CBR VRS Y PRUEBA DE PLACA.pdf

7/22/2019 CBR VRS Y PRUEBA DE PLACA.pdf

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3.- CBR, VRS Y PRUEBA DE PLACA

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 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 losestndares norteamericanos ASTM (por American Standards for Testing andMaterials) desde 1964, en su versin para laboratorio (ASTM D 1883), y en suversin 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 mundodebido al relativo bajo costo de ejecucin (si se compara con ensayos triaxiales), ya que est asociado a un nmero grande de correlaciones y mtodos semi-empricosde diseo de pavimentos.

El valor de CBR tiene sus limitaciones como parmetro geomecnico para eldiseo de pavimentos y rellenos estructurales, sin embargo, sigue resultando muyutilizado por su costo y relativa facilidad.

El valor de soporte de California, cuyas siglas CBR viene de CaliforniaBearing Ratio fue considerada por Porter en el estado de California para


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estandarizar un modelo de ensaye a esfuerzo cortante para determinar la resistenciadel suelo para ser considerado en el diseo de un pavimento. En Mxico fueconsiderado como el Valor Relativo de Soporte, contemplando el ajuste propuesto

por el Ing. Rodrigo Padrn para el manejo de las caractersticas de clima propiciasen Mxico mediante el ajuste de humedades a diferentes grados de compactacin,creando el estndar VRS modificado, mismo que se usa para disear los espesoresde 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 ensuelos ensayados en condicin en seco o tal como se compact. Dichosvalores debern ser interpretados.

En la versin de CBR de laboratorio, los especmenes de suelo se compactancon el equipamiento del ensayo Proctor, utilizando moldes de 6 de dimetro ymartillo grande. La velocidad de penetracin del pistn durante el ensayo esconstante 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 elnmero 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 unadiferente, como por ejemplo tal como se compact, o la llamada humedad deequilibrio u optima. La de 4 das es tambin la condicin ms utilizada en todo elmundo; inclusive hay especificaciones que la requieren expresamente(independientemente de que el suelo no vaya a estar en esa condicin durante lavida til del pavimento o estructura civil).

ASTM dice que el nmero de sobrecargas, que es un mximo de tres, debenutilizarse segn el nivel de confinamiento al que se estime vaya a tener el suelo enla estructura. El nmero mnimo es una.

Succin: mientras mayor es la succin, el suelo est ms seco y se aumenta la resistencia. Si

disminuye la succin el suelo baja su resistencia. Esto est relacionado con el grado de

saturacin. a) Para un mismo grado de compactacin, el valor CBR disminuye con el aumento del

grado de saturacin. b) Para un mismo grado de saturacin, el valor CBR aumenta con el grado

de compactacin


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Uso del ensaye: El CBR es un ensayo que se puede utilizar para evaluar y disear.Se evalan subrasantes o superficies de colocacin de estructuras. Por otra parte, sedisean suelos para ser utilizados como materiales de base y subbase de pavimento,o para rellenos estructurales.

Limitaciones del ensayo: La siguiente es una lista no exhaustiva de limitacionesque 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 geomecnico, aunqueest asociado a mltiples correlaciones y mtodos semiempricos de diseo de

pavimentos.2. Durante el ensayo bajo condicin de 4 das de inmersin no es posiblecontrolar el grado de saturacin del suelo. El espcimen es sacado del agua ydejado escurrir por 15 minutos antes de ser ensayado. Este escurrimientoincrementa la succin en el suelo de forma descontrolada, lo que da lugar aresultados sesgados.


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3. La grfica densidad versus CBR recomendada en el procedimiento ASTMpara 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 suelocompactado. De hacerse se obtendran resultados sesgados ya que no hay forma deasegurar que todos los especmenes pertenecientes a la grfica tienen el mismogrado de saturacin.4. El comentario final es que, aun siguiendo la norma ASTM, teniendo lacompetencia del mejor laboratorista, los equipos nuevos y recin calibrados, ydejando de un lado las variaciones propias del ensayo como proceso estocstico, unmismo suelo puede tener tantos valores de CBR como condiciones de ensayo setengan. Esta afirmacin es lo suficientemente fuerte para provocar una intensa

polmica, y la cantidad de informacin es tal que es necesario tiempo para digeriresta idea poco a poco.

A continuacin se presenta un resumen de Las Normas querigen esta prueba y sus variantes

3.1.- PRUEBA CBR DE ACUERDO A LA NORMA ASTM D 1883.

California Bearing Ratio (CBR): Segn la norma ASTM D 1883-07, el CBR esun ensayo de carga que usa un pistn metlico, de 0.5 pulgadas cuadradas de rea,

para penetrar desde la superficie de un suelo compactado en un molde metlico auna velocidad constante de penetracin. Se define CBR, el parmetro del ensayo,

como la relacin entre la carga unitaria en el pistn requerida para penetrar 0.1(2.54 mm) y 0.2 (5.08 mm) en el suelo ensayado, y la carga unitaria requeridapara penetrar la misma cantidad en una piedra picada o triturada bien graduadaestndar; esta relacin se expresa en porcentaje.

