Instituto Tecnológico de Costa Rica

Escuela de Ingeniería en Construcción

Laboratorio de Mecánica de Suelos I

Índice de Soporte de California (CBR)

Estudiante: Francisco Rodríguez Bejarano

Carné: 200902223

Profesor: Dr. Rafael Baltodano Goulding

Grupo 01

I semestre 2012

1. Resumen

El informe que se presenta se trata del ensayo CBR conocido como índice

de california, de cómo se determina, y cuáles son sus objetivos, además de su

importancia. Este ensayo es usado normalmente para medir la resistencia de

la base y sub-bases de los pavimentos.

Además, es importante recalcar la importancia de utilizar un adecuado

proceso de selección del material que se utilizará en la falla, para que así éste

sea realmente representativo de las condiciones que presenta o puede llegar a

presentar el suelo.

Para el caso en estudio, que consiste en una grava mal graduada, el índice

de CBR varía entre 7 y 20, por lo que el suelo se clasifica cómo un suelo

regular, que puede ser utilizado cómo sub base en una carretera

2. Introducción

Para el desarrollo de las obras civiles, se hace de importancia vital conocer

las condiciones del suelo que se encuentra por debajo de dicha obra, y sobre

el cuál esta obra se apoyará, por lo que a lo largo del tiempo se han

desarrollado diferentes métodos de estudio. Uno de ellos fue desarrollado por

la división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar

la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.

Dicho ensayo se conoce cómo Índice de Soporte de California, o CBR (por sus

siglas en inglés), y tiene como principal finalidad determinar la capacidad de

soporte de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad

óptima y niveles de compactación variables.

El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de

humedad y densidad controladas, que además representan las condiciones

más extremas para el suelo, permitiendo obtener un (%) de la relación de

soporte. El (%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón

normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje

de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con

igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra

patrón de material chancado.

3. Marco Teórico

El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en

Kilos/cm2 (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 en una muestra estándar de

material triturada, en ecuación, esto se expresa:

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

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 el suelo específico, determinado utilizando

el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2

o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70

CBR Clasificación

general

Usos Sistema de Clasificación

Unificado AASHTO

0 - 3 muy pobre subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7

3 - 7 pobre a regular subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6

,A7

7 - 20 regular sub-base OL,CL,ML,SC A2,A4,A6

,A7

SM,SP

20 - 50 bueno base, sub

base

GM,GC,W,SM A1b,A2-

5,A3

SP,GP A2-6

> 50 excelente base GW,GM A1-a,A2-

4,A3

Tabla 1. Clasificación general del suelo y sus usos en pavimentos

Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se leen

tablas utilizando directamente el número CBR y se lee el espesor de la

subrasante.

4. Objetivos

Objetivo General:

Determinar el valor de CBR para la muestra de suelo asignada.

Objetivos Específicos:

Establecer el valor de hinchamiento para la muestra de suelo.

Determinar si sería o no un buen suelo para la construcción de una

carretera (principalmente).

Conocer las buenas prácticas en el desarrollo de la prueba del CBR.

5. Procedimiento y equipo

5.1 A grandes rasgos el procedimiento, para una mayor información del

procedimiento consultar la norma ASTM-D1

Se cuartea el material

Se preparó la muestra como se hizo en el ensayo del Proctor. Se

preparó una parte de finos y otra de gruesos

Con el ensayo del Proctor se determino la cantidad de agua que se

le iba a colocar

Se prepararon tres moldes

a) al primero se le dieron 60 golpes

b) al segundo se le dieron 30 golpes

al tercero se le dieron 15 golpes

se dejo la muestra a saturar 36 horas en la pila de saturación

se falló el material

Luego se determina la cantidad de arena que quedo dentro del

hueco restándole al total de la arena lo que quedo dentro del frasco.

5.1.1 Equipo para el ensayo CBR

Filtro

Papel de Filtro

Prensa de Ensaye

Molde

Disco espaciador

Pisón

Cargas

Pistón de penetración

Horno

Pila de saturación

Cucharas

Cápsulas

Bolsas plásticas

6. Resultados

A continuación se presentan los resultados con respecto a la determinación

de los contenidos de humedad.

Tabla 2. Contenidos de humedad para cada una de las muestras.

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

1 15 111,26 941,8 893,42 830,54 782,16 5,83

2 6 110,48 1360,9 1245,8 1250,4 1135,3 9,20

3 19 112,12 1017,6 887,43 905,48 775,31 14,38

Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.

Posteriormente, conociendo este contenido de humedad, se calcula el

porcentaje de compactación de la muestra.

