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1. TEMA: “ENSAYO
CBR CALIFORNIA BEARING RATIO: ENSAYO DE RELACIÓN DE SOPORTE DE CALIFORNIA ”
2. INTRODUCCIÓN Y FUNDAMENTO TEÓRICO: 1.1. INTRODUCCIÓN En este trabajo práctico se realizará un Ensayo CBR, según la norma ASTM D1883 y AASHTO T19363. Determinación de la razón de soporte de suelos compactados en laboratorio. La norma establece un procedimiento para determinar la razón de soporte de los suelos compactados y ensayados en laboratorio, comparando la carga de penetración en el suelo con la correspondiente a un material normalizado. Esta norma se aplica para determinar la relación de soporte d california (CBR) de los suelos que están sometidos a esfuerzos de cortantes, además evalúa la calidad relativa del suelo para su rasante, sub-base y base. Uno de los ensayos más usados es el CBR (California Bearing Ratio), el cual es un índice empleado para expresar las características de resistencia y deformación de un suelo, estableciéndose en él una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y la que corresponde a un material de referencia. En el laboratorio se ha realizado el ensayo CBR, previa realización del ensayo Proctor, siguiendo todos los pasos correspondientes, desde la extracción del suelo en adelante, y materiales necesarios, los cuales serán descritos más adelante. Otra etapa importante del laboratorio son los resultados, ya que es necesario interpretarlos, en lo cual nuestro laboratorio en particular es muy distinto al resto, puesto que la muestra de suelo fue extraída de otra parte y arrojó resultados muy distintos e inesperados
1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO Definición de CBR El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de penetración, expresada en por
ciento en su respectivo valor estándar. También se dice que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controlada. El ensayo permite obtener un número de la relación de Dis eñ o de Pavi m ent os
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soporte, que no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo.
El asumido mecanismo de falla del suelogenerado por el pistón de 19.4 cm2 en el Ensayo C.B.R. La condición de frontera es un problema.
Definición de número CBR El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relación de la carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración (19.4 cm2) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón (lbs/pulg2.) requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para un suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar o modificada del experimento. El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:
Determinación de la densidad y humedad.
Determinación de las propiedades expansivas del material.
Determinación de la resistencia a la penetración.
El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de alteración (inalterado y alterado) y a su granulometría y características físicas (granulares, finos, poco plásticos). El método a seguir para determinar el CBR será diferente en cada caso. Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados: 1. Gravas y arenas sin cohesión. 2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivo. 3. Suelos cohesivos y expansivos.
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4. Determinación del CBR de suelos inalterados. 5. Determinación del CBR in situ. El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una velocidad de deformación unitaria de 1.27 mm/min. Se toman lecturas de carga versus penetración cada 0.64 mm de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm a partir del cual se toman lecturas con velocidades de penetración de 2.5 mm/min hasta obtener una penetración total de 12.7 mm. El valor del CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos, principalmente con fines de utilización como base y subrasante bajo pavimentos de carreteras y aeropistas. VALORES DE CBR, USOS Y SUELO
3.
OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL El objetivo del ensayo de CBR es establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y sub. Rasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, determinando la relación entre el valor de CBR y la densidad seca que se alcanza en el campo.
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3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al terminar este trabajo en el laboratorio seremos capaces de: o
Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características de resistencia y deformación del suelo extraído.
o
Comprender en su totalidad el método directo del ensayo CBR.
o
Conocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el Ensayo CBR.
o
Precisar y señalar con exactitud la metodología y procedimientos usados en el ensayo y además los tiempos que se requieren en algunas partes de la experiencia.
o
Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado utilizando un procedimiento adecuados para desarrollo del ensayo
o
Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.
o
Obtener un resultado lo más exacto posible para realizar correctamente una expresión gráfica Fuerza v/s Penetración del ensayo de la muestra de suelo
4. PROCEDIMIENTO 4.1.
Preparación del material o
Secar el material al aire o calentándolo a 60o C.
o
Desmenuzar los terrones existentes y tener cuidado de no romper las partículas individuales de la muestra.
o
La muestra deberá tamizarse por la malla ¾ “ y la No. 4. La fracción retenida en el tamiz ¾” deberá descartarse y reemplazarse en igual proporción por el material comprendido entre los tamices ¾” y No. 4. Luego se mezcla bien.
o
Se determina el contenido de humedad de la muestra así preparada.
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4.2. Cantidad de material o
Para cada determinación de densidad (un punto de la curva de compactación), se necesitan 4,00 k de material para cada número de golpes. Cada muestra se utiliza una sola vez.
