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    COMPACTACIN DE SUELOS

    INTRODUCCIN.

    I.- OBJETIVO.

    II.- ANTECEDENTES

    III.- METODOLOGA

    III.1 Procedimiento para prueba AASHTO.

    III.2 Procedimiento para prueba Valor Soporte de California (CBR)

    y Expansin (Exp) en Laboratorio.

    IV.- Clculos y Resultados

    IV.1 Calculos para la prueba AASHTO, Valor Soporte de California

    (CBR) y Expansin (Exp) en Laboratorio.

    IV.2 Clculos para prueba Valor Soporte de California (CBR) y

    Expansin (Exp) en Laboratorio.

    V.- COMENTARIOS DE GRUPO

    VI.- CONCLUSIONES

    VII.- BIBLIOGRAFIA

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    COMPACTACIN DE SUELOS

    INTRODUCCIN.

    El propsito de un ensayo de compactacin en laboratorio es determinar la

    curva de compactacin para una determinada energa de compactacin. Esta curvaconsidera en abscisas el contenido de humedad y en ordenadas la densidad seca.A partir de ella, se podr obtener la humedad llamada ptima que es la quecorresponde a la densidad mxima. Con estos resultados se podr determinar lacantidad de agua de amasado a usar cuando se compacta el suelo en terreno paraobtener la mxima densidad seca para una determinada energa de compactacin.Para cumplir este propsito, un ensaye de laboratorio debe considerar un tipo decompactacin similar a la desarrollada en terreno con los equipos de compactacina especificar.

    El agua juega un papel importante, especialmente en los suelos finos. Hayque hacer notar que cuando hablamos en este prrafo de suelos finos, no estamosrefirindonos a suelos que contengan ms de un 50% de finos, sino a la fraccinfina que controla este comportamiento. Esta fraccin fina, que puede ser paragravas sobre un 8% y para arenas sobre un 12% (Holtz 1973), lleva a limitar el usode la densidad relativa y, por lo tanto, obliga a su reemplazo por el ensayo decompactacin.

    El agua en poca cantidad, se encuentra en forma capilar produciendotensiones de compresin entre las partculas constituyentes del suelo que llevan ala formacin de grumos difciles de desintegrar y que terminan por dificultar lacompactacin. Mirado desde un punto de vista fsico-qumico, se produce unatendencia a la floculacin entre las partculas arcillosas, lo que produce unionesentre partculas difciles de romper. El aumento del contenido de humedad hacedisminuir la tensin capilar y a nivel fsicoqumico facilita la separacin de laspartculas - haciendo que una misma energa de compactacin produzca mejoresresultados en el grado de consistencia del suelo, representado por un menor ndicede vacos y un mayor peso unitario seco. Si por otra parte, el agua pasa a existir enuna cantidad excesiva antes de iniciar la compactacin, ella dificultar eldesplazamiento de las partculas de suelo debido a la baja permeabilidad del sueloy por ende a la dificultad de su eliminacin - produciendo una disminucin en laeficiencia de la compactacin. En consecuencia, existir para un determinado suelofino y para una determinada energa de compactacin, una humedad ptima parala cual esta energa de compactacin producir un material con densidad secamxima.

    Al compactar un suelo se persigue lo siguiente:

    (a) disminuir futuros asentamientos(b) aumentar la resistencia al corte(c) disminuir la permeabilidad

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    Para asegurar una compactacin adecuada deben realizarse canchas deprueba en terreno que permitirn definir los equipos de compactacin msadecuados para esos materiales, los espesores de capa y nmero de pasadas delequipo seleccionado para cumplir con las especificaciones tcnicas de densidadseca. El control de la obra final se realizar a travs de determinaciones de los

    parmetros densidad seca y humedad de compactacin de los rellenos colocados.Las especificaciones para la compactacin en terreno exigen la obtencin de unadensidad mnima que es un porcentaje de la densidad mxima seca obtenida en ellaboratorio. Una prctica comn para numerosas obras es exigir a lo menos el 95%del Proctor Modificado.

    DefinicionesEn 1933, R.R. Proctor defini el ensayo conocido como Proctor Estndar, el

    cual consiste en tomar una muestra de 3 kg de suelo, pasarla por el tamiz # 4,agregarle agua cuando sea necesario, y compactar este suelo bien mezclado en unmolde de 944 cm3 en tres capas con 25 golpes por capa de un martillo decompactacin de 24.5 N con altura de cada de 0.305 m. Esto proporciona unaenerga nominal de compactacin de 593.7 kJ/m3.

    Cuando el ensayo incluye el reuso del material, la muestra es removida delmolde y se toman muestras para determinar el contenido de humedad para luegodesmenuzarla hasta obtener grumos de tamao mximo aproximado al tamiz # 4.Se procede entonces a agregar ms agua, se mezcla y se procede a compactarnuevamente el suelo en el molde. Esta secuencia se repite un nmero de vecessuficiente para obtener los datos que permitan dibujar una curva de densidad secaversus contenido de humedad con un valor mximo en trminos de densidad seca,y suficientes puntos a ambos lados de ste. La ordenada de este diagrama seconoce como la densidad mxima, y el contenido de humedad al cual se presentaesta densidad se denomina humedad ptima.