Por cada espcimen de suelo se calculan dos valores de CBR, uno a 0.1(2.54mm) de penetracin, y el otro a 0.2 (5.08mm) de penetracin. La pregunta desiempre es cul de los dos es el CBR que se reporta? ASTM dice que el que sereporta es el de 0.1 mientras este sea menor que el de 0.2. En el caso en el queel valor de CBR para 0.1 fuera mayor que el de 0.2 habra que repetir el ensayo

para ese espcimen (La norma en ingls dice rerun, que traducimos como volvera hacer el ensayo, pero no aclara si hay que volver a fabricar el espcimen o si se

puede utilizar la opcin de voltearlo y ensayarlo por el otro extremo).

El ensayo CBR mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones dehumedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un nmero de larelacin de soporte pero, de la aseveracin anterior, es evidente que ste nmero no


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es constante para un suelo dado, sino que se aplica al estado en el cul seencontraba el suelo durante el ensayo. El nmero CBR (o simplemente CBR) seobtiene como la relacin de la carga unitaria (en lbs/plg) necesaria para lograr unacierta profundidad de penetracin del pistn (con un rea de 19.4 cm) dentro de lamuestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas conrespecto a la carga unitaria patrn requerida para obtener la misma profundidad de

penetracin en una muestra estndar de material triturado y vara de acuerdo a lacompactacin del suelo su contenido de humedad al compactar y cuando se realizael ensayo.

Variantes del Ensayo CBR : Segn se desprende de la norma ASTM D 1883-84,el ensayo de CBR posee dos variantes, a saber: una llamada CBR parahumedad ptima, y la otra llamada CBR para un rango de contenidos deagua.

3.1.1.- Variante 7.1: CBR bajo contenido ptimo de agua (efecto de la densidad)Esta variante es la ms conocida, se refiere a la elaboracin de tres especmenes, o

probetas, elaboradas con el suelo mezclado a humedad ptima de proctormodificado, y compactado con energas respectivas de, regularmente, 12, 25 y 56golpes/capa.El CBR de diseo se obtiene realizando una grfica donde se evalael efecto de la densidad en el CBR. Los puntos experimentales son ajustados poruna curva en la que, entrando con el 95% de la densidad mxima seca (DMS o pesovolumtrico seco mximo) del Proctor Modificado, se obtiene el correspondientevalor de CBR. Esta variante es muy adecuada para suelos que no son


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susceptibles a la hidratacin (v.g. arenas y gravas limpias). El valor de 95% fuefijado desde el principio de forma emprica, de uso y costumbre y qued comoespecificacin a pesar de ser una mera recomendacin.

El CBR para humedad ptima es la variante ms popular y es conocida tambincomo CBR de tres puntos. Consiste en elaborar tres especmenes compactando elsuelo con energas de compactacin de 12, 25 y 56 golpes por capa. La humedad demezclado del suelo es la humedad ptima del Proctor Modificado. Para obtener elCBR del suelo se prepara una grfica con los resultados del ensayo de los tresespecmenes poniendo en las abscisas al grado de compactacin o la densidad y enlas ordenadas al valor de CBR, y se unen los puntos a travs de una curva. El CBRdel suelo se define como el intercepto correspondiente al grado mnimo decompactacin establecido por la especificacin del proyecto o agencia solicitante.Aunque ASTM explica que esta variante est destinada a suelos que no son

susceptibles al humedecimiento (por ejemplo, suelos granulares limpios), esprctica comn utilizarla para todo tipo de suelos (corriendo el riesgo de no evaluarla influencia de la humedad en un suelo susceptible a la humedad).

3.1.2.- Variante 7.2: CBR para un amplio rango de contenidos de aguaEsta variante es llamado CBR de 15 puntos, permite evaluar el efecto no slo delnivel de densificacin en el CBR, sino tambin del contenido de agua pues se sabe


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que ciertos suelos, cuando estn secos, presentan resistencias (CBR) ms elevadasque cuando estn hmedos. Para ensayos en los cuales el resultado se determinar

por un rango de contenidos de agua, se prepararn una serie de especmenes a cadauna de tres energas de compactacin en el rango de contenidos de agua requerido.Las energas de compactacin se escogen para producir pesos unitarios encima yabajo del peso unitario deseado. Luego de permitir que los especmenes tomenagua por inmersin, u otro tratamiento especificado como curado, se penetra cadauno. Los resultados se grafican para obtener el CBR de cada espcimen. Se realizaun grfico de CBR contra peso unitario para cada contenido de agua, a fin dedeterminar el mnimo CBR para el rango de contenidos de agua requerido.

