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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008
FORMATO N°3: REGISTRO DE ACTIVIDADES
DOCENTE: Ing. Lucrecia Moreno Alcívar, PhD. FECHA: 21 /0 5 / ASIGNATURA: Mecánica de Suelos I CURSO Y PARALELO: 4/ ENSAYO: CBR NORMA: ASTM D OBJETIVOS DE LA PRACTICA: El objetivo general del ensayo de Relacion de Soporte de California (CBR) es evaluar y cuantificar la capacidad portante de los suelos, un factor determinante en el diseno y construccion de infraestructuras. Esta evaluacion se enfoca en las diferentes capas que componen una estructura de pavimento, incluyendo la subrasante, la subbase y la base granular. La prueba mide la resistencia del suelo a la penetracion de un piston bajo condiciones de carga controladas, lo que permite simular de manera efectiva las exigencias y solicitaciones reales a las que el suelo estara expuesto en el campo. Para lograr este objetivo general, el ensayo CBR se desglosa en varios objetivos específicos, cada uno contribuyendo a una comprension integral del comportamiento del suelo:
- Determinacion de la Resistencia al Corte de Materiales: Uno de los fines primordiales del ensayo es medir la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones controladas de humedad y densidad. Esta resistencia es un indicador clave de la capacidad del suelo para soportar cargas sin experimentar deformaciones excesivas o fallas. El proceso implica la aplicacion de una carga mediante un piston metalico que penetra la superficie de una muestra de suelo compactada a una velocidad constante, registrando la fuerza necesaria para cada nivel de penetracion.
- Diseno de Estructuras de Pavimento (Subrasante, Subbase, Base): El valor de CBR es un parametro esencial en el diseno de pavimentos flexibles. Influye directamente en la determinacion de los espesores requeridos para cada capa estructural (subrasante, subbase, base) con el fin de soportar las cargas de trafico esperadas durante la vida util del pavimento. Es fundamental para decidir si un suelo es apto para ser utilizado en una capa específica de la estructura del pavimento.
- Estimacion de Costos y Optimizacion de Materiales: El conocimiento preciso del CBR de un suelo permite a los ingenieros realizar estimaciones de costos mas exactas relacionadas con la preparacion del terreno y los materiales necesarios para la construccion. Un valor de CBR favorable puede indicar la posibilidad de reducir la cantidad de capas o el tipo de materiales requeridos, lo que a su vez se traduce en decisiones de diseno y metodos de construccion mas economicos y eficientes.
- Prevencion de Fallas Estructurales en Infraestructuras: Un valor de CBR bajo es una senal de una capacidad de carga deficiente del suelo, lo que podría conducir a problemas graves como hundimientos, deformaciones o fisuras en la superficie construida. Al evaluar el CBR de manera preventiva, los ingenieros pueden identificar estos riesgos y seleccionar soluciones de ingeniería adecuadas para mitigarlos, garantizando la estabilidad y durabilidad de la infraestructura a largo plazo.
- Clasificacion de Suelos: El ensayo CBR tambien se utiliza como una herramienta para clasificar los suelos en funcion de su capacidad portante, lo que facilita su asignacion a usos específicos dentro de la construccion de carreteras, ya sea como material de subrasante o de base
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Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008 CONTENIDOS: (RELACION CON LA UNIDAD TEMATICA Y EL SILABO DE LA ASIGNATURA) Habilidad del estudiante para evaluar como la compactacion incrementa las características de resistencia de los suelos y aumenta la capacidad de carga de las cimentaciones. Se abordara la necesidad de compactar suelos sueltos para incrementar sus pesos específicos, así como su aplicacion en la construccion de terraplenes, presas de tierra y otras estructuras de ingeniería. Se llevaran a cabo ensayos de gravedad específica, granulometría, Proctor estandar-modificado y CBR. Comprension del protocolo para realizar el ensayo del CBR para determinar el índice de la resistencia a la penetracion para varios tipos de suelo MATERIALES Y EQUIPOS: La ejecución precisa del ensayo CBR exige una serie de equipos especializados, diseñados para replicar las condiciones de carga y ambientales que un suelo experimentaría en una infraestructura vial. La exactitud y la calibración de cada uno de estos instrumentos son fundamentales para obtener resultados fiables y representativos, que a su vez son la base para decisiones de diseño seguras y eficientes. Los equipos se pueden clasificar según la fase del ensayo en la que se utilizan:
- Equipos para la Fase de Compactación: o Molde Cilíndrico: Es un molde metálico cilíndrico con un diámetro interior de 6 pulgadas (152.4 mm) y una altura que varía entre 7 y 8 pulgadas (177.8 a 203. mm). Está provisto de un collarín de extensión de aproximadamente 2 pulgadas (50 mm) de alto y una placa base perforada. La base es ajustable y puede fijarse a cualquiera de los extremos del molde. o Disco Espaciador: Un disco de acero circular de 5 15/16 pulgadas (150.8 mm) de diámetro y 2.5 pulgadas (61.37 mm) de altura. Se utiliza como un falso fondo dentro del molde durante el proceso de compactación de la muestra. o Martillo de Compactación (Pisón): Este instrumento debe cumplir con las especificaciones de los ensayos Proctor (ASTM D698 o D1557). Típicamente, para el Proctor Modificado, tiene un peso de 10 lbs (4.54 kg) y una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm). o Pesas Anulares: Se utilizan dos pesas anulares, cada una con un peso de 5 lbs (2.27 kg), para aplicar sobrecarga durante la compactación o la fase de saturación.
