COMPACTACION COMPACTACION Y CBR DE UN SUELO
PRESENTADO PRESENTADO POR: DANIEL ANDRES YATE ARIAS CARLOS CARLOS ANDRES TRIANA MARTINEZ
PRESENTADO PRESENTADO A: A: ING. ADOLFO NIÑO VEGA.
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD ACULTAD DE INGENIER IN GENIERÍA ÍA CIVIL CIV IL PAVIMENTOS MARZO DE 2014 BOGOTÁ, D.C
INTRODUCCION
El ensa ensayo yo de CBR CBR mi mide de la resi resist sten enci cia a al cort corte e (esf (esfue uerz rzo o cort cortan ante te)) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina denomina a este ensayo, ensayo, simlemen simlemente te como !Relaci" !Relaci"n n de soorte# soorte# y esta normado con el n$mero ASTM% &''*+Se alica ara la ealuaci"n de la calidad relatia de suelos de subrasante, al-unos materiales de subases y bases -ranulares, .ue conten-an solamente una e.ue/a cantidad de material .ue asa or el tamiz de 01 mm, y .ue es retenido en el tamiz de 21 mm+ Se recomienda .ue la fracci"n no e3ceda del 214+Este ensayo uede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aun.ue este $ltimo no es muy racticado El n$mero CBR se obtiene como la relaci"n de la car-a unitaria en 5-+ 6cm2(libras or or ulul-ad adas as cuad cuadra rada da,, (si (si)) )) nece necesa sari ria a ara ara lo-r lo-rar ar una una cier cierta ta rof rofun undi dida dad d de enetraci"n del ist"n (con un 7rea de &8+9 cent:metros cuadrados) dentro dentro de la muestra comactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con resecto a la car-a unitaria atr"n re.uerida ara obtener la misma rofundidad de enetraci"n en una muestra est7ndar de material triturado, en ecuaci"n, esto se e3resa; CBR < Car-a unitaria de ensayo El ensayo de CBR se utiliza ara establecer una relaci"n entre elcomortamien elcomortamiento to de los suelos rincialmente utilizados como bases y sub+ rasantes bajo el aimento de carreteras y aeroistas+ El CBR se obtiene como la relaci"n de la car-a unitaria (or ul-ada cuadrada) necesaria ara lo-rar una cierta rofundidad de enetraci"n dentro de la muestra de suelo comactada a un contenido de humedad y densidad dadas con resecto a la carcar-a a unit unitar aria ia atr atr"n "n re.u re.uer erid ida a ara ara obte obtene nerr la mi mism sma a rof rofun undi dida dad d de enetraci"n en una muestra est7ndar de material triturado+ En forma de ecuaci"n, esto se uede e3resar como;
=os ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras comactadas al contenido de humedad "timo ara el suelo determinado utilizando el ensayo de comactaci"n est7ndar o modificada+ A menudo se comactan dos moldes de suelo; uno ara enetraci"n inmediata y otro ara enetraci"n desu>s de dejarlo saturar or un eriodo de 8? horas@ este $ltimo se sobrecar-a con un eso similar al del aimento ero en nin-$n caso menor .ue 9+0 -+ Es necesario durante este eriodo tomar re-istros de e3ansi"n ara instantes esco-idos arbitrariamente+ En ambos ensayos, se coloca una sobrecar-a sobre la muestra de la misma ma-nitud de la.ue se utiliza durante el ensayo de e3ansi"n+ El ensayo sobre la muestra saturada cumle dos ro"sitos; &+ %ar informaci"n sobre la e3ansi"n eserada en el suelo bajo la estructura de aimento cuando el suelo se satura+ 2+ %ar indicaci"n de la >rdida de resistencia debida a la saturaci"n en el camo+
OBJETIVOS
GENERAL El objetio del ensayo de CBR en laboratorio es oder establecer una relaci"n entre el comortamiento de los suelos, determinando la relaci"n entre el alor de CBR y la densidad seca .ue se alcanza en el camo+ oder medir la resistencia de un suelo, ara oder determinar si cumle con los re.uerimientos .ue e3i-e el tio de car-a .ue a a soortar+ %eterminar el :ndice de resistencia de los suelos, ealuando el otencial de resistencia del materia ara cual.uiera de las caas .ue conforma la estructura de un aimento+