El CBR para un rango de humedad es conocido tambin como CBR de 15 puntosy ASTM lo recomienda para suelos susceptibles a la humedad (sueloscohesivos o todos los suelos no limpios) o en los que se quiera evaluar el efecto de

la humedad en la resistencia. ASTM dice que se preparan varios especmenes desuelo compactndolos en un rango de contenidos de agua similares a los que se

piensa estar sometido en campo, y a varios niveles de energa de compactacin,tpicamente 12, 25 y 56 golpes por capa. Aunque antes el procedimiento ASTM

propona un mtodo grfico para definir el CBR, a partir de la versin 2005 de lanorma D 1883 dicho procedimiento fue suprimido luego de la actualizacin de2005. Entiendo que deja libre al laboratorista la interpretacin. La variante de CBR

para un rango de humedad es propicia para elaborar experimentos factoriales einterpretarlos con mapas de resistencia al estilo RAMCODES.


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Wo=humedad optima (segn prueba proctor)

Grado de Saturacin (Sr)La cantidad de agua en el suelo puede expresarse como una fraccin del volumende vacos; esta fraccin se conoce con el nombre de grado de saturacin.

3.2.- NORMA CBR SEGN SCT (NORMA M-MMP-1-11/08

El procedimiento es similar a de la Norma ASTM D1883 en la variante 1 con 3especmenes.


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Esta prueba permite determinar la expansin (Exp) originada por saturacin de losmateriales para terrapln, subyacente y subrasante, as como el Valor Soporte deCalifornia (CBR) en especmenes compactados dinmicamente, para verificarque cumplan con lo indicado en las Normas NCMT101, Materiales paraTerrapln, NCMT102, Materiales para Subyacente y NCMT103, Materialespara Subrasante, respectivamente.

La prueba consiste en compactar dinmicamente tres especmenesdel materialbajo estudio, con diferentes energas de compactacin y un contenido de aguaigualal del material en el banco a 1,5 m de profundidad; someter a cada espcimena 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 cuantificarlas cargas necesarias para lograr magnitudes de penetracin especficas. Laexpansin (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 enporcentaje de las cargas aplicadas para producir penetraciones de 2,54 mm y 5,08mm, 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 elValor Soporte de California (CBR) que tendra el material compactado al grado decompactacin especificado en la Tabla 1 de las Normas NCMT101, Materialespara Terrapln, NCMT102, Materiales para Subyacente y NCMT103,Materiales para Subrasante, segn sea el caso, con el contenido de agua

mencionado.

Equipo de Carga y otros: Un gato de carga, mecnico o hidrulico, capaz deproveer un desplazamiento constante de 1.27 mm/miny con la capacidad mnimaque se indica en la Tabla 1 de este Manual, de acuerdo con el mximo CBR que seespere determinar, provisto con un plato de apoyo donde se colocar el espcimen

por probar. Anillos de medicin de carga calibrados, con una capacidad acorde alnivel de carga que se indica en la Tabla 1 de este Manual, provistos con unextensmetro de 5 mm de carrera, con graduaciones a cada 0,001 mm y cartulaajustable 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 buenosresultados.

Un pistn de penetracin de acero, con seccin circular de 49,63 0,13 mm dedimetro y aproximadamente 100 mm de longitud.Un extensmetro para medir la

penetracin, de 25 mm de carrera mnima, con aproximacin de 0,01 mm y cartulaajustable a ceros; provisto de una abrazadera con varillas de extensin y dispositivo


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giratorio, para acoplarlo al pistn de penetracin y acomodarlo para apoyar suvstago sobre las paredes de los moldes a que se refiere la Fraccin D.3. de esteManual (SCT).

MOLDES: Tres moldes cilndricos de acero, de 152,4 0,66 mm de dimetrointerior 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 unaplaca 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 porcada grupo de moldes. Una vez ensamblados, con el disco espaciador al que serefiere la Fraccin D.4., los moldes tendrn un volumen de 2 124 25 cm3. Tantolas placas de base como el collarn estarn fabricados de tal manera que se puedanacoplar en cualquier extremo del molde

PREPARACIN DE LA MUESTRA

Una vez determinados el contenido de agua del material para terraceras enel banco a 1.5 m de profundidad (b), mediante el procedimiento indicado en elManual MMMP104, Contenido de Agua y su masa volumtrica seca mxima(dMX) mediante el procedimiento AASHTO Estndar, conforme se indica en elManual MMMP109, Compactacin AASHTO, la preparacin de la muestraobtenida segn se establece en el Manual MMMP101, Muestreo de Materialespara Terraceras, se hace de la siguiente manera:

E.1. De acuerdo con lo indicado en el Manual MMMP103, Secado, Disgregadoy Cuarteo de Muestras, de la muestra seca se obtiene por cuarteos una parte

representativa del material, de aproximadamente 21 kg.E.2. En su caso, de la parte de la muestra, obtenida como se indica en la Fraccinanterior, se separa mediante cribado manual el material retenido en la malla de "(19 mm), colocando la fraccin que pase en una charola y desechando el materialretenido.E.3. Se determina la masa, con una aproximacin de 1 g, del material obtenidocomo se indica en la Fraccin E.1. y, en su caso, en la Fraccin E.2. de este Manual


