se lava y seca
a masa constante y se deja enfriar a temperatura ambiente.e. Se
pesa y registra la masa del material retenido final (mf).f. Se
calcula el desgaste de la grava como el porcentaje de prdida de
masa de la muestra de acuerdo a la siguiente frmula, aproximando a
0,1%.
EQUIVALENTE DE ARENADebido a que una buena cimentacin de un
camino necesita la menor cantidad de finos posible, sobre todo de
arcillas, que son los materiales que en contacto con el agua causan
un gran dao al pavimento, pues es necesario saber si la cantidad de
finos que contienen los materiales que sern utilizados en la
estructura del pavimento es la adecuada, por tal motivo se hizo
necesario el plantear una manera fcil y rpida que nos arroje dichos
resultados; sobre todo cuando se detectarn los bancos de
materiales.Se pretende que esta prueba sirva como una prueba rpida
de campo para investigar la presencia de materiales finos o de
apariencia arcillosa, que sean perjudiciales para los suelos y para
los agregados ptreos. EQUIPO:Probetas de acrlico de 38 cm de altura
( 15"), Cpsulas de aluminio, maya del # 4, pison el cual tendr una
marea que tiene una longitud desde la punta hasta la marca de 25.4
cm (10) peso 980 gr. Embudo.Balanza con aprox de 1gr.Solucin de
trabajo compuesta de cloruro de calcio, glicerina, formaldehdo y
agua destiladaRepisa donde colocar el frasco con la solucin del
trabajo. Se tendrn 90 mm de solucin de trabajo y se completara
hasta 1 galn agregndole agua.1 Cucharn.1 Charola redonda Tapones de
corcho.
PROCEDIMIENTO: Cribar por la malla # 4 unos 500 gr de material,
cuartearlo y tomar 2 muestras representativas del material con un
peso de 100 gr cada una las cuales pesaremos en las cpsulas.Agregar
en la probeta solucin de trabajo hasta la marca de 10 cm 4"
coloca4r dentro de la probeta el contenido en una de las cpsulas
procurando que la solucin impregne el suelo dndole unos golpes en
la parte inferior de la probeta y dejar en reposo durante 10 min.
Para que se homogenice la muestra, pasando ese tiempo se lleva a l
agitador y se coloca en l durante 45 seg. Y en caso de que no se
cuente con este elemento se ara manualmente agitndola en forma
horizontal de tal modo que se cumpla 90 cm.Se retira del agitador y
se coloca debajo del gabinete para agregarle solucin de trabajo
hasta la marca final ( 38 cm 15"). Este proceso de inicio debe
darse un picado con la varilla por la que fluye la solucin para que
tiendan a subir las partculas finas y no queden atrapadas debajo de
la arena, despus de esto se va subiendo lentamente el tubo regador
y se ira lavando las paredes de la probeta bajndose nuevamente el
tubo provocndole a la muestra una turbulencia con el mismo cuando
se llega a la marca final se cierra la manguera del irrigador y
esta solucin se deja en reposo durante 20 min.Despus de este tiempo
se lee directamente en la probeta la altura a la que se encuentra
los finos a este valor le llamaremos. Lectura de arcilla.Despus de
esto y ayudados con el pisn introducirlo lentamente para evitar
turbulencias cuando ya no baje ms se le dar un pequeo giro sin
aplicar presiones y ayudados con la marca del pisn tomaremos la
altura a la que se encuentra la arena a esto le llamaremos lectura
aparente de arena y para conocer la lectura real la Restaremos 25.4
cm 10".