    Durante la Segunda Guerra Mundial, los nuevos y pesados equipos deaviacin pasaron a exigir densidades de subrasante en las aeropistas, mayores queel 100 % del Proctor Estndar. Se introdujo entonces el ensayo de compactacinmodificado (Proctor Modificado, ensayo modificado AASHTO, o ensayo decompactacin modificado) en el que se utiliza una mayor energa de compactacin.

    Las caractersticas bsicas del ensayo son las misma del ensayo estndarde compactacin. El ensayo de compactacin modificado aplica una energanominal de compactacin al suelo de 2710 kJ/m3 lo que representa cerca de 5veces la energa de compactacin del ensayo estndar produciendo un incrementoentre un 5 y un 10 % de la densidad y una disminucin en la humedad ptima.

    Toda curva de compactacin estar siempre por debajo de la curva desaturacin, S = 100% la que puede ser graficada en la curva de compactacin unavez conocido el peso especfico de los granos, Gs. En el mismo grfico se puedenincluir las curvas para S = 90 y 80 %.

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    La curva S = 100% se obtiene calculando, para cualquier contenido dehumedad w, su peso unitario seco:

    (1)

    : densidad de slidos: peso unitario del agua: contenido de humedad

    La densidad seca la podemos expresar en funcin de la densidad hmeda yel contenido de humedad:

    (2)

    : densidad hmeda: contenido de humedad

    Las curvas para otros grados de saturacin, pueden ser fcilmentecalculadas.

    I.- OBJETIVO.

    Determinar la capacidad de soporte de un suelo en el laboratorio, preparando tresprobetas de suelo con la misma humedad y con niveles de energa variables.Establecer el %C mnimo necesario para que el suelo exhiba la respuesta requeridabajo las condiciones de hidratacin y sobrecarga del proyecto.Determinar la expansin (Exp) originada por saturacin de los materiales, as comoel Valor Soporte de California (CBR) en especmenes compactados dinmicamente,para verificar que cumplan con lo indicado en las Normas NCMT101, Materialespara Terrapln, NCMT102, Materiales para Subyacente y NCMT103,Materiales para Subrasante, respectivamente.

    II.- ANTECEDENTES

    El CBR es un ensayo para evaluar la calidad del un material de suelo con base ensu resistencia, medida a travs de un ensayo de placa a escala.

    CBR significa en espaol relacin de soporte California, por las siglas en ingls deCalifornia Bearing Ratio, aunque en pases como Mxico se conoce tambin esteensayo por las siglas VRS, de Valor Relativo del Soporte.

    Aunque fue desarrollado en 1925, el ensayo comienza a aparecer en los estndaresnorteamericanos ASTM (por American Standards for Testing and Materials) desde

    Gs1

    .Gs

    +=

    wd

    Gs

    w

    w

    1

    +=

    td

    wt

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    1964, en su versin para laboratorio (ASTM D 1883), y en su versin para campo(ASTM D 4429). A pesar de sus mltiples limitaciones, como se indicarn msadelante en este artculo, hoy por hoy, el CBR es uno de los ensayos msextendidos y aceptados en el mundo debido al relativo bajo costo de ejecucin (sise compara con ensayos triaxiales), y a que est asociado a un nmero de

    correlaciones y mtodos semi-empricos de diseo de pavimentos.

    Segn la norma ASTM D 1883-07, el CBR es un ensayo de carga que usa un pistnmetlico, de 0.5 pulgadas cuadradas de rea, para penetrar desde la superficie deun suelo compactado en un molde metlico a una velocidad constante depenetracin. Se define CBR, el parmetro del ensayo, como la relacin entre lacarga unitaria en el pistn requerida para penetrar 0.1 (0.25 cm) y 0.2 (0.5 cm) enel suelo ensayado, y la carga unitaria requerida para penetrar la misma cantidad enuna piedra picada bien gradada estndar; esta relacin se expresa en porcentaje.

    Fig. 1 Grafica de correlacin de Esfuerzo vs Penetracin

    III.- METODOLOGA

    Este mtodo cubre la determinacin del lmite lquido de un suelo mediante laelaboracin de una curva de flujo, resultado de la determinacin de cuatro puntoscon la ayuda del Aparato de Casagrande.

    Equipo AASHTO.

    El equipo para la ejecucin de las pruebas estar en condiciones de operacin,calibrado, limpio y completo en todas sus partes.

    MOLDES Metlicos de forma cilndrica, de 101,6 0,4 y 152,4 0,7 mm de dimetro

    interior, dependiendo de la variante de la prueba que se realice, de volmenes V y

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    masas Wt conocidos, provistos de una placa de base metlica a la cual se asegura

    el cilindro y una extensin o collarn removible con dimetro interior igual al del

    cilindro, con la forma y dimensiones indicadas en la Fig. 2 de este Manual.

    Fig. 2 Moldes cilndricos y pisones para las pruebas de compactacin AASHTO.

    PISONES Metlicos, con cara inferior de apisonado circular, de 50,8 mm de

    dimetro, acoplados a una gua metlica tubular, como el mostrado en la Figura 1 y

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    con las caractersticas indicadas en la Tabla 1 de este Manual, de acuerdo con el

    tipo de prueba de que se trate.