4.3. Determinación de la densidad y humedad o
En el molde cilíndrico se coloca el disco espaciador y papel filtro grueso 6”.
o
La muestra se humedece añadiendo una cantidad de agua calculada. Se mezcla uniformemente. La humedad entre dos muestras debe variar en 2%.
o
La muestra se divide en 5 partes. Se compacta en 5 capas con 10, 25 y 56 golpes / capa. La briqueta compactada deberá tener un espesor de 5”.
o
Se quita el collarín, se enrasa la parte superior del molde, se volteará el molde y se quitará la base del molde perforada y el disco espaciador.
o
Se pesará el molde con la muestra, se determinará la densidad y la humedad de la muestra.
4.4. Determinación de la expansión del material o
Determinada la densidad y humedad se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, un plato metálico perforado y se volteará el molde.
o
Sobre la superficie libre de la muestra se colocará papel filtro y se montará el plato con el vástago graduable. Luego sobre el plato se colocará varias pesas de plomo. La sobrecarga mínima será de 10 lbs.
o
Colocado el vástago y las pesas, se colocará el molde dentro de un tanque o depósito lleno con agua.
o
Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial y se tomará cada 24 horas.
o
Al cabo de las 96 horas o antes si el material es arenoso se anota la lectura final para calcular el hinchamiento. Se calcula el % de hinchamiento que es la lectura final menos la lectura inicial dividido entre la altura inicial de la muestra multiplicado por 100.
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o
Los adobes, suelos orgánicos y algunos suelos cohesivos tienen expansiones muy grandes generalmente mayor del 10%.
o
Los especímenes son saturados por 96 horas, con una sobrecarga igual peso del pavimento que se utilizará en el campo pero en ningún caso será menor que 4.50 k. Es necesario durante este periodo tomar registros de expansión cada 24 horas y al final de la saturación tomar el porcentaje de expansión que es: ()
Las especificaciones establecen que los materiales de préstamo para: Sub base deben tener expansiones menores de 2% Base deben tener expansiones menores de 1% Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR: Suelo con hinchamiento 3% o más, generalmente tienen CBR < 9 % Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen CBR ³ 15% Suelos con hinchamiento < 1% tienen generalmente CBR > 30%.
4.5. Drenaje Después de saturada la muestra, se saca del cilindro y cuidadosamente se drena durante 15 minutos el agua libre que queda. Como para drenar bien el agua es necesario voltear el cilindro sujétese bien el disco y las pesas metálicas al hacer esta operación. Luego remuévase el disco, las pesas y el papel filtro, pésese la muestra.
4.6. Determinación de la resistencia a la penetración o
Si la muestra ha sido sumergida en agua para medir su expansión, y después que haya sido drenada, se colocará la pesa anular y encima de las pesas de plomo que tenía la muestra cuando estaba sumergida en agua; o sea que la sobrecarga para la prueba de penetración deberá ser prácticamente igual a la sobrecarga que tenía durante el ensayo de hinchamiento.
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o
El molde con la muestra y la sobrecarga, se coloca debajo de la prensa y se asienta el pistón sobre la muestra, aplicando una carga de 10 lbs.
o
Una vez asentado el pistón, se coloca en cero el extensómetro que mide la penetración y el dial del extensómetro también se coloca en cero.
o
Se hinca el pistón en incrementos de 0.025” a la velocidad de 0.05”/ minuto y se leen las
cargas totales que ha sido necesario aplicar hasta hincar el pistón 0.50 pulgada. o
Una vez hincado el pistón hasta 0.50 pulgada, se suelta la carga lentamente; se retira el molde de la prensa y se quitan las pesas y la base metálica perforada.
o
Finalmente se determina el contenido de humedad de la muestra.
o
Para el control de campo, bastará determinar el contenido de humedad correspondiente a la parte superior de la muestra pero en el laboratorio se recomienda tomar el promedio de los diferentes contenidos de humedad (parte superior e inferior de la muestra).