ESPECIFICO %eterminar el :ndice CBR ara el tio de muestra .ue se tiene, el cual nos ermita e3resar las caracter:sticas de esfuerzo y deformaci"n del suelo+ %eterminar los alores de humedad y densidad ara la ener-:a de comactaci"n usada en la muestra+
MARCO TEÓRICO
COMPACTACION Y CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO)
El ro"sito de un ensayo de comactaci"n en laboratorio es determinar la cura de comactaci"n ara una determinada ener-:a de comactaci"n+ Esta cura considera en abscisas el contenido de humedad y en ordenadas la densidad seca+ A artir de ella, se odr7 obtener la humedad llamada "tima .ue es la .ue corresonde a la densidad m73ima+ Con estos resultados se odr7 determinar la cantidad de a-ua de amasado a usar cuando se comacta el suelo en terreno ara obtener la m73ima densidad seca ara una determinada ener-:a de comactaci"n+ ara cumlir este ro"sito, un ensaye de laboratorio debe considerar un tio de comactaci"n similar a la desarrollada en terreno con los e.uios de comactaci"n a esecificar+ El a-ua jue-a un ael imortante, esecialmente en los suelos finos+ ay .ue hacer notar .ue cuando hablamos en este 7rrafo de suelos finos, no estamos refiri>ndonos a suelos .ue conten-an m7s de un 014 de finos, sino a la fracci"n fina .ue controla este comortamiento+ Esta fracci"n fina, .ue uede ser ara -raas sobre un '4 y ara arenas sobre un &24 (oltz &8*), llea a limitar el uso de la densidad relatia y, or lo tanto, obli-a a su reemlazo or el ensayo de comactaci"n+ El a-ua en oca cantidad, se encuentra en forma cailar roduciendo tensiones de comresi"n entre las art:culas constituyentes del suelo .ue llean a la formaci"n de -rumos dif:ciles de desinte-rar y .ue terminan or dificultar la comactaci"n+ Mirado desde un unto de ista f:sico.u:mico, se roduce una tendencia a la floculaci"n entre las art:culas arcillosas, lo .ue roduce uniones entre art:culas dif:ciles de romer+ El aumento del contenido de humedad hace disminuir la tensi"n cailar D y a niel f:sico.u:mico facilita la searaci"n de las art:culas haciendo .ue una misma ener-:a de comactaci"n roduzca mejores resultados en el -rado de consistencia del suelo, reresentado or un menor :ndice de ac:os y un mayor eso unitario
seco+ Si or otra arte, el a-ua asa a e3istir en una cantidad e3cesia antes de iniciar la comactaci"n, ella dificultar7 el deslazamiento de las art:culas de suelo D debido a la baja ermeabilidad del suelo y or ende a la dificultad de su eliminaci"n roduciendo una disminuci"n en la eficiencia de la comactaci"n+ En consecuencia, e3istir7 ara un determinado suelo fino y ara una determinada ener-:a de comactaci"n, una humedad "tima ara la cual esta ener-:a de comactaci"n roducir7 un material con densidad seca m73ima+ ara ase-urar una comactaci"n adecuada deben realizarse canchas de rueba en terreno .ue ermitir7n definir los e.uios de comactaci"n m7s adecuados ara esos materiales, los esesores de caa y n$mero de asadas del e.uio seleccionado ara cumlir con las esecificaciones t>cnicas de densidad seca+ El control de la obra final se realizar7 a tra>s de determinaciones de los ar7metros densidad seca y humedad de comactaci"n de los rellenos colocados+ =as esecificaciones ara la comactaci"n en terreno e3i-en la obtenci"n de una densidad m:nima .ue es un orcentaje de la densidad m73ima seca obtenida en el laboratorio+ na r7ctica com$n ara numerosas obras es e3i-ir a lo menos el 804 del