- Equipos para la Fase de Saturación y Medición de Expansión: o Placa Perforada con Vástago Ajustable: Una placa metálica perforada de 149. mm (5 7/8") de diámetro, con perforaciones que no exceden 1.6 mm (1/16"). Incluye un vástago central con un sistema de tornillo para ajustar su altura, permitiendo la medición de la expansión del suelo. o Trípode y Extensómetro (Reloj Comparador): Un trípode cuyas patas se apoyan en el borde del molde, sosteniendo un dial o deformímetro con una precisión de 0.001 pulgadas (0.025 mm). Este se utiliza para medir con exactitud la expansión o hinchamiento de la muestra durante la saturación. o Tanque de Saturación: Un recipiente adecuado y con suficiente capacidad para sumergir completamente los moldes en agua. Es crucial mantener el nivel del agua aproximadamente 25 mm (1 pulgada) por encima de la parte superior del espécimen para asegurar una saturación completa.
- Equipos para la Fase de Penetración:
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Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008 la malla No. 4, obtenida de otra porcion de la muestra original. Este ajuste garantiza que el tamano maximo de partícula en la muestra de ensayo sea inferior a ¾" (19 mm), tal como lo requieren las normas. Para cada determinacion de densidad, que representa un punto en la curva de compactacion, se requieren aproximadamente 5 kg de material; para una curva completa con seis puntos, se necesitaran alrededor de 30 kg. Determinacion de la Humedad Optima y Densidad Maxima (Ensayo Proctor) Antes de proceder con la preparacion de los especímenes para el ensayo CBR, es un requisito fundamental y una practica recomendada realizar los ensayos Proctor estandar o modificado. Estos ensayos previos son esenciales para determinar la humedad optima y la densidad maxima que el suelo puede alcanzar bajo una energía de compactacion específica. Estos valores son cruciales, ya que el CBR se determina en funcion de estas propiedades de compactacion, que definen el estado de la muestra. Preparacion de los Especímenes (Mezclado con Agua, Curado, Compactacion en Capas) Una vez preparada la muestra de suelo, se anade la cantidad de agua necesaria para alcanzar la humedad optima de mezclado (Wop) o un rango de humedades predefinido, y se mezcla de manera uniforme. En el caso de suelos finos, el control preciso de la humedad de mezclado es de vital importancia, ya que pequenas variaciones pueden alterar significativamente los valores de CBR. Para asegurar una redistribucion homogenea de la humedad en la muestra, especialmente en suelos finos, los especímenes se guardan en bolsas plasticas por un período no menor de 12 horas, lo que se conoce como "curado". Este paso, aunque sutil, es crucial para la representatividad y precision del ensayo. Sin una humedad uniforme, el esfuerzo de compactacion podría no producir una muestra homogenea, lo que resultaría en densidades inconsistentes y, por ende, valores de CBR poco fiables. Posteriormente, se pesa el molde de CBR con su base, pero sin el collarín. Se inserta el disco espaciador en el fondo del molde, seguido de un disco de papel de filtro grueso. El suelo se compacta en el molde en varias capas (típicamente 3 o 5, segun la norma Proctor utilizada), aplicando un numero específico de golpes por capa (por ejemplo, 10, 25 o 56 golpes) para lograr diferentes niveles de densidad. El numero de golpes y capas se ajusta para obtener densidades que varíen entre el 95% y el 100% o mas de la densidad seca maxima. Una vez finalizada la compactacion, se retira el collarín, se enrasa el material excedente con una regla metalica y se rellenan cuidadosamente las irregularidades superficiales. Finalmente, se retira el disco espaciador, se coloca un papel de filtro en la base, se