Tabla 3. Compactación para cada muestra de suelo.

# Molde Golpes

Wmolde

(g)

Wt+Wmolde

(g) Wt (g) Ɣt Ɣs %C

1 65 7,175 11,905 4,73 2044,08 1931,56 105,20

13 30 7,234 11,995 4,761 2057,48 1884,08 102,62

10 10 7,16 11,775 4,615 1994,38 1743,71 94,97

Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.

Una característica importante en el estudio de un material es su

hinchamiento:

Tabla 4. Hinchamiento

Fecha Jueves Viernes Lunes

%

Expansión

Hora 01:35 p.m. 01:40 p.m. 10:30

Molde Li 1 D 2 D 4 D

1 50 50 50 51 2,00

13 50 51 51 51 0,00

10 50 51 51 52 1,96

Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.

Tabla 5. Penetraciones y esfuerzos para cada una de las muestras

No

Molde Penetración 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5

1 0,72 1,41 1,86 2,55 3,23 4,83 6,66 8,71 10,99 15,55 20,12

13 Resistencia 0,72 1,41 1,86 2,55 3,46 5,29 7,80 10,53 13,50 19,20 25,36

10 0,72 2,09 3,00 4,37 5,97 9,16 13,04 16,47 19,89 24,45 33,12

Fuente: Datos obtenidos en el laboratorio.

Gráfico 1. Penetración vrs. Resistencia

Fuente: Tabla 5

Gráfico 2. Porcentaje de compactación vrs. CBR

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Res

iste

nci

a (k

g/cm

2)

Penetración (pulg)

65 golpes

30 golpes

10 golpes

94,00

96,00

98,00

100,00

102,00

104,00

106,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00

Co

mp

acta

ció

n (

%)

CBR

Penetración 0,1

Penetración 0,2

7. Análisis de Resultados

La muestra de material utilizada en el laboratorio, la cual contenía tanto

partículas gruesas cómo finas, y que se podía caracterizar cómo una grava mal

graduada, tiene diferentes valores de CBR dependiendo de la energía de

compactación que se le aplique, por lo que si hacemos mención a la tabla1,

“Clasificación general del suelo y sus usos en pavimentos” podemos decir que

el suelo es un suelo regular, ya que todos sus valores variaron entre un CBR

de 7 y uno de 20, cómo se puede observar en el gráfico 2, por lo que

podríamos decir que este material puede ser usado en sub bases y su

clasificación de acuerdo a AASHTO puede ser A2, A4, A6 ó A7.

Dentro de estos resultados también podemos observar que las

compactaciones obtenidas fueron, en su mayoría, superiores al 100% esto

debido a que el porcentaje de humedad optimo según el laboratorio anterior y

mediante la técnica de Proctor era de 14% y en casi todas las muestras fue

menor el contenido de humedad que se colocó, lo cual nos da una

compactación deficiente, obteniendo valores diferentes al cien por ciento y por

ende una baja en el CBR por lo que podríamos esperar un CBR un poco mayor

al obtenido con el porcentaje de humedad óptimo. Además, debido a esto

podemos notar que el CBR puede tener errores en este caso, por lo que no es

del todo confiable.

Las expansiones obtenidas fueron de un 2% para el molde de 65 golpes, de

0% para la muestra a la cual se le aplicaron 30 golpes, y de 1,96% para la

muestra a la que se le aplicaron solamente 10 golpes, por lo que

principalmente, se puede rescatar cómo el suelo está propenso a expandirse

sin importar su grado de compactación, pero además, es importante rescatar

que quienes realizaron la compactación fueron los mismos estudiantes, por lo

que este proceso pudo haber sido realizado no de la mejor forma, lo cual pudo

haber influido en su expansión en el momento de colocarlo en saturación

completa.

8. Conclusiones

Debido a la expiación que tiene el suelo y su CBR no se recomienda

para el uso de una estructura de pavimento.

El material puede ser usado en sub bases.

El material es de calidad regular según el CBR.

Se debe buscar asegurar un contenido de humedad óptimo para lograr

una compactación idónea.

El ensayo de CBR se debe realizar buscando una representatividad real

de las condiciones y características del material

9. Bibliografía

Das, Braja. (2001).Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Thomson

Learning. México D.F.

Badillo, J. & Rodriguez (2005).Fundamentos de la mecánica de suelos.

LIMUSA. Mexico

Fournier,(2011).Presentacion “Resistencia en los Suelos”

D-1883: ASTM D1883-99 (1999) Standard Test Method for CBR

(California Bearing Ratio) of Laboratory-Compacted Soils. West

Conshohocken, PA, EE.UU.