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y se le incorpora uniformemente la cantidad de agua necesaria para que tenga uncontenido de agua igual al del material en el banco a 1,5 m de profundidad ( b).El volumen de agua requerido, con aproximacin de 0,2 cm3, se determinamediante la siguiente frmula:

Una vez incorporada el agua, se mezcla cuidadosamente el material hastahomogeneizarlo perfectamente, revolvindolo hasta disgregar totalmente losgrumos que pudieran haberse formado y se separan por cuarteo, en charolasindependientes, tres porciones de material del mismo tamao, que se emplearn

para compactar el mismo nmero de especmenes, cada uno en tres capas, para loque cada porcin se divide a su vez en tres fracciones aproximadamente iguales,que se cubren con un pao hmedo para evitar que pierdan agua.

F. PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBAF.1. COMPACTACINCon las porciones de material preparadas como se indica en la Clusula E., secompactan tres especmenes en la forma que se describe a continuacin, con lasenergas de compactacin que se indican en la Tabla 2 de este Manual, aplicando elnmero de golpes por capa con el pisn que corresponda, que se seala en dichaTabla, segn la utilizacin prevista de material en estudio y del espcimen de quese trate.

Se ensambla un molde con su collarn de extensin a la placa de base sinperforaciones, por medio de las abrazaderas y se lubrican con aceite las paredesinteriores del molde y del collarn; se inserta el disco espaciador dentro del molde;

se coloca un papel filtro sobre el disco para impedir que el material se adhiera a l,y se apoya el conjunto sobre la base cbica.


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F.1.2. Se coloca en el molde apoyado sobre la base cbica, una de las fracciones dela porcin de material y se compacta con el pisn, aplicando, uniformementerepartidos en la superficie de la capa de material, el nmero de golpes por capa quecorresponda segn su utilizacin prevista y del espcimen de que se trate, deacuerdo con la Tabla 2 de este Manual. Se escarifica ligeramente la superficie de lacapa compactada y se repite el procedimiento descrito para las dos fraccionessubsecuentes.

F.1.3. Terminada la compactacin de todas las capas, se retira el collarn deextensin del molde y se verifica que el material no sobresalga del molde en un

espesor promedio de 1,5 cm como mximo, de lo contrario la compactacin serepite, para lo que se extrae el material del molde, se disgrega, se mezclacuidadosamente para homogenizarlo y se compacta como se indica en el Incisoanterior, pero disminuyendo ligeramente el tamao de las fracciones de la porcinde material en cada capa, para que no se exceda dicho espesor.

Una vez retirado el collarn de extensin, si el material sobresale del molde en noms de un espesor promedio de 15 mm, se enrasa cuidadosamente el espcimencompactado con la regla metlica, depositando en una charola el materialexcedente, para determinar su contenido de agua de compactacin ( c0), como se

indica en el Manual MMMP104, Contenido de Agua y verificar que stecorresponda al del material en el banco a 1,5 m de profundidad ( b), con unaaproximacin de 0,25%.

F.1.5. Se rellenan con material fino las oquedades que pudieran resultar por elenrasado del espcimen compactado; se desprende de la placa de base el molde con


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el espcimen, se retira el disco espaciador y se determina la masa del molde con elespcimen, que se registra como Wmj+ei, en g.

F.1.6. Se repite el procedimiento indicado en esta Fraccin para las otras dosporciones de material a que se refiere la Fraccin E.4. de este Manual.

F.2. EXPANSIN (Exp)

F.2.1. Inmediatamente despus de obtenida la masa del molde con el espcimencompactado (Wmj+ei), como se indica en el Inciso F.1.5. de este Manual, se colocaun papel filtro sobre una placa de base perforada; se invierte el molde con elespcimen de tal manera que su fondo sea ahora la parte superior; se coloca un

papel filtro en contacto con el espcimen, y se ensambla el molde a la placa de baseperforada por medio de las abrazaderas.

F.2.2. Se colocan, sobre el espcimen compactado, una placa de expansin con suvstago ajustable y las placas de carga que sean necesarias para producir unasobrecarga equivalente a la de las capas que se construirn sobre la capa delmaterial en estudio, de acuerdo con lo que indique el proyecto o apruebe laSecretara, pero nunca menor de 44,5 0,2 N (4,54 0,02 kg). Si no se especificanlas capas sobreyacientes, la sobrecarga ser de 44,5 0,2 N (4,54 0,02 kg).