    TABLA 1.- Caractersticas de los pisones

    Tipo de prueba Estndar Modificada

    Masa del pisn, kg 2,5 0,01 4,54 0,01

    Dimetro del pisn, mm 50,8 50,8

    Altura de cada del pisn, cm 30,5 0,1 45,7 0,1

    REGLA Metlica, de arista cortante, de aproximadamente 25 cm de largo. D.4.

    BALANZAS Una con capacidad mnima de 15 kg y aproximacin de 5 g; otra con

    capacidad mnima de 2 kg y aproximacin de 0,1 g. D.5. HORNO Elctrico o de gas,

    con capacidad suficiente para contener el material de prueba, con termostato capaz

    de mantener una temperatura de 105C y aproximacin de 5C. D.6. BASE

    CBICA De concreto o de otro material de rigidez similar con dimensiones mnimas

    de 40 cm por lado.

    PROBETAS Una con capacidad de 500 cm3 y graduaciones a cada 10 cm3; otra

    con capacidad de 1 000.cm3 y graduaciones a cada 10 cm3.

    MALLAS " Y N4 Fabricadas con alambres de bronce o de acero inoxidable,

    tejidos en forma de cuadrcula, con abertura nominal de 19 y 4,75 mm

    respectivamente, que cumplan con las tolerancias indicadas en la Tabla 1 delManual MMMP106, Granulometra de Materiales Compactables para Terraceras.

    El tejido estar sostenido mediante un bastidor circular metlico, de lmina de

    bronce o latn, de 206 2 mm de dimetro interior y 68 2 mm de altura, sujetando

    la malla rgida y firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una

    distancia de 50 mm del borde superior del bastidor.

    CPSULAS Metlicas, con tapa.

    CHAROLAS De lmina galvanizada, de forma rectangular de 40 70 10 cm. D.11.CUCHARN De 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un

    paraleleppedo rectangular con slo cuatro caras, cuya cara menor lleva acoplado

    un mango metlico de seccin circular de 13 cm de largo.

    ACEITE Para lubricar las paredes de los moldes.

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    VARIANTES DE LAS PRUEBAS

    Cada prueba, segn su tipo, se realizar compactando el material con el pisn y en

    el nmero de capas que se indican en la Tabla 2, con una de las cuatro variantes

    que se refieren a continuacin y cuyas caractersticas se muestran en la Tabla 3 de

    este Manual.

    TABLA 2.- Pisones y nmero de capas para las pruebas AASHTO

    Tipo de prueba Estndar Modificada

    Masa del pisn, kg 2,5 0,01 4,54 0,01

    Nmero de capas del material 3 5

    Variante A, que se aplica a materiales que pasan la malla N4 (4,75 mm) y

    se compactan en el molde de 101,6 mm de dimetro interior.

    Variante B, que se aplica a materiales que pasan la malla N4 (4,75 mm) y

    se compactan en el molde de 152,4 mm de dimetro interior.

    Variante C, que se aplica a materiales que pasan la malla " (19 mm) y se

    compactan en el molde de 101,6 mm de dimetro interior.

    Variante D, que se aplica a materiales que pasan la malla " (19 mm) y se

    compactan en molde 152,4 mm de dimetro interior.

    TABLA 3.- Caractersticas de las variantes de las pruebas de compactacinVariantes A B C D

    Tamao mximo del material, mm 4,75 (N4) 19,0 ()

    Tamao de la muestra de prueba, kg 4,0 7,5 4,0 7,5

    Dimetro int. del molde, mm 101,6 0,4 152,4 0,7 101,6 0,4 152,4 0,7

    Nmero de golpes por capa 25 56 25 56

    Nota: La variante por usarse se indicar en la especificacin para el material que est siendo probado. Si

    ninguna variante est especificada se utilizar la variante A.

    III.1 Procedimiento para prueba AASHTO.PREPARACIN DE LA MUESTRA

    De acuerdo con lo indicado en el Manual MMMP103, Secado, Disgregado y

    Cuarteo de Muestras, se separa por cuarteos una porcin representativa de

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    aproximadamente 4 kg para las variantes A y C, y de aproximadamente 7,5 kg, para

    las variantes B y D.

    En el caso de las variantes A y B, el material se criba a travs de la malla N4 (4,75

    mm), mientras que para las variantes C y D el material se criba a travs de la malla

    " (19 mm); en ambos casos se efecta el cribado en forma manual, colocando la

    fraccin que pasa en una charola y desechando el retenido.

    Se homogeneiza perfectamente el material que constituye la porcin de prueba.

    PROCEDIMIENTO DE LAS PRUEBAS

    i) A la porcin preparada, se le agrega la cantidad de agua necesaria para que

    una vez homogeneizada, tenga un contenido de agua inferior en 4 a 6% respecto

    al ptimo estimado. Figura 3.

    Fig. 3 Se Homogeniza el material de prueba con el agua.

    ii) En el caso de que se hayan formado grumos durante la incorporacin del agua,

    se revuelve el material hasta disgregarlo totalmente. Se mezcla cuidadosamente

    la porcin para homogeneizarla y se divide en tres fracciones aproximadamente

    iguales, en el caso de la prueba estndar y en cinco porciones para la prueba

    modificada. Figura 4.