roctor Modificado+ Fo basta con esecificar el -rado de comactaci"n de un suelo+ %os suelos diferentes alcanzar7n no solo densidades secas y humedades "timas diferentes en el ensayo de comactaci"n, sino .ue el material al estar constituido or art:culas diferentes, tendr7 un comortamiento en t>rminos de in-enier:a diferente+ or ello, se hace necesario un ar7metro adicional .ue considere la caacidad de soorte del suelo en s: mismo ara esas condiciones de comactaci"n+ El ensayo de soorte de California se desarroll" or arte de la %iisi"n de Carreteras de California en &828 como una forma de clasificar la caacidad de un suelo ara ser utilizado como subrasante o material de base en construcci"n de carreteras+ El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simlemente un ensayo de relaci"n de soorte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas+ El ensayo ermite obtener un n$mero asociado a la caacidad de soorte+
EQUIPO
E.uio de CBR; • • • •
• •
Molde de comactaci"n (con collar y base)+ %isco esaciador+ Martillo de comactaci"n+ Aarato ara medir la e3ansi"n con deform:metro de car7tula con recisi"n de mm+ esos ara sobrecar-a M7.uina de comresi"n e.uiada con ist"n de enetraci"n CBR caaz de enetrar a una elocidad de &+2* mm6min
REGISTRO FOTOGRAFICO •
•
PROCEDIMIENTO &+ rearar una muestra de suelo de -rano fino (en cantidad suficiente ara hacer ? robetas) menor .ue el tamiz G 9, al contenido de humedad "tima del suelo determinado con el ensayo de roctor Modificado+ 2+ Antes de comactar el suelo en los moldes, tomar una muestra reresentatia ara determinar su contenido de humedad (or lo menos &11 - si el suelo es de -rano fino)+ + esar los moldes sin su base ni el collar+ 9+ ara cada molde ajustar el molde a la base, insertar el disco esaciador en el molde y cubrirlo con un disco de ael filtro+ 0+ Habricar ? robetas de 0 caas cada una; 2 de &2 -oles or caa, 2 de 2? -oles or caa y 2 de 0? -oles or caa@ dejar saturando una muestra de &2, de 2? y de 0? -oles or caa+ ?+ ara cada molde retirar la base, el collar y el disco esaciador, esar el molde con el suelo comactado y determinara el eso unitario total del suelo+ *+ Colocar un disco de ael filtro sobre la base, inertir la muestra y ase-urar el molde a la base de forma .ue el suelo .uede en contacto con el ael filtro+ ara muestras no saturadas, llear a cabo los asos ' a &1+ '+ Colocar suficientes esas ranuradas (no menos de 9+0 -) sobre la muestra de suelo ara simular la resi"n de sobrecar-a re.uerida+
8+ Colocar la muestra en la m7.uina de comresi"n y sentar el ist"n sobre la suerficie de suelo utilizando una car-a inicial no mayor de 9+0 -+ Hijar el cero en los deform:metros de medida de car-a y de enetraci"n (o deformaci"n)+ &1+ acer lecturas de deformaci"n o enetraci"n y tomar las resectias lecturas del deform:metro de car-a+ E3truir la muestra del molde y tomar dos muestras reresentatias adicionales ara contenido de humedad+
Para muestras no saturadas: &&+ Colocar la laca erforada con el 7sta-o ajustable sobre el suelo comactado y alicar suficientes esas ara obtener la sobrecar-a deseada, cuidando .ue no sea inferior a 9+0 -+ Ase-urarse de usar un disco de ael filtro entre la base erforada del 7sta-o y el suelo ara eitar .ue el suelo se e-ue a la base del 7sta-o+ &2+ Sumer-ir el molde y las esas en un reciiente de a-ua de forma .ue el a-ua ten-a acceso tanto a la arte suerior como a la arte inferior de la muestra y ajustar el deform:metro de car7tula (con lecturas al 1+1& mm) en su resectio soorte@ marcar sobre el molde los untos donde se aoya el soorte de forma .ue ueda remoerse