F.2.3. Se introduce cuidadosamente el molde en el tanque de saturacin, de maneraque se permita el libre flujo de agua tanto en la parte inferior como en la superior

del espcimen; se coloca el trpode del dispositivo de medicin de expansin sobreel molde, con su extensmetro arriba del vstago de la placa de expansin, el quese ajusta hasta hacer contacto con el vstago del extensmetro y se efecta unalectura inicial para la determinacin de la expansin (Exp), que se registra comoh0, en mm, con una aproximacin de 0,01 mm y se deja saturar durante 96 h,manteniendo el nivel de agua del tanque aproximadamente a 25 mm sobre la partesuperior del molde. Para materiales granulares que presenten un drenaje rpido, el

perodo de saturacin podr ser ms corto, pero no menor de 24 h, con la condicinde que se demuestre que esto no afecta los resultados de la expansin (Exp). Deigual manera, en materiales arcillosos de alta compresibilidad, podr requerirse

un perodo de saturacin mayor de 96 h, en cuyo caso se suspender lasaturacin cuando el extensmetro no muestre movimiento alguno durante 24h.

F.2.4. Al terminar el perodo de saturacin se efecta la lectura final en elextensmetro, que se registra como hf, en mm, con una aproximacin de 0,01 mm.


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F.2.5. Se retira del tanque de saturacin el molde con el espcimen,cuidadosamente se elimina el agua de la parte superior del molde de manera que nose altere la superficie del espcimen y se deja drenar durante 15 min. Despus deste perodo de drenaje se remueven las placas de carga y las placas perforadas, ascomo las hojas de papel filtro, y se determina la masa del molde con el espcimen,que se registra como Wmj+ef, en g.

F.2.6. Se repite el procedimiento indicado en esta Fraccin para los otros dosespecmenes compactados como se indica en la Fraccin F.1. de este Manual.

PENETRACIN

F.3.1. Inmediatamente despus de obtenida la masa del molde con el espcimensaturado (Wmj+ef), como se indica en el Inciso F.2.5., se ensambla el molde a la

placa de base sin perforaciones por medio de las abrazaderas, en la misma posicinque tena durante el proceso de saturacin a que se refiere la Fraccin F.2. de esteManual; se coloca sobre el plato de apoyo del equipo de carga; se pone sobre elespcimen una placa de carga anular de 44,5 0,2 N (4,54 0,02 kg) ; se insertael pistn de penetracin en su orificio central; se aplica una carga inicial de 43 N(4,38 kg)y se colocan las placas ranuradas necesarias para reproducir la sobrecargautilizada durante la saturacin.

F.3.2. Sin retirar la carga se ajusta el extensmetro para medir la penetracin,previamente acoplado al pistn de penetracin, apoyando su vstago sobre la pared

del molde y se ponen en ceros tanto su cartula como la del extensmetro del anillode medicin de carga.

F.3.3. Se aplica la carga de forma que el pistn de penetracin se desplace con unavelocidad uniforme de 1,27 mm/min, leyendo y registrando las cargas aplicadas

para obtener cada una de las penetraciones indicadas en la Tabla 3 de este Manual,con aproximacin de 10 N (1,02 kg).

Concluida la penetracin del espcimen, ste se saca del molde, se cortalongitudinalmente y de su parte central se obtiene una porcin representativa para

determinar su contenido de agua en estado saturado (Sat) de acuerdo con elprocedimiento indicado en el Manual MMMP104, Contenido de Agua.


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COMPACTACINSe determinan la masa volumtrica seca (d) y el contenido de agua decompactacin de cada espcimen compactado con el contenido de agua delmaterial en el banco a 1,5 m de profundidad ( b), como sigue:

Se calcula y reporta la masa volumtrica seca del espcimen (d) usando lasiguiente frmula:


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VALOR SOPORTE DE CALIFORNIA (CBR)

G.3.1. Para cada espcimen penetrado como se indica en la Fraccin F.3. de esteManual, se representan grficamente las cargas determinadas, como se indica acontinuacin:

G.3.1.1. En una grfica como la que se muestra en la Figura 8, en la que en el ejede las abscisas se indican las penetraciones y en el de las ordenadas las cargas,se marcan los puntos correspondientes a cada una de las determinaciones a las quese refiere el Inciso F.3.3. de este Manual, los que se unen con una lnea continuaque no presente cambios bruscos de pendiente. Una curva como la F, dibujadacon lnea discontinua en la Figura 8, indicar que la penetracin no estuvo bienefectuada, por lo que se desechar el espcimen, siendo necesario repetir sucompactacin, expansin y penetracin, como se indica en la Clusula F. de este

Manual.

G.3.1.2. Se registran las cargas C2,54 y C5,08 correspondientes a laspenetraciones de 2,54 y 5,08 mm, con aproximacin de 10 N (1,02 kg). Estosvalores correspondern a las cargas con la que se determina el Valor Soportede California (CBR) del espcimen.


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G.3.1.3. En los casos en que el inicio de la curva presente una concavidad haciaarriba, como la curva E que se muestra en la Figura 8, se efecta una correccincomo se ilustra en la Figura 9 de este Manual (SCT), trazando una tangente en el

punto de inflexin (PI), hasta cortar el eje de las abscisas en el punto que sedesigna como O, el cual se tomar como nuevo origen de las penetraciones y a

partir de l se marcan los puntos P2,54 y P5,08 correspondientes a laspenetraciones de 2,54 y 5,08 mm, respectivamente; las ordenadas CC2,54 yCC5,08 representan las cargas corregidas para dichas penetraciones, en kN, que setomarn como las cargas C2,54 y C5,08 correspondientes.