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    Fig. 4 Se Homogeniza el material de prueba con el agua.

    iii) Se coloca una de las fracciones de material en el molde de prueba seleccionado

    de acuerdo con la variante de que se trate Figura 4, con su respectiva extensin,

    el cual se apoya sobre el bloque de concreto para compactar el material con el

    pisn que corresponda, aplicando 25 golpes para el caso de las variantes A y C

    56 golpes para las variantes B y D, repartiendo uniformemente los golpes en

    la superficie de la capa, como se muestra en la Figura 3 de este Manual. Para

    el caso de la prueba estndar se utiliza el pisn de 2,5 kg, con una altura de

    cada libre de 30,5 cm y para el caso de la prueba modificada, la masa del pisn

    y la cada libre sern de 4,54 kg y 45,7.cm, respectivamente. Se escarifica

    ligeramente la superficie de la capa compactada y se repite el procedimiento

    descrito para las capas subsecuentes. Figura 5.

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    Fig. 4 Colocado del material en el molde en 3 capas.

    Fig. 5 Compactado del material por capa.

    iv) Terminada la compactacin de todas las capas, se retira la extensin del molde

    y se verifica que el material no sobresalga del cilindro en un espesor promedio

    de 1,5 cm como mximo; de lo contrario la prueba se repetir utilizando de

    preferencia una nueva porcin de prueba con masa ligeramente menor que la

    inicial. En el caso de que no exceda dicho espesor, se enrasa cuidadosamente

    el espcimen con la regla metlica. Figura 6

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    Fig. 6 Retiro de la extensin y enrace de la muestra con regla metlica

    v) A continuacin, se determina la masa del cilindro con el material de prueba y se

    registra como Wi, en g, anotndola en una hoja de registro. Figura 7.

    Fig. 7 determinacin de la masa del cilindro.

    vi) Se saca el espcimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de su partecentral se obtiene una porcin representativa para determinar su contenido de

    agua ; se registran los datos correspondientes a esta determinacin en la

    misma hoja de registro. Figura 8

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    Fig. 8 Porcin representativa del material al centro del cilindro.

    vii) Se incorporan las fracciones del espcimen al material que sobr al enrasarlo,

    en su caso, se disgregan los grumos, se agrega aproximadamente 2% de agua

    con respecto a la masa inicial de la porcin de prueba y se repiten los pasos

    descritos en las Fracciones ii) y vi) de este documento.

    viii) Con la misma porcin de prueba se repite lo indicado en la Fraccin vii) de este

    manual, incrementando sucesivamente su contenido de agua, hasta que dicho

    contenido sea tal que el ltimo espcimen elaborado presente una disminucin

    apreciable en su masa con respecto al anterior. Para definir convenientementela variacin de la masa volumtrica de los especmenes elaborados respecto a

    sus contenidos de agua, se requiere compactar cuatro o cinco especmenes,

    que en la segunda determinacin la masa del cilindro con el espcimen hmedo,

    sea mayor que en la primera y que en la penltima determinacin sea mayor

    que en la ltima.

    III.2 Procedimiento para prueba Valor Soporte de California (CBR) y Expansin

    (Exp) en Laboratorio.

    La prueba consiste en compactar dinmicamente tres especmenes del material

    bajo estudio, con diferentes energas de compactacin y un contenido de agua igual

    al del material en el banco a 1,5 m de profundidad; someter a cada espcimen a un

    proceso de saturacin para obtener su cambio volumtrico, y una vez saturado,

    introducir en l un pistn de penetracin de acero, con el propsito de cuantificar las

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    cargas necesarias para lograr magnitudes de penetracin especficas. La expansin

    (Exp) de cada espcimen es la relacin en porcentaje del incremento de su altura

    debido a la saturacin, entre su altura original y la menor 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). Con 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 en la Tabla 1 de las Normas NCMT101, Materiales para Terrapln,

    NCMT102, Materiales para Subyacente y NCMT103, Materiales para

    Subrasante, segn sea el caso, con el contenido de agua mencionado.

    EQUIPO Y MATERIALESEl equipo para la ejecucin de la prueba estar en condiciones de operacin,

    calibrado, limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales por emplear

    sern de alta calidad.

    1) EQUIPO DE CARGA

    Como el mostrado en la Figura 9 de este Manual, compuesto por:

    Fig. 9.- Equipo de carga

    2) Un gato de carga, mecnico o hidrulico, capaz de proveer un desplazamiento

    constante de 1,27 mm/min y con la capacidad mnima que se indica en la Tabla 4

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    de este Manual, de acuerdo con el mximo CBR que se espere determinar, provisto

    con un plato de apoyo donde se colocar el espcimen por probar.

    Tabla 4.- Capacidad mnima del equipo de carga

    CBR mximo esperado

    Capacidad mnima

    kN(t)

    20 11,2 (1,14)

    50 22,3 (2,27)

    > 50 44,5 (4,54)

    3) Un marco de carga adosado al gato de carga y adaptado para sujetar el anillo de

    medicin y el pistn de penetracin que se indican en los Incisos D.1.3. y D.1.4.,

    respectivamente.