5. MATERIALES Y EQUIPOS EMPLEADOS 5.1. MATERIALES: Muestra extraída de la carretera vía a Cuenca sector de la cemento Chimborazo
5.2. EQUIPO DE CBR:
Molde de compactación (con collar y base)
Disco espaciador
Martillo de compactación
Aparato para medir la expansión con deformímetro de carátula con precisión de 0.01 mm
Pesos para sobrecarga
Máquina de compresión equipada con pistón de penetración CBR capaz de penetrar a una velocidad de 1.27 mm/min
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6. RESULTADOS
CURVA DE PENETRACIÓN 500 450 ) 400 2 g 350 l u p / 300 b l ( 250 n 200 ó i s e r 150 P 100 50 0
Molde 1 - 10 golpes Molde 2 - 25 golpes Molde 3 - 56 golpes
0
0.2
0.4
0.6
Penetración (pulg)
Curva de compactacion 1.74 ) 1.72 3 m 1.7 c / g ( 1.68 a c e 1.66 S d a 1.64 d i s n 1.62 e D 1.6
Curva de compactacion
1.58 0
5
10
15
20
25
Humedad (%)
Penetración (pulg) Presiòn (lb/pulg2) C.B.R.(%)
ETAPA DE CORRECCION DE LA PRESION Molde 1 Molde 2 0,1 0,1 62,9 111,6 6,3 11,2
Molde 3 0,1 125,8 12,6
Penetración (pulg) Presiòn (lb/pulg2) C.B.R.(%)
ETAPA DE CORRECCION DE LA PRESION Molde 1 Molde 2 0,2 0,2 95,9 188,6 6,4 12,6
Molde 3 0,2 216,9 14,5
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1.72
CBR vs. Densidad Seca
1.7 ) 3 m c / g ( a c e s d a d i s n e D
1.68 1.66 1.64
CURVA C.B.R.(0.1)
1.62
CURVA C.B.R. (0.2)
1.6 1.58
C.B.R. (%)
C.B.R. (MDS 95%) = 8,10 C.B.R. (MDS 97%) = 8,20
7. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 7.1. CONCLUCIONES
El tipo de suelo ensayado presenta características gravosas y arenosas en la clasificación unificada, corresponden a los siguientes grupos: GW, GP, SW y SP. El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20%. De acuerdo con los resultados obtenidos, este material en su estado natural cumple con todas la especificaciones establecidas en él la norma nacional CR 77 MOPT para utilizarse como sub-base.
El ensayo CBR es muy importante en la ingeniería de caminos, carreteras y aeropuertos, y por lo tanto para el diseño estructural de estas obras u otras relacionado, ya que representa un parámetro comúnmente aceptado y difundido.
Este ensayo se basa en llevar el suelo previamente compactado a la saturación, ya que se deja el tiempo necesario bajo el agua para que esto ocurra. Esto tiene por objeto simular las condiciones más desfavorables con que el suelo pudiera encontrarse en la realidad. En cuanto a los resultados obtenidos, podemos decir que tenemos un valor de CBR de 8,2 y según la tabla de clasificación típica este es recomendable para sub base pues es muy pobre y se clasifica como regular siendo así un material malo para subrasante.
Si bien este resultado pudo deberse a muchos factores, entre ellos la inexperiencia de los alumnos en este ensayo, creemos que los valores obtenidos son correctos, al menos en forma aproximada,
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ya que se trató de seguir el método normalizado para el ensayo y la muestra fue saturada durante el tiempo requerido, por lo que estos resultados son el reflejo de que nuestro suelo no era adecuado para usarlo con fin es estructurales, debido principalmente a su alto contenido de materia orgánica
7.2. RECOMENDACIONES
Previo al ensayo verificar el correcto funcionamiento de los equipos, que se utilizaran en el ensayo, no olvidemos calibrar las balanzas.
Verificar el tiempo de uso de la tamizadora en la norma para evitar errores.
Para el cálculo del contenido de humedad lo optimo es pesar las muestras después de que hayan transcurrido las 24 horas puesto que si no es así los datos serán erróneos por lo que el ensayo ya no servirá.
Es recomendable tomar muy en cuenta lo que nos indican las normas para obtener mejores resultados.
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8. APENDICE Y CALCULOS TIPICOS
()
CBR = El número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón. ENSAYO DE RELACION DE SOPORTE DE CALIFORNIA - CBR (ASTM-DI883) INFORME Nº: SOLICITANTES: PROYECTO: Ubicación : Fecha:
2 ING. NUÑEZ Evalución de l a carretera Panamericana Via a Cue nca Sector e la cemento Chimborazo Mayo, 2012
Tipo de Capa:
Profundidad: Clasificacion(SUCS):
Suelo natural
Humedad (%) Densidad se ca (g/cm3)
ENSAYO PRELIMINAR: PROCTOR MODIFICADO ( ASTM-D1557 A) 11,25 14,77 1,7 1,73 ETAPA DE COMPACTACION Molde 1 5 10 11,25 1,7
Identificaaciòn del molde Número dee capas Golpes por capa Humedad inicial (%) Densidad se ca (kg/cm3)
ETAPA DE EXPANSIÓN Molde 1 (%) 88,9
Tiempo (min) 5330
Penetracion (mm) 0 0,64 1,27 1,91 2,54 3,81 5,08 6,35 7,62 10,16 12,7
Dis eñ o de Pavi m ent os
Molde 2
17,88 1,67
0,5 m CL
21,12 1,6
Molde 3 5 25 11,25 1,73
5 56 11,25 1,67
Molde 2 (%) 3,12
Molde 3 (%) 2,79
ETAPA DE APLICACIÓN DE PRESIÓN Molde 1 (10golpes) Molde 2 (25 golpes) Molde 3 (56 golpes) (pulg) (lb/pulg2) (lb/pulg2) (lb/pulg2) 0 0 0 0 0,025 18,9 28,3 44 0,05 33 55 69,2 0,075 47,2 86,6 97,5 0,1 62,9 111,6 125,8 0,15 80,2 149,3 172,9 0,2 95,9 188,6 216,9 0,25 113,2 224,8 259,4 0,3 132,2 254,7 301,8 0,4 169,8 301,8 385,1 0,5 204,4 345,8 465,3
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mm
pulg
2,5 5 7,5 10 12,7
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
CARGA UNITARIA PATRON Penetración Mpa 6,9 0,3 13 16 18
Carga Unitaria Psi 1000 1500 1900 2300 2600
PENETRACIÓN A 0.1 PULG.