Lectura aparente de arena = 14.45 " = 36.70 cmLectura real de
arena = 14.45" 10"= 4.45"= 11.303 cmLectura de arcilla = 9.4" =
23.88 cmPara obtener el equivalente de arena se aplicara la
siguiente expresin:Lectura de arena / Lectura de arcilla * 100EA =
Lectura de Arena * 100 = 11.30*100 = 47.21 %Lectura de Arcilla
23.88El ensaye se efectuara por duplicado con el mismo material
aceptndose tolerancias de +5%Lectura real de arena = 12.6" 10" =
2.6" = 6.60 cmLectura de arcilla = 11" = 27.94 cmEA = Lectura de
Arena * 100 = 6.60 *100 = 23.62 %Lectura de Arcilla 27.94
La estabilizacin de suelosNo siempre se encuentra el suelo
adecuado que garantice la estabilidad y durabilidad de una
explanada. Si unimos a ello la creciente importancia medioambiental
y la presin social por minimizar la apertura de nuevos prstamos y
vertederos necesarios para el movimiento de tierras de una
infraestructura, es evidente que deberamos esforzarnos en utilizar
materiales calificados como tolerables, marginales e incluso
inadecuados.La estabilizacin de suelos consiste en mejorar un suelo
existente adicionando un material, que normalmente es cal o
cemento. Las ventajas directas que obtenemos de la estabilizacin
son, entre otras, las siguientes: aprovechar suelos de baja
calidad, evitando su extraccin y transporte a vertedero; reducir la
sensibilidad al agua de los suelo, aumentando su resistencia a la
erosin, a la helada y otros agentes climticos; permitir la
circulacin por terrenos impracticables y obtener una plataforma
estable de apoyo del firme de infraestructuras lineasle que
colabore estructuralmente con el mismo. Los procedimientos ms
utilizados son la estabilizacin con cal y la estabilizacin con
cemento, aunque tambin se utilizan otros aditivos, destacando los
procesos de estabilizacin con ligantes hidrocarbonados y la
estabilizacin con cloruros.Llamamos estabilizacin de un suelo al
proceso mediante el cual se someten los suelos naturales a cierta
manipulacin o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus
mejores cualidades, obtenindose un firme estable, capaz de soportar
los efectos del trnsito y las condiciones de clima ms severas.Se
dice que es la correccin de una deficiencia para darle una mayor
resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad. Las tres
formas de lograrlo son las siguientes:
Estabilizacin Fsica:Este se utiliza para mejorar el suelo
produciendo cambios fsicos en el mismo. Hay varios mtodos como lo
son:
Mezclas de Suelos: este tipo de estabilizacin es de amplio uso
pero por si sola no logra producir los efectos deseados,
necesitndose siempre de por lo menos la compactacin como
complemento.Por ejemplo, los suelos de grano grueso como las
grava-arenas tienen una alta friccin interna lo que lo hacen
soportar grandes esfuerzos, pero esta cualidad no hace que sea
estable como para ser firme de una carretera ya que al no tener
cohesin sus partculas se mueven libremente y con el paso de los
vehculos se pueden separar e incluso salirse del camino.Las
arcillas, por lo contrario, tienen una gran cohesin y muy poca
friccin lo que provoca que pierdan estabilidad cuando hay mucha
humedad. La mezcla adecuada de estos dos tipos de suelo puede dar
como resultado un material estable en el que se puede aprovechar la
gran friccin interna de uno y la cohesin del otro para que las
partculas se mantengan unidas.GeotextilesVibroflotacin (Mecnica de
Suelos)Consolidacin Previa
Estabilizacin Qumica:Se refiere principalmente a la utilizacin
de ciertas sustancias qumicas patentizadas y cuyo uso involucra la
sustitucin de iones metlicos y cambios en la constitucin de los
suelos involucrados en el proceso.Cal: disminuye la plasticidad de
los suelos arcillosos y es muy econmica.Cemento Portland: aumenta
la resistencia de los suelos y se usa principalmente para arenas o
gravas finas.Productos Asflticos: es una emulsin muy usada para
material triturado sin cohesin.
Cloruro de Sodio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el
suelo, principalmente para arcillas y limos.Cloruro de Calcio:
impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo, principalmente
para arcillas y limos.Escorias de Fundicin: este se utiliza
comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia,
impermeabilizarla y prolongar su vida til.Polmeros: este se utiliza
comnmente en carpetas asflticas para darle mayor resistencia,
impermeabilizarla y prolongar su vida til.Hule de Neumticos: este
se utiliza comnmente en carpetas asflticas para darle mayor
resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida til.
Estabilizacin Mecnica:
Es aquella con la que se logra mejorar considerablemente un
suelo sin que se produzcan reacciones qumicas de
importancia.Compactacin: este mejoramiento generalmente se hace en
la sub-base, base y en las carpetas asflticas.