invierte el molde y se ensambla a la placa base perforada. El molde con el suelo humedo se pesa para registrar su masa inicial. Fase de Inmersion y Medicion de Expansion (Colocacion de Sobrecargas, Lecturas Diarias) Esta fase es crítica para simular las condiciones mas desfavorables que el suelo podría experimentar en el campo. Se coloca la placa perforada con el vastago ajustable sobre la superficie de la muestra y se aplican pesas anulares para producir una sobrecarga que simule el peso de las capas de pavimento a construir, con un mí nimo de 4.54 kg (10 lb). Esta sobrecarga no es un peso aleatorio, sino una carga calculada para imitar la presion de confinamiento que la subrasante o la subbase experimentaran debido a las capas superiores del pavimento y el trafico. Esta presion de confinamiento influye significativamente en la rigidez y resistencia a la penetracion del suelo. Por lo tanto, la aplicacion precisa de la sobrecarga es fundamental para la capacidad predictiva del ensayo CBR, ya que una sobrecarga incorrecta daría lugar a una representacion inexacta de la capacidad portante del suelo en condiciones reales de pavimento. A continuacion, se coloca el trípode con el extensometro y se toma una lectura inicial del dial. Los moldes con las muestras y las sobrecargas se sumergen completamente en un tanque de agua. Es esencial mantener el nivel del agua aproximadamente 25 mm (1 pulgada) por encima de la superficie del especimen durante un período de 96 horas (cuatro días) para asegurar una saturacion completa. Durante este período, se toman lecturas del extensometro cada 24 horas para monitorear el hinchamiento. Al finalizar el período de inmersion, se registra una lectura final para calcular el hinchamiento o expansion de la muestra. Despues de la inmersion, el molde se retira del tanque y se drena cuidadosamente el agua libre durante 15 minutos, evitando perturbar la muestra. Finalmente, se retiran las sobrecargas y la placa
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Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008 perforada, y se pesa la muestra saturada para registrar su masa final. Es crucial minimizar el tiempo entre la retirada de las sobrecargas y su reposicion para la prueba de penetracion. Fase de Penetracion (Asentamiento del Piston, Aplicacion de Carga Uniforme, Registro de Esfuerzos y Deformaciones) Con la muestra preparada y saturada, se procede a la fase de penetracion. El molde se coloca en la prensa de carga, asegurandose de que se apliquen las mismas pesas de sobrecarga utilizadas durante la inmersion. Para evitar el desplazamiento del material blando en el orificio de las pesas de sobrecarga, se asienta el piston de penetracion aplicando una carga inicial de 44 N (10 lb). Una vez que el piston esta asentado, los diales del reloj comparador (para la penetracion) y del anillo dinamometrico (para la carga) se ajustan a cero. La carga se aplica al piston de manera uniforme, manteniendo una velocidad constante de 0. pulgadas (1.27 mm) por minuto. Se registran las lecturas de carga correspondientes a penetraciones específicas: 0.025", 0.050", 0.075", 0.100", 0.150", 0.200", 0.300", 0.400" y 0.500". Las lecturas mas críticas para el calculo del CBR son las de 0.1" y 0.2" de penetracion. Una vez alcanzada la penetracion maxima (generalmente 0.5"), se libera la carga de la prensa y se retira el especimen del molde. Determinacion de la Humedad Final de la Muestra Finalmente, se toma una porcion de suelo de la parte superior del especimen, preferiblemente cerca del punto donde se realizo la penetracion, para determinar su contenido de humedad final. Para una mayor precision, se recomienda tomar muestras de la parte superior, media e inferior de la muestra, o al menos un promedio de la base.