G.3.2. Se repite el procedimiento descrito en el Inciso G.3.1. de este Manual, hastacontar con las determinaciones de las cargas C2,54 y C5,08, aplicadas o corregidas,

para cada uno de los tres especmenes compactados.


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G.3.3. Se calculan, con una dcima de aproximacin, los valores soporte deCalifornia a 2,54 y 5,08 mm de penetracin de los especmenes compactados,mediante las siguientes expresiones:

G.3.4. Se selecciona como el Valor Soporte de California (CBR) de cadaespcimen compactado, al valor que resulte menor entre los CBR 2,54 y CBR5,08calculados como se indica en el Inciso anterior.G.3.5. En una grfica como la que se muestra en la Figura 10, en la que en el eje delas abscisas se indican las masas volumtricas secas (d) y en el de las ordenadaslos Valores Soporte de California (CBR), se marcan los puntos correspondientes acada espcimen compactado, los que se unen con una lnea continua que no

presente cambios bruscos de pendiente, para obtener la curva d CBR; se traza

una vertical a partir de la masa volumtrica que corresponda al grado decompactacin (Gc) especificado en la Tabla 1 de las Normas NCMT101,Materiales para Terrapln, NCMT102, Materiales para Subyacente yNCMT103,Materiales para Subrasante, segn sea el caso, respecto a la masavolumtrica seca mxima (dMX) determinada mediante el procedimientoAASHTO Estndar, conforme se indica en el Manual MMMP109,Compactacin AASHTO, y del punto donde dicha vertical corta la curva d CBR,se traza una horizontal que determina el Valor Soporte de California (CBR) delmaterial compactado al grado de compactacin especificado, con un contenido deagua igual al del material en el banco a 1,5 m de profundidad ( b).


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3.3.- NORMA MEXICANA NMX-C-416-ONNCCE-2003


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5 Pruebas principales NMX-C-416-ONNCCE-2003Valor relativo de soporte en prueba de Porter estndarValor relativo de soporte en prueba de Porter modificadaValor relativo de soporte en el lugarValor relativo de soporte del Cuerpo de Ingenieros del Ejrcito de los EstadosUnidos de NorteamricaPruebas de Placa

Para el valor relativo de soporte en prueba Porter (Especmenes elaborados

compactando el suelo mediante cargas estticas mediante Prensa).

El mtodo basado en el Cuerpo de Ingenieros, elabora los especmenes deprueba con diferentes humedades y energas de compactacin dinmica (conmartillo).

Porter estndar: ndice de calidad de los suelosPorter modificada, Mtodo cuerpo de Ingenieros y VRS en el lugar: Proyecto paraespesores de pavimento.

PORTER ESTANDAR


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PORTER MODIFICADA


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Martillo con altura de cada de 45.7 cm


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Carga inicial de 10 kg para ajustar el extensmetro (registro del desplazamientovertical)


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VALOR RELATIVO DE SOPORTE MEDIANTE PORTER MODIFICADA


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Variantes de la Porter modificada:1.- Material que contenga la humedad ptima. Esta variante se aplica alestudio de terraceras con drenaje adecuado, construidas en lugares deprecipitacin baja o media.2.- Material con humedad igual o superior a la ptima. Se aplica al estudio deterraceras mal drenadas que se localizan en zonas de precipitacin media, obien, a las de regiones de alta precipitacin pluvial.3.- Material con la humedad natural. En muestras tomadas en el terreno o enla obra, sin variar su humedad. Se efecta en suelos que no van a presentarcambios apreciables en su contenido de agua.


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METODO DEL CUERPO DE INGENIEROS


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Especmenes compactados dinmicamente (con martillo)


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3.4.- PRUEBA DE PLACA

El ensaye de placa de carga solo es valido cuando se tiene la certeza que elmaterial es homogneo en profundidad, puesto que la misma solo analiza los

primeros 0.60 a 0.90 m del terreno aproximadamente (unas tres veces el dimetrode la placa), no obtenindose informacin del terreno existente por debajo.

Actualmente en el campo de las cimentaciones, uno de los mtodos ms empleadospara calcular los esfuerzos es la modelizacin como viga flexible, en el cual sesupone el terreno como un conjunto infinito de muelles situados bajo una vigadeformable, la cimentacin. La constante de deformacin de cada muelle es Ks(mdulo de balasto), valor obtenido del cociente entre la presin de contacto (q) yel desplazamiento ().

