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.