- Calculos e Interpretacion de Resultados del Ensayo CBR La fase de calculo e interpretacion es donde los datos brutos del ensayo CBR se transforman en informacion significativa para el diseno de ingeniería. Elaboracion de la Curva Esfuerzo-Penetracion y su Correccion (si aplica) Las lecturas de penetracion y carga obtenidas durante el ensayo se representan graficamente en un sistema de coordenadas, donde la penetracion se ubica en el eje de las abscisas y la resistencia a la penetracion (esfuerzo unitario) en el eje de las ordenadas. Es comun que la curva resultante presente una inflexion inicial hacia arriba o una concavidad, lo que puede deberse a irregularidades superficiales de la muestra o al asentamiento inicial del piston, y no refleja la verdadera resistencia intrínseca del material. Cuando esto ocurre, la curva debe ser corregida. La correccion implica trazar una lí nea tangente al punto de maxima pendiente de la curva y prolongarla hasta que intercepte el eje de las abscisas. Este punto de interseccion se considera el nuevo origen o "cero" de la curva. A partir de este nuevo origen, se determinan los valores de carga y penetracion corregidos. Esta correccion es esencial para asegurar que el valor de CBR reportado represente con precision la resistencia del suelo compactado, eliminando las anomalías superficiales. La necesidad de esta correccion subraya que el ensayo CBR no es una simple medicion directa, sino que requiere una interpretacion cuidadosa del comportamiento carga-deformacion para obtener resultados fiables, lo que a su vez resalta la importancia de personal capacitado en la ejecucion e interpretacion del ensayo. Calculo del I ndice CBR a 0.1" y 0.2" de Penetracion El valor del índice CBR se calcula como una relacion porcentual. Se divide la carga unitaria del suelo (obtenida de la curva esfuerzo-penetracion corregida) para una penetracion específica, entre la carga unitaria de una piedra triturada y bien gradada (carga unitaria patron) para la misma penetracion, y se multiplica por 100. Las penetraciones estandar para las cuales se realiza este calculo son 0.1 pulgadas (2.54 mm) y 0.2 pulgadas (5.08 mm). Las cargas unitarias patron correspondientes para estas penetraciones se detallan en la Tabla 4.1. Criterios para la Seleccion del Valor CBR de Diseno (Consideraciones de Seguridad y Economía) La seleccion del valor de CBR de diseno es una decision crítica que influye directamente en la seguridad y economía del proyecto. Normalmente, el valor de CBR que se reporta es el correspondiente a 0.1 pulgadas de penetracion, siempre y cuando este sea menor que el valor obtenido a 0.2 pulgadas. Si el valor a 0.2 pulgadas es mayor, se recomienda repetir el ensayo. Si la repeticion arroja un resultado similar, entonces se utiliza el valor de 0.2 pulgadas. Este criterio busca
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Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008 Esta tabla es una herramienta práctica para traducir los valores numéricos de CBR en categorías cualitativas de suelos y sus aplicaciones recomendadas en la construcción de pavimentos. Proporciona una guía rápida para la clasificación y la toma de decisiones de diseño. Rango de Valor CBR (%) Calidad del Suelo Clasificación AASHTO (Ejemplos) Uso Recomendado en Pavimentos Referencia < 3 Muy Pobre
A5, A6, A7 (OH, CH, MH,
OL)
Subrasante 3 - 7 Muy Pobre a Regular
A4, A5, A6, A7 (OH, CH,
MH, OL)
Subrasante 7 - 20 Regular
A2, A4, A6, A7 (OL, CL,
ML, SC, SM, SP)
Subbase 20 - 50 Buena A-1b, A2-5, A-3, A2-6 (GM, GC, SW, SM, SP, GP) Subbase y Base
50 (o > 80) Excelente A1a, A2-4, A-3 (GW, GM) Base
Limitaciones del Ensayo CBR y la Importancia de su Complementariedad con
Otros Ensayos Geotécnicos
A pesar de su amplia utilización y su valor práctico, el ensayo CBR posee ciertas limitaciones que deben ser consideradas para una interpretación precisa de sus resultados. Es un ensayo empírico, lo que implica que sus resultados se basan en comparaciones con un material de referencia y no en propiedades fundamentales del suelo, lo que puede llevar a cierta dispersión en los resultados. El ensayo evalúa la resistencia del suelo a una carga estática, pero no considera el efecto de las cargas cíclicas que son comunes en condiciones reales de tráfico. Además, las condiciones de laboratorio pueden no reflejar completamente las condiciones a las que el suelo estará sometido en el campo, lo que podría resultar en una subestimación o sobreestimación de su capacidad portante. CONCLUSIONES: El ensayo de Relación de Soporte de California (CBR) se erige como una prueba empírica fundamental e indispensable en la ingeniería civil, esencial para la evaluación de la capacidad portante de los suelos y materiales granulares. Su principal aplicación se encuentra en el diseño de pavimentos flexibles, donde su valor permite dimensionar de manera segura y eficiente los espesores de las capas de subrasante, subbase y base. Más allá de su rol en el diseño estructural, el CBR es una herramienta crucial para la estimación de costos, la prevención de fallas estructurales y la optimización de materiales en proyectos de infraestructura vial. Su utilidad se extiende al control de calidad a lo largo de todas las fases de la