A partir de ensayo de placa de carga realizado sobre el terreno, con unasdimensiones habituales de placa cuadrada de 30x30cm, o bien circular de dimetros30, 60 y 76,2 cm. En el estudio geotcnico este mdulo viene generalmenterepresentado por una K, mientras que el correspondiente subndice identifica a la

placa con que se realiz el ensayo (K30, K60, etc.). El tamao de la placa influye enla profundidad afectada, por tanto a menor tamao de placa menor bulbo de

presiones y con ello menor profundidad de los estratos estudiados. En el caso delosas la profundidad de influencia de la placa es mucho menor que la de la losareal, cuyo bulbo de presiones est en funcin de su ancho total, con lo que se puedeinducir a errores graves debidos a bajadas de rigidez de estratos inferiores pero

activos. En el caso de terrenos rocosos las pruebas realizadas con una placa grandeestarn ms afectadas por la fisuracin que las hechas con placa pequea.

A partir del ensayo de placa de carga, mediante formulacin planteada porTerzaghi que contempla las dimensiones del cimiento se puede obtener el mdulode balasto o reaccin (k). En general, este mtodo es para zapatas porque en el casode losas es ms complejo y se debe estudiar la rigidez del conjunto de estructura-cimentacin, aunque es posible adaptarlo para obtener un primer orden demagnitud.

El ensayo de placa de carga es lento y necesita un camin como contrapeso(hay que tenerlo en cuenta, porque en algunos sitios no cabe), pero es fcil de hacery proporciona datos reales, sin ensayos posteriores ni correlaciones intermedias, yeso siempre es bueno.

Se puede hallar la tensin admisible del terreno a partir del ensayo de placade carga, pero no directamente.


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El asiento elstico de un cimiento circular rgido depende de los parmetroselsticos del terreno (E y v) y de la tensin aplicada. Con la placa de carga se tieneel problema contrario, se conocen la tensin aplicada y el asiento producido, y lasincgnitas son E y v.

Al tratarse de un ensayo tensin-deformacin a escala reducida (menor quela cimentacin definitiva) sobre el mismo suelo, proporcionar los parmetros decomportamiento del terreno real, pero con las limitaciones del modelo reducido.A partir de esos parmetros se podr hallar la tensin admisible, siempre y cuandose tengan en cuenta ciertos condicionantes.

Mdulo de reaccin del suelo: El modulo de reaccin (K) de un suelo (en estadonatural, subrasante, sub-base o base) , conocido en algunos lugares como coeficiente debalasto, es una caracterstica de resistencia que se considera constante, lo que implicaelasticidad del suelo. Su valor numrico depende de la textura, compacidad, humedad yotros factores que afectan la resistencia del suelo. Las pruebas han demostrado que elmodulo de reaccin de los suelos varia con el rea cargada y con la cantidad de


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asentamiento. Por lo anterior, es usual que la determinacin de K se haga por medio deuna placa circular de 76.2 cm (30) de dimetro bajo una presin tal que produzca unadeformacin del suelo (encrustamiento de la placa) de 0.127 cm (0.5), con lo que se tiene.

Otras veces el modulo de reaccin K del suelo se define como el correspondiente a larelacin de una presin de 0.7 kg/cm2 (10 lb/pulg2) a su deformacin correspondiente encentmetros (o en pulgadas).

La capacidad de carga ltima de una cimentacin, as como la capacidadadmisible basada en consideraciones de asentamiento tolerable, se determinanefectivamente a partir de laprueba de placa en campo (Prueba D-1194-72, 1997 dela ASTM). Las placas usadas para pruebas en el campo son usualmente de acero yde 25 mm de espesor y de 150 a 762 mm de dimetro, ocasionalmente se usantambin placas cuadradas de 305 mm X 305 mm.

Para llevar a cabo una prueba de carga de placa, se excava un agujero con undimetro mnimo de 4B(B = dimetro de la placa de prueba) a una profundidadDf(Df = profundidad de la cimentacin propuesta). La placa se coloca en el centro delagujero. La carga se aplica por etapas a la placa, aproximadamente de un cuarto aun quinto de la carga ltima estimada, por medio de un gato mecnico. Durante


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cada etapa de la aplicacin de la carga, el asentamiento de la placa se observa enmicrmetros. Por lo menos se deja pasar una hora entre cada etapa de la aplicacinde carga. La prueba debe conducirse hasta la falla, o hasta que la placapresente un asentamiento de 25 mm. Se grafica una curva carga-asentamientoobtenida de tales pruebas, con que se determina la carga ultima por rea unitaria.

Para pruebas en arcilla,qu(F)= qu(P)d|onde qu(F)= capacidad de carga ultima de la cimentacin propuesta.

qu (P)= capacidad de carga ultima de la placa de prueba.

La ecuacin implica que la capacidad de carga ltima en arcilla es virtualmenteindependiente del tamao de la placa.

Para pruebas en suelos arenosos,

qu(F)= qu(P)

donde BF = ancho de la cimentacinBP = ancho de la placa de prueba

Algo muy importante con relacin al mdulo de reaccin del suelo cuando este dato vayaa ser empleado para el clculo de pavimentos de concreto hidrulico es que K tiene msefecto sobre el espesor de las losas para cargas pesadas que para cargas livianas, debido aque a mayor presin se reduce el radio del rea circular equivalente al rea real dejado porla llanta. Un valor aproximado de K seria, segn Braja Das es:


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, kg/cm2;Ben cm y

Esen kg/cm2= mdulo de elasticidad.