y oler a colocarlo sobre el molde en el mismo sitio cuando se desee hacer una lectura+ &+ Ajustar el cero del deform:metro de e3ansi"n y re-istrar el tiemo de comienzo del ensayo+ Tomar las lecturas a 1, &, 2, 9, ', &2, 29, ?, 9', *2 y 8? horas de tiemo transcurrido@ el ensayo de e3ansi"n uede terminarse desu>s de 9' horas si las lecturas en el deform:metro de e3ansi"n se mantienen constantes or lo menos durante 29 horas+ &9+ Al final de las 8? horas de inmersi"n, sacar la muestra y dejarla drenar or esacio de &0 min@ secar comletamente la suerficie suerior de la muestra con toallas de ael+ &0+ esar la muestra sumer-ida incluyendo el molde+ &?+ Realizar los asos ' al &1 ara cada muestra+
&*+ Tomar muestras ara contenido de humedad de las muestras saturadas de la si-uiente forma; 2 dentro de los cm sueriores del suelo 2 dentro de los cm inferiores del suelo 2 en el centro de la muestra de suelo+
RICE%JMJEFTI K =as muestras deben reararse de acuerdo con la K Ibtener dos o m7s muestras de ensayo reresentatias con un tama/o de aro3imadamente 9+0 5-+ En el caso de suelo fino y de 0+0 - en el caso de suelos -ranulares, y mezclar homo->neamente con a-ua+
Preparación de las proetas K Si las muestras de ensayo an a ser sometidas a inmersi"n, sacar una muestra reresentatia del material ara determinar su humedad (i-ual o mayor a &11 ara suelos finos y de 011 - ara suelos -ranulares) al indicar la comactaci"n y otra muestra de material restante, desu>s de efectuarse la comactaci"n+ K Si las muestras no se an a someter a inmersi"n, obtener la muestra ara la determinaci"n de humedad de una de las caras cortadas desu>s de efectuar la enetraci"n, y ara ello sacar la humedad de la caa suerior en un esesor de 20 mm+ K Si se desea determinar la humedad romedio sacar una muestra .ue comrenda toda la altura del molde+ K Colocar el disco esaciador sobre la laca base+ Hijar el molde, con su collar de e3tensi"n, sobre dicha laca y colocar un disco de ael filtro -rueso sobre el esaciador+ Comactar el suelo h$medo en el molde de acuerdo al roctor con el fin de obtener la humedad otima y la densidad m73ima+ Leneralmente se utilizan como m:nimo muestras con 0?, 20 y &1 -oles+ KRetirar el collar de e3tensi"n y enrasar cuidadosamente el suelo comactado con la re-la al niel del borde del molde+ Rellenar con material de tama/o menor
cual.uier hueco .ue ueda haber .uedado en la suerficie or la eliminaci"n de material -rueso+ K Sacar la laca base erforada y el disco esaciador y esar el molde con el suelo comactado+ Restar el eso del molde determinando la masa del suelo comactado K %eterminar la densidad de la muestra antes de la inmersi"n, diidiendo la masa de suelo comactado or la caacidad olum>trica del molde K Colocar un disco de ael filtro -rueso sobre la base erforada, inertir el molde y fijarlo a la laca base, con el suelo comactado en contacto con el ael filtro+ K Colocar el 7sta-o ajustable y la laca erforada sobre la robeta desuelo comactado y alicar las car-as hasta roducir una sobre car-a, redondeada en m$ltilos de 2+2* - y mayor o i-ual a 9+09 -+ K Si la muestra a a ser sometida a inmersi"n, colocar el molde con las car-as en a-ua, ermitiendo el libre acceso del a-ua a la arte suerior e inferior de la robeta+ Tomar mediciones iniciales ara la e3ansi"n o asentamiento y dejar la robeta en remojo durante 8? hrs+ Mantener la muestra sumer-ida a un niel de a-ua constante durante este eriodo+ K Al t>rmino del eriodo de inmersi"n tomar las mediciones finales de la e3ansi"n y calcularla como un orcentaje de la altura inicial de la robeta+