()
()
()
PENETRACIÓN A 0.1 PULG.
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()
()
()
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Patrón K/cm2 70 105 133 161 182
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9. BIBLIOGRAFIA Bowles, Joseph E. (1981), “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil” . Mc Graw -Hill Book
Company. - Bowles, Joseph E. (1984), “Physical and Geotechnical Properties of Soils”. McGraw-Hill Book Company. - Das, Braja M. (2001), “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”, Thomson Learning. - Das, Braja M. (2001), “Principios de Ingeniería de Cimentaciones”, International Thomson Editores. - Head, K. H. (1980), “Manual of Soil Laboratory Testing”, Volume 1, 2. Pentech Press London: Plymouth. - JICA – TIATC (1988), Irrigation and Drainage Course, “Soil Test” - Lambe, T. W. (1951), “Soil Testing for Engineers”, John Wiley and Son, New York. - McCarthy, David F. (1988), “Essentials of soil Mechanics and Foundations: Basic Geotechnics”, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 07632. - Universidad Nacional de Ingeniería – FIC ( ), “Laboratorio de Mecánica de Suelos”. - Valle Rodas, Raúl (1982), “Carreteras, Calles y Aeropistas”, El Ateneo. - Vivar Romero, Germán (1990-1991), “Diseño y Construcción de Pavimentos”, Ediciones CIP.
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10. ANEXOS
Se extrae el material a una profundidad de 0,50 m
Secamos las muestras al horno a una temperatura de 60° C
Tamizamos la muestra en el Tamiz # ¾ y el # 4
Colocamos las tres capas de la muestra en los tres tarros y vamos compactando con el número de golpes que corresponde
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Colocamos los cilindros en el agua
Retiramos la muestra del agua trascurrido el tiempo ya indicado
El equipo manual de CBR. La muestra está instalada, el anillo y su dial de deformaciones, el dial para medir las deformaciones y el pistón de 19.4 cm2 de área transversal.El marco de carga, el anillo y el dial de deformaciones.
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1.
TEMA: .......................................................................................................................................................
2.
INTRODUCCIÓN Y FUNDAMENTO TEÓRICO: ............................................................................................
1 1
1.1.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................
1
1.2.
FUNDAMENTO TEÓRICO ..................................................................................................................
1
Definición de CBR...........................................................................................................................................
1
Definición de número CBR...............................................................................................................................
2
OBJETIVOS ...............................................................................................................................................
3
3.1.
OBJETIVO GENERAL .............................................................................................................................
3
3.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................................................
4
PROCEDIMIENTO......................................................................................................................................
4
4.1.
Preparación del material ..........................................................................................................................
4
4.2.
Cantidad de material ...............................................................................................................................
5
4.3.
Determinación de la densidad y humedad .................................................................................................
5
4.4.
Determinación de la expansión del material...............................................................................................
5
4.5.
Drenaje ..................................................................................................................................................
4.6.
Determinación de la resistencia a la penetración........................................................................................
6
MATERIALES Y EQUIPOS EMPLEADOS ....................................................................................................
7
3.
4.
5.
6
5.1.
MATERIALES: ........................................................................................................................................ 7
5.2.
EQUIPO DE CBR: ................................................................................................................................... 7
6.
RESULTADOS ...........................................................................................................................................
8
7.
CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................................
9
7.1.
CONCLUCIONES ...................................................................................................................................
9
7.2.
RECOMENDACIONES..........................................................................................................................
10
8.
APENDICE Y CALCULOS TIPICOS ...........................................................................................................
11
9.
BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................................
13
ANEXOS ..............................................................................................................................................
14
10.
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