    4) Anillos de medicin de carga calibrados, con una capacidad acorde al nivel de carga

    que se indica en la Tabla 1 de este Manual, provistos con un extensmetro de 5 mmde carrera, con graduaciones a cada 0,001 mm y cartula ajustable a ceros. Los

    anillos con capacidad de 10 y 30 kN (1 020 y 3 060 kg, respectivamente), con

    aproximacin de lectura de 44 N (4,54 kg), han dado buenos resultados.

    5) Un pistn de penetracin de acero, con seccin circular de 49,63 0,13 mm de

    dimetro y aproximadamente 100 mm de longitud.

    6) Un extensmetro para medir la penetracin, de 25 mm de carrera mnima, con

    aproximacin de 0,01 mm y cartula ajustable a ceros; provisto de una abrazadera

    con varillas de extensin y dispositivo giratorio, para acoplarlo al pistn depenetracin y acomodarlo para apoyar su vstago sobre las paredes de los moldes.

    7) Un cronmetro o reloj con aproximacin de 1 s.

    DISPOSITIVOS DE MEDICIN DE EXPANSIN

    1) Tres dispositivos de medicin de expansin como el mostrado en la Figura 10 de

    este Manual, compuestos por:

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    Fig. 10.- Dispositivo de medicin de expansin1.1) Una placa de expansin circular de 149,23 a 150,81 mm de dimetro,

    con al menos 42 orificios de 1,6 mm de dimetro distribuidos uniformemente,

    provista de un vstago de altura ajustable.

    1.2) Un trpode para soportar un extensmetro de 5 mm de carrera mnima,

    con aproximacin de 0,01 mm y cartula ajustable a ceros, para medir la

    expansin (Exp) del material.

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    2) MOLDES Tres moldes cilndricos de acero, de 152,4 0,66 mm de dimetro interior

    y 177,8 0,46 mm de altura, provistos cada uno de un collarn de extensin de 50,8

    mm de altura mnima, con el mismo dimetro interior del molde y de una placa de

    base perforada con al menos 28 orificios de 1,6 mm de dimetro, distribuidos

    uniformemente, as como de una placa de base sin perforaciones por cada grupode moldes. Una vez ensamblados, con el disco espaciador al que se refiere la

    Fraccin D.4., los moldes tendrn un volumen de 2 124 25 cm3. Tanto las placas

    de base como el collarn estarn fabricados de tal manera que se puedan acoplar

    en cualquier extremo del molde, como se muestra en la Figura 11 de este Manual.

    Fig. 11.- Molde con collarin de extensin para la determinacin del

    Valor Soporte California (CBR)

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    3) DISCO ESPACIADOR Disco de acero de 150,8 0,8 mm de dimetro y 61,4 0,13

    mm de altura, como el mostrado en la Figura 12 de este Manual, provisto con un

    maneral desmontable para extraer el disco espaciador del molde.

    Fig. 12.- Disco espaciador y maneral

    4) PISONES Dos pisones metlicos del tipo martillo deslizante, uno con masa de 2,5

    0,01 kg y altura de cada de 305 1 mm, y otro con masa de 4,54 0,01 kg y

    altura de cada de 457 1 mm, ambos con cara inferior de apisonado circular de

    50,80 0,25 mm de dimetro y acoplados a sendas guas metlicas tubulares, con

    la forma y dimensiones mostradas en la Figura 13.

    Fig. 13.- Disco espaciador y maneral

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    5) BASE CBICA De concreto o de otro material de rigidez similar con dimensiones

    mnimas de 40 cm por lado.

    6) PLACAS DE CARGA Un juego de placas circulares de acero, como las mostradas

    en la Figura 14, integrado por:

    Fig. 14.- Placas de carga

    7) Una o dos placas anulares, con dimetro de 149,23 a 150,81 mm, con un orificio

    central de aproximadamente 54,0 mm de dimetro y con una masa de 4,54 0,02

    kg.

    8) Dos placas ranuradas, con dimetro de 149,23 1,6 mm y una masa de 2,27 0,02

    kg cada una. La ranura que comunique el orificio central con el permetro exterior

    tendr un ancho de aproximadamente 54,0 mm.

    9) TANQUE DE SATURACIN Con capacidad suficiente para mantener el nivel del

    agua 25 mm por encima de los moldes.

    10) MALLAS " Y N4 Fabricadas con alambres de bronce o de acero inoxidable, tejido

    en forma de cuadrcula, con abertura nominal de (19 mm) y N4 (4,75 mm)

    respectivamente, que cumplan con las tolerancias indicadas en la Tabla 1 del

    Manual MMMP106, Granulometra de Materiales Compactables para Terraceras.

    El tejido estar sostenido mediante un bastidor circular metlico, de lmina de

    bronce o latn, de 206 +- 2 mm de dimetro interior y 68 +- 2 mm de altura, sujetando

    la malla rgida y firmemente mediante un sistema de engargolado de metales, a una

    distancia de 50 mm del borde superior del bastidor.

    11) BALANZA Con capacidad mnima de 15 kg y aproximacin de 1 g.

    12) CHAROLAS De lmina galvanizada, de forma rectangular de 40 70 10 cm.