K Sacar el a-ua libre dejando drenar la robeta a tra>s de las erforaciones de la laca base durante &0 min+ Cuidar de no alterar la suerficie de la robeta mientras se saca el a-ua suerficial+ Retira las car-as y la laca base erforada, esar el molde con el suelo+ Restar la masa del molde determinando la masa del suelo comactado desu>s de la inmersi"n Ibtener la densidad corresondiente, diidiendo la masa de suelocomactado la caacidad olum>trica del molde ();
or
+enetraci"n K Colocar sobre la robeta, la cantidad suficiente de car-as ara roducir unasobrecar-a i-ual a la ejercida or el material de base y el aimento,redondean do a m$ltilos de 2+2* - y .ue en nin-$n caso debe ser menor .ue9+09 -+ Si la robeta ha sido reiamente sumer-ida, la sobrecar-a debe ser i-ual a la alicada durante el eriodo de inmersi"n+ K ara eitar el soleantamiento del suelo en la caidad de las car-as ranuradas se coloca en rimer lu-ar la car-a anular sobre la suerficie del suelo, antes de aoyar el ist"n de enetraci"n, y desu>s se colocan las car-as restantes+ K Aoyar el ist"n de enetraci"n con la car-a m7s e.ue/a osible, la cual no debe e3ceder en nin-$n caso 90 F (9+0 5-f)+ Colocar los calibres de tensi"n y deformaci"n en cero+ K Esta car-a inicial se necesita ara ase-urar un aoyo satisfactorio del ist"n y debe considerarse como car-a cero ara la determinaci"n de la relaci"n car-a enetraci"n+ K Alicar la car-a del ist"n de enetraci"n de manera .ue la elocidad de enetraci"n sea &+20 (mm6min) en a.uellos suelos donde se demuestre a tra>s de ensayos comaratios .ue el cambio de elocidad no altera los resultados del ensayo+ Anotar la car-a y enetraci"n m73ima si esta se roduce ara una enetraci"n m73ima si esta se roduce ara una enetraci"n menor .ue &2+*(mm), (1+0 ul-adas) Raz"n de Soorte (CBR) K El alor del CBR es la relaci"n e3resada en orcentaje entre la car-a real, .ue roduce una deformaci"n establecida y la .ue se re.uiere ara roducir i-ual deformaci"n establecida y la .ue se re.uiere ara roducir i-ual deformaci"n en un material chancado y normalizado, se e3resa or la relaci"n;
C!"CU"OS C#R
PENETRACION VS ESFUERZO 10 GOLPES 70
60
50
40
30
20
10
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
PENETRACION VS ESFUERZO 0 GOLPES 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
PENETRACION VS ESFUERZO 0 GOLPES 12
10
8
6
4
2
0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
!N$"ISIS DE RESU"T!DOS En el caso de los datos de enetraci"n se encontr" .ue ara el molde F con ?1 -oles se tiene un '+24 de humedad de enetraci"n, ara el molde F2 con 1 -oles se tiene un '+14 de humedad de enetraci"n y ara el molde F2* con &1 -oles '+14 de humedad de enetraci"n+ %e i-ual forma se hallaron los alores de enetraci"n y esfuerzo ara las diferentes ener-:as de comactaci"n@ ?1, 1 y &1 -oles resectiamente, lecturas tomadas ara alores en 5F, 5- y Esfuerzo 5-6cm2+ ara los c7lculos de CBR del roctor se ha calculado al %&', de i-ual forma se tom" el CBR corre-ido mayor de las dos rofundidades de enetraci"n+
CONC"USIONES
En los resultados odemos obserar .ue la muestra .ue fue comactada con los 0? -oles es la .ue mejor resultado arroja, ya .ue es osible .ue se haya reducido los acios .ue e3istan en la muestra+ %e i-ual forma aumento la densidad del suelo, de a.u: la raz"n .ue su comortamiento sea homo->neo y su resistencia sea mayor+ El CBR se obtiene ara suelos en condiciones de material comactado y saturado, ya .ue buscamos calcularlo ara los mayores cambios .ue uede tener el clima, y donde odamos corroborar .ue las condiciones de resistencia del suelo son las adecuadas ara el tio de car-ar .ue este soorte+