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Capacidad admisible del terreno: Existen varios criterios para evaluar lacapacidad admisible del terreno en base a los resultados del ensayo de carga in-situ.El Comit Francs de Mecnica de Suelos indica que el valor de qad es el menorvalor entre q03, 2/3 q10 y 1/2 q20, donde los subndices representan los valores dedescarga en milmetros. El valor de qad se toma como la carga correspondiente en

la curva esfuerzo-deformacin, que es producto de la interseccin de una rectaparalela a la curva de descarga que pasa por los valores de deformacin enmilmetros indicados y la curva referida.

Tambin existe el criterio de Terzaghi y Peck que indica que la cargaadmisible de un ensayo de carga es la mitad del esfuerzo, que ocasiona unasentamiento de 1 centmetro en el ensayo de carga o la mitad del esfuerzo enla falla.

MANUAL CANADI ENSE DE I NGENI ERI A DE CI MENTACI ONES, 4t aEDI CI ON ( 2006) : "En el di seo de una l osa de ci ment aci n,l os i ngeni er os est r uct ur al es usual ment e buscan un val or par ael coef i ci ent e ( modul o) de r eacci n o bal ast o del suel o quel o sopor t a. ( . . . ) . A di f er enci a del esf uer zo ycompr esi bi l i dad, el mdul o de r eacci n del suel o NO ES UNAPROPI EDAD FUNDAMENTAL DEL SUELO. En su l ugar , l os i ngeni er osest r uct ur al es ut i l i zan una apr oxi maci n muy comn en el


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di seo par a model ar l a i nt er f ace ent r e el suel o de despl ant ey l a base de concret o( i nt er acci n suel o- est r uct ur a) . ElMODULO DE REACCI ON DEL SUELO ES UN NUMERO r equer i do por l osi ngeni er os est r uct ur al es par a model ar l a def or maci n y el

mdul o de r i gi dez de una ci ment aci n ( l osa) sobr e el suel o.

El modul o de r eacci on del suel o, segun de su def i ni ci on, esun paramet r o muy di f i ci l de eval uar apr opi adament e, por queno es una propi edad f undamental que pueda ser medi da demanera di r ecta. Es una var i abl e que depende de var i osf act or es, i ncl ui dos el t amao y f or ma de l a ci ment aci on( l osa) , t i po de suel o, r i gi dez r el at i va del suel o y de l asi ment aci on, dur aci n de l a car ga r el at i va a l aconduct i vi dad hi dr ul i ca del suel o car gado, ent r e ot r as. Elval or de modul o de r eacci on del subsuel o t ambi n puede

var i ar de un punt o a ot r o baj o l a ci ment aci on, ( Cent r o,Bor de, Esqui na) y puede cambi ar con el t i empo, en par t i cul arpara suel os con una baj a conduct i vi dad hi dr ul i ca como sonl as ar ci l l as. CANADI AN ' FOUNDATI ON ENGI NEERI NG MANUAL, 4thEDI TI ON, ( 2006) : " I n t he desi gn of a r af t f oundat i on,st r uct ur al engi neer s usual l y ask f or t he val ue of t hecoef f i ci ent ( modul us) of sub gr ade r eact i on of t hesuppor t i ng soi l . ( . . . ) . Unl i ke st r engt h and compr essi bi l i t y,t he MODULUS OF SUB GRADE REACTI ON I S NOT A FUNDAMENTAL SOI LPROPERTY. Rat her , i t i s a common desi gn approach used byst r uct ur al engi neer s t o model t he i nt er f ace bet ween t hef oundat i on soi l and concret e f oot i ng ( i . e. , soi l - st r uctur ei nt er act i on) . The MODULUS OF SUB GRADE REACTI ON I S A NUMBERr equi r ed by st r uct ur al engi neer s' t o model t he def or mat i onand st i f f ness response of a f oot i ng ( r af t ) on soi l .

The modul us of subgrade r eact i on, t hough si mpl e i n i t sdef i ni t i on, i s a ver y di f f i cul t par amet er t o eval uat epr oper l y because i t i s not a uni que f undament al pr oper t yt hat i s r eadi l y measur ed. I t s val ue depends on many f act or s,i ncl udi ng si ze and shape of f oot i ng ( r af t ) , t ype of soi l ,r el at i ve st i f f ness of f oot i ng and soi l , dur at i on of l oadi ngr el at i ve t o t he hydr aul i c conduct i vi t y of t he l oaded soi l ,

and others. The val ue of modul us of sub gr ade react i on canal so var y f r om, one poi nt t o anot her beneat h a f oot i ng orr af t ( e. g. , cent r e, edge or comer ) and can change wi t h t i me,i n par t i cul ar f or soi l s wi t h l ow hydr aul i c conduct i vi t y suchas cl ays. "

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