    13) CUCHARN De 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura, formando un

    paraleleppedo rectangular con slo cuatro caras, cuya cara menor lleva acoplado

    un mango metlico de seccin circular de 13 cm de largo.

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    14) PROBETAS Una con capacidad de 25 cm3 y graduaciones a cada 0,2 cm3; otra

    con capacidad de 100 cm3 y graduaciones a cada 1 cm3; y otra con capacidad de

    500 cm3 y graduaciones a cada 5 cm3.

    15) REGLA Metlica, con una arista cortante, de aproximadamente 25 cm de largo.

    16) ACEITE Para lubricar las paredes de los moldes.17) PAPEL FILTRO Paquete de papel filtro grueso, circular de 149,23 a 150,81 mm de

    dimetro

    IV.- CLCULOS Y RESULTADOS

    IV.1 Prueba AASHTO, Valor Soporte de California (CBR) y Expansin (Exp) enLaboratorio.

    i) En una hoja de registro, se anota la masa volumtrica del material hmedo de

    cada espcimen; para calcularla se emplea la siguiente expresin:

    1000*V

    WWt

    m

    =

    i (3)

    Donde:

    m : Masa volumtrica del material hmedo, (kg/m3)

    iW : Masa del cilindro con el material hmedo compactado, (g)

    tW : Masa del cilindro, (g)V : Volumen del cilindro, (cm3)

    Se calcula y se registra en la hoja de registro, la masa volumtricaseca de cada espcimen, empleando la siguiente expresin:

    100*100

    m

    d

    +=

    (4)

    Donde:

    d : Masa volumtrica del material hmedo, (kg/m3)

    m : Masa del cilindro con el material hmedo compactado, (g) : Masa del cilindro, (g)

    ii) En una grfica, en la que en el eje de las ordenadas se indican las masasvolumtricas secas d y en el de las abscisas los contenidos de agua , sedibujan los puntos correspondientes a cada espcimen, los que se unen con unalnea continua de forma aproximadamente parablica denominada curva decompactacin, la que determina la variacin de la masa volumtrica seca del

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    material para diferentes contenidos de agua y una misma energa decompactacin, como la que se ilustra en la misma Figura.

    iii) Se determinan y reportan la masa volumtrica mxima seca del material, mx

    ,

    en kg/m3 y su contenido de agua ptimo,1o

    , en %, que se obtienen en forma

    grfica de la curva de compactacin: La ordenada en el punto ms alto de dichacurva representa la masa volumtrica seca mximamx

    y la abscisa de ese punto,

    el contenido de agua ptimo,1o

    .

    iii) En caso necesario, se determina la curva de saturacin terica del material, paralo que se calculan los contenidos de agua para las masas volumtricas secas,

    d , con los que el material compactado quedara saturado,

    dsat . Este clculo se

    realiza para 4 masas volumtricas secas diferentes, utilizando la siguienteexpresin:

    100*1o

    sat

    =

    sd S (5)

    Donde:

    sat : Contenido de agua para el cual el material, en las condicionesde compactacin, estara saturado, (%)

    d : Masa volumtrica seca del material compactado, (kg/m3)

    sS : Densidad relativa de slidos del material, determinada segn

    corresponda al tamao de sus partculas, como se indica en elManual MMMP105, Densidades Relativas y Absorcin

    o : Masa volumtrica del agua destilada a 4C, (kg/m3),considerada en la prctica como 1.000 kg/m3

    iv) En la misma grfica que contiene la curva de compactacin, se dibujan y unencon una lnea continua, los puntos correspondientes a las masas volumtricassecas del material y los contenidos de agua para los cuales estara tericamentesaturado, calculados como se indica en la Fraccin anterior, obtenindose lacurva de saturacin terica; se verifica que la curva de compactacin no corte la

    curva de saturacin terica. En la Figura 4 de este Manual, se muestran lascurvas de 100 % de saturacin terica tpicas correspondientes a materialescuyas densidades relativas varan de 2,4 a 2,8. Es usual trazar tambin lascurvas correspondientes a grados de saturacin terica de 90 y 95 %, las que sipueden ser cortadas por la curva de compactacin. Para simplificar los clculosque definen la curva de 100 % de saturacin terica, dependiendo de ladensidad de slidos del material, los datos pueden tomarse de la Figura 15.

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    Fig. 15.- Curvas tpicas de saturacin terica.v) Todos los clculos correspondientes a la curva de compactacin, se reportan en

    el formato elaborado por el alumno.

    IV.1.1 Calculo para la determinacin de la Densidad de Slidos (Gs).

    Tabla 5 Densidad de Slidos, Calculo.

    Matraz No. D C

    Temperatura, t, C 27.5 27.5

    Peso del frasco, Wfw,g 661.17 673.36

    Tara No. 37 26

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    Peso de la tara, Wtara, g 3!.2 3"2."

    Peso de la tara # Peso del suelo, Wtara# Ws, g "7$. "5$.

    Peso del suelo, Ws, g $$.7 116.5

    Peso del frasco co% suelo, Wfws, g 716.6 7"6

    &e%s'dad de s(l'do, )s 2.67 2.66

    )s *Promed'o+ 2.66

    -serac'o%es/ El material analizado es un limo arenoso.