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Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008 construcción, asegurando que los materiales empleados cumplan con las especificaciones técnicas requeridas. Para garantizar la fiabilidad de los resultados del CBR, es imperativa una estricta adherencia a las normas técnicas establecidas (como ASTM D1883 y AASHTO T 193) y un control riguroso de las condiciones de ensayo, prestando especial atención a la humedad y la densidad de compactación. La fase de saturación es esencial, ya que simula las condiciones más desfavorables que el suelo podría experimentar en el campo, lo que contribuye a un diseño conservador y duradero de la infraestructura. Asimismo, la corrección de la curva esfuerzo-penetración, cuando sea necesaria, es fundamental para obtener valores de carga precisos y representativos de la resistencia real del suelo. Es importante reconocer que el CBR no es una propiedad intrínseca del suelo y presenta ciertas limitaciones, como su incapacidad para considerar cargas cíclicas o la dispersión inherente de sus resultados. Por lo tanto, sus valores deben interpretarse con cautela y complementarse con otros ensayos geotécnicos para lograr una evaluación integral y completa del suelo. Se recomienda encarecidamente la intervención de un ingeniero geotécnico y del diseñador del pavimento para establecer las condiciones de hidratación y el número de sobrecargas, asegurando que el ensayo refleje fielmente las condiciones de diseño real. RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA CARRERA QUE TRIBUTAN A LA ASIGNATURA: ☐ RAC1:^ Capacidad de aplicar principios basicos de^ ingeniería civil para disenar, analizar y evaluar infraestructuras, garantizando su funcionalidad, seguridad y conformidad con los estandares de calidad y normativas vigentes. ☐ RAC2:^ Habilidad para identificar, formular y resolver problemas de^ ingeniería civil utilizando metodos cuantitativos y cualitativos, así como herramientas analíticas y tecnolo gicas avanzadas. ☐ RAC3:^ Capacidad^ para^ disenar^ proyectos^ de^ infraestructura^ con^ un^ enfoque sostenible, considerando el impacto ambiental y promoviendo el uso eficiente de los recursos naturales. ☐ RAC4: Destreza para integrar conceptos teoricos con practicas profesionales mediante la participacion en pasantías y practicas en el campo, demostrando habilidades en el diseno y construccion de infraestructuras. ☐ RAC5:^ Capacidad para llevar a cabo investigaciones formativas en ingeniería civil. ☐ RAC6:^ Habilidad para liderar equipos en proyectos y comunicarse eficazmente tanto oralmente como por escrito. ☐ RAC7: Habilidad de demostrar entendimiento y aplicacion de principios eticos y de responsabilidad social, promoviendo la integridad y el cumplimiento de las normativas y estandares profesionales ☐ RAC8:^ Habilidad para colaborar en proyectos que^ respondan a las necesidades de la comunidad y el entorno local, mostrando un compromiso con el bienestar social.
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Ley Nº 110 Registro Oficial (Suplemento) 1998- 07 - 22 Creación 11 de Enero del 2008 (^15) LUNA RODRIGUEZ MARIELA MARIA 16 MALAVE BAZAN JESUS ALEXANDER 17 MONTUFAR TUMBACO JUSTIN SAHIR (^18) NEIRA SANTISTEVAN JOSEPH ADRIAN 19 PARDO PANCHANA NAYDELIN ROMINA 20 PARRALES ORDOÑEZ ALEX IVAN 21 POZO PANCHANA KEVIN DANIEL 22 POZO PANCHANA RAQUEL LISSETTE 23 QUINGA LEON JOSE DAVID 24 RAMIREZ OTERO JOHN FREDDY (^25) REYES CARDENAS JUAN ALFONSO 26 REYES GONZABAY EDER RAPHAEL 27 RICARDO CRESPO BENJAMIN EZEQUIEL (^28) RUEDA MALAVE DOMENICA ISABEL 29 SALTOS VENTURA DIEGO ADRIAN 30 SEGURA GUALE HENRY ROBINSON 31 SINCHE LLUMAN ANDERSON XAVIER 32 SUAREZ BORBOR ALISTER JAIR 33 SUAREZ PANCHANA ROBERTO ESTEBAN 34 TARIRA PARRALES ERICK DAMIAN (^35) TUMBACO DE LA A VIVIANA ANTONELLA 36 VELASTEGUI CHAFLA SANTIAGO ELIAS 37 VILLACIS VERA AXEL FERNANDO 38 VINCES MOREIRA YELITZA JAMILETH -------------------------------------------------------- ING. LUCRECIA MORENO A., PhD. DOCENTE RESPONSABLE DE LA ASIGNATURA DE MECÁNICA DE SUELOS I