    Los frascos D y C son un promedio de sus 5 pesos respectivos analizados.

    Resultados finales

    IV.1.2 Calculo para la determinacin de AASHTO.

    Tabla .! Calculo Ensayo de Compactacin

    Tipo de prueba: 00T st4%dar

    Peso del martillo (gr): 2,3$$.5 Altura de cada (cm): "5

    N de capas: 3 N de golpes/capa: 56

    Volumen del molde (cm3): 33.6

    CALCULO DE CONTENIDO DE HUMEDAD

    MUESTRA N 1 2 3 4 5 6

    Masa de la Tara # suelo

    umedo 177.10 164.20 173.00 192.60 193.90 176.80

    Masa de la Tara # suelo

    seco 172.33 159.63 167.03 184.74 184.16 167.24

    Masa del agua 4.77 4.57 5.97 7.86 9.74 9.56

    Masa de la Tara 123.90 123.60 123.60 135.40 129.72 119.20

    Masa del suelo seco 48.43 36.03 43.43 49.34 54.44 48.04

    co%te%'do de umedad

    *+ 9.85 12.68 13.75 15.93 17.89 19.90

    CALCULO DE PESO ESPECIFICO SECO

    N DE PRUEA 1 2 3 " 5 6

    Masa del suelo # molde

    *gr+ 3355 3510.7 3573.5 3696.5 3706 3678.1

    Masa del molde *gr+ 1830.7 1830.7 1830.7 1830.7 1830.7 1830.7

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    Masa del suelo e% molde

    *gr+ 1524.3 1680 1742.8 1865.8 1875.3 1847.4

    &e%s'dad umeda

    *grcm3+ 1.6326701 1.7994396 1.8667044 1.9984491 2.0086245 1.9787409

    &e%s'dad seca *grcm3+ 1.4862822 1.5968918 1.6411128 1.723837 1.7037943 1.6503249

    RESULTADOSCONTENIDO DE HUMEDAD PTIMO (%): 16.56 %PESO ESPECIFICO SECO M!IMO ("#$M3): 1.72978 gr/cm

    1."5

    1.5

    1.55

    1.6

    1.65

    1.7

    1.75

    ! 5 1! 15 2! 25

    Pe

    sospec'f'co1ecogr7cm3

    Co%te%'do de umedad *+

    M!todo de "a Ec#acin Po"inomica

    Fig. 16.- Grafico Pesos Especifico vs Contenido de Hmedad

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    IV.1.2 Calculo para la determinacin Valor Soporte California (CBR) yExpansin (EXP).

    Tabla 7.- Calculo Valor Soporte California (CBR) y Expansin (EXP)

    MOLDE 6 4 3

    Diametro molde (cm) 15.25 15.23 15.245

    Altura molde Hm (cm) 17.8325 17.78 17.7775

    Area molde (cm2) 182.6541604 182.1753817 182.5344068

    Volumen del especimen (cm3) 2122.350016 2107.22264 2110.919147

    Peso molde Wm (g) 4168.2 4704.3 4695.5

    Disco espaciador s/n s/n s/n

    Alltura disco espaciador (cm) 6.213 6.213 6.213

    Peso Mold + esp. Comp. (g) 7921.9 8657.1 8918

    Peso esp. Comp. (g) 3753.7 3952.8 4222.5

    Cont. hum.sat. W(%) 16.4 16.4 16.4

    Peso vol. Humedo (kg/m3) 1768.652659 1875.83406 2000.313468

    Peso vol. seco (kg/m3) 1519.461047 1611.541289 1718.482361

    Lectura inicial de exp. (cm) 8.923 7.235 7.87

    Lectura final de exp. (cm) 8.909 7.214 7.846

    Diferencia D (cm) 0.014 0.021 0.024

    Expansin (%) 12.05 18.16 20.75

    Exp.Prom. (%) 16.99

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    Tiempo (s)Penetracin

    (mm)

    Cargas de Penetracin (kg)

    7 8 9

    0 0 0 0 0

    30 0.64 220 340 260

    60 1.27 260 430 400

    90 1.91 300 520 550

    120 2.54 340 600 690

    150 3.81 410 760 990

    180 5.08 470 840 1150

    300 7.62 479 1080 1450

    420 10.16 630 1170 1710

    540 12.7 780 1340 2100

    C 2.54 340 600 690

    !

    5!!

    1!!!

    15!!

    2!!!

    25!!

    ! 5 1! 15

    Carga(Kg)

    Penetracin (mm+

    PC8MN 1

    PC8MN 2

    PC8MN 3

    Fig. 17.- Grafico Carga vs Penetracin de los especmenes

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    CBR 2.54(%) 25 44.1176471 50.73529

    C 5.08 470 840 1150

    CBR 5.08(%) 34.56 61.76 84.56

    CBR (%) 44.3

    Fig. 17.- Grafico Peso Volumtrico Seco vs CBR (%)RESULTADOSPesos Volumtrico Seco, 1615 Kg/cmValor Soporte California (CBR) 44 %

    !123"567$

    1!1112131"1516171$12!2122232"2526272$23!3132333"3536373$3"!"1"2"3"""5"6"7"$"5!5152535"

    15!! 155! 16!! 165! 17!! 175!

    C9:6

    P, ;,gcm3+

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    IV.1.3 Calculo para la determinacin de la Densidad de Slidos (Gs).

    Tabla ".# Densidad de Slidos, Calculo.Matraz No. D C

    Temperatura, t, C 27.5 27.5

    Peso del frasco, Wfw,g 661.17 673.36

    Tara No. 37 26

    Peso de la tara, Wtara, g 3!.2 3"2."

    Peso de la tara # Peso del suelo, Wtara# Ws, g "7$. "5$.

    Peso del suelo, Ws, g $$.7 116.5

    Peso del frasco co% suelo, Wfws, g 716.6 7"6

    &e%s'dad de s(l'do, )s 2.67 2.66

    )s *Promed'o+ 2.66-serac'o%es/ El material analizado es un limo arenoso.

    Los frascos D y C son un promedio de sus 5 pesos respectivos analizados.

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    V.- COMENTARIOS DE GRUPO

    La prueba de compactacin AASHTO modificada es muy sencilla y rpida de

    realizar, lo nico que puede retrasar un poco dicha prueba es la obtencin delcontenido de humedad. En lo que se refiere al procedimiento no presenta mayor

    problema debido a que es repetitiva adems de que no requiere equipo de gran

    tamao o difcil de maniobrar.

    Con esta prueba se obtiene la humedad ptima de compactacin, as como, el peso

    especfico seco mximo, con la finalidad de obtener una muy buena compactacin

    en campo si se reproducen las condiciones en las que se realiza la prctica en ellaboratorio; ofrece resultados confiables que si realmente se cumplen en campo se

    pueden obtener resultados satisfactorios.

    Valor Soporte de California (CBR,California Bearing Ratio), tambin conocido como

    Valor Relativo de Soporte(VRS ), as como la expansin (Exp). (Especificacin SCT

    MMMP111)

    La prueba consiste en compactar dinmicamente tres especmenes del material

    bajo estudio, con diferentes energas de compactacin (ver Tabla 4) y un contenido

    de agua igual al del material en el banco a 1,5 m de profundidad; someter a cada

    espcimen a un proceso de saturacin para obtener su cambio volumtrico y una

    vez saturado, introducir en l un pistn de penetracin de acero, con el propsito de

    cuantificar las cargas necesarias para lograr magnitudes de penetracin

    especficas. La expansin (Exp) de cada espcimen es la relacin en porcentaje del

    incremento de su altura debido a lasaturacin, entre su altura original.

    H

    hExp

    =

    100

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    h = Diferencia entre la lectura inicial y final en el extensmetro del dispositivo de expansin del

    molde.

    H = Altura del espcimen de suelo compactado

    La 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).

    .= Valor Soporte de California determinado para una penetracin de 2.54mm.= Valor Soporte de California determinado para una penetracin de 5.08mm.= Carga aplicada o corregida (kN) para una penetracin de 2.54mm.= Carga aplicada o corregida (kN) para una penetracin de 5.08mmSe selecciona como el Valor Soporte de California (CBR) de cada espcimen

    compactado, al valor que resultemenor entre los .y ..

    Promediando los datos obtenidos de los tres especmenes, se estiman la expansin

    (Exp) y el Valor Soporte deCalifornia (CBR) que tendra el material compactado al

    grado de compactacin especificado y contenido de agua mencionado.

    34.13

    54.2100

    54.2

    C

    CBR =

    01.20

    08.5100

    08.5

    C

    CBR =

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    VI.- CONCLUSIONES

    Se determin el peso volumtrico seco mximo y la humedad optima, para un suelopor medio de las siguientes pruebas:El tipo de material ensayado fue un limo-arenoso color caf claro, con pequeos

    fragmentos de grava de tamao No 8.1. AASHTO ModificadaVariante A

    RESULTADOSContenido de Humedad ptimo: 16.56 %Peso Especfico Seco Mximo: 1.72978 gr/cm

    2. Valor Soporte de California (CBR)RESULTADOSPesos Volumtrico Seco, 1615 Kg/cmValor Soporte California (CBR) 44 %

    3. Expansin (Exp)RESULTADOSExp 16.99 %

    4. Densidad de Slidos (Gs)RESULTADOSGs 2.66El material analizado corresponde a un limo arenoso

    VII.- BIBLIOGRAFIA.

    1. MMP. Mtodos de muestreo y pruebas de materiales.M.MMP.1.09/06 Suelos y materiales para terraceras. CompactcionAASHTO.

    2. Determinacin de peso volumtrico seco mximo y humedad optimapara suelos(ASTM D1557, AASHTO T180)

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    32/32

    3. Libro 6 Normas para muestreo y pruebas de materiales equipos ysistemas (SCT 1986), Parte 6.01 Carreteras y aeropistas Titulo 6.01.01Material para terraceras

    4. Libro Mecnica de suelos, Autor:Jurez Badillo- RicoRodrguez Fundamentos de la mecnica de suelosTomo 1

    5. Libro Fundamentos de ingeniera geotcnica Autor:Braja M. Das

    6. Manual de laboratorio de suelos en ingeniera civil Autor: Joseph E.Bowles