Ensayo Cbr

ÍNDICE

I.

INTRODUCCIÓN ______________________________________________________ 2 1.

GENERALIDADES: ________________________________________________________ 2 1.1. 1.2.

2.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE DE LA PRÁCTICA _____________________________ _____________________________________ ________ 3 2.1. 2.2. 2.3.

3.

ANTECEDENTES ______________________________________________________________ 3 DESCRIPCIÓN GENERAL ________________________________________________________ 3 SITUACIÓN A DESARROLLAR ____________________________________________________ 3

OBJETIVOS _____________________________________________________________ 4 3.1. 3.2.

II.

NOMBRE DEL INFORME DE LABORATORIO N° 05 ________________ _________________________ _________________ __________ __ 2 UBICACIÓN Y ACCESO DE LA MUESTRA ________________ ________________________ _________________ _________________ __________ __ 2

OBJETIVO GENERAL ___________________________________________________________ 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS _______________________________________________________ 4

MARCO TEÓRICO _____________________________________________________ 4 1.

ENSAYO DE C.B.R. ________________________________ ________________________________________________________ ________________________ 4

2.

HUMEDAD DE MEZCLADO _________________________________________________ _________________________________________________ 5

3.

DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN EXPANSIÓN DEL MATERIAL MATERIAL ____________________________ 6

4.

APARATOS _____________________________________________________________ 6

III. DATOS OBTENIDOS __________________________ _____________ __________________________ _________________________ ____________ 7 1.

EQUIPOS Y MATERIALES _________________________________ ___________________________________________________ __________________ 7

2.

PROCEDIMIENTO ________________________________________________________ 8

IV.

PROCESAMIENTO DE DATOS __________________________________________ 9

V.

CONCLUSIONES CONCLUSION ES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONE S __________________________ ____________ ______________________ ________ 15 1.

CONCLUSIONES__________________________________ _________________________________________________________ _______________________ 15

2.

RECOMENDACIONES ____________________________________________________ 15

LABORATORIO – DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS

I.

INTRODUCCIÓN:

El Ensayo CBR (California Bearing Ratio: Ensayo de Relación de Soporte de California) mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para sub-rasante, sub base y base de pavimentos. Se efectúa bajo condiciones controladas de humedad y densidad. Este es uno de los parámetros necesarios obtenidos en los estudios geotécnicos previos a la construcción, como también lo son el Ensayo Proctor y los análisis granulométricos del terreno.

1. GENERALIDADES: 1.1.

NOMBRE DEL INFORME DE LABORATORIO N° 05

“ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)”

1.2.

UBICACIÓN Y ACCESO DE LA MUESTRA

La calicata ejecutada se realizó en la Universidad Alas Peruanas – Filial Arequipa. Departamento

:

Arequipa

Provincia

:

Arequipa

Distrito

:

José Luis Bustamante y Rivero

Altitud

:

2350 m.s.n.m.

Referencia

:

Situado a 4 km desde la Plaza de Armas de Arequipa

2 a n i g á P

INFORME DE LABORATORIO N° 06 – ENSAYO CBR

– GRUPO A


2. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PRÁCTICA 2.1.

ANTECEDENTES

Con fines de realizar los ensayos respectivos en el laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Alas Peruanas para determinar la resistencia al esfuerzo Cortante de un suelo.

2.2.

DESCRIPCIÓN GENERAL

El suelo en exploración de donde se realizó el ensayo es un suelo que tiene un perfil poco desarrollado formado de materiales transportados por corrientes de agua, anteriormente sobre esta superficie se ha acumulado algo de materia orgánica, siendo antiguamente esta zona áreas de cultivo. Este tipo de suelo tiene mala filtración y son de color marrón oscuro. Se establece en este método una relación entre la resistencia a la penetración del suelo y su valor relativo como bases de sustentación de pavimentos flexibles. El ensayo CBR mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo se aplica solo al estado en el cual se encuentra el suelo durante su realización. Es decir el número CBR que se obtiene no es constante.

2.3.

SITUACIÓN A DESARROLLAR

Preparar una muestra que tenga la misma densidad y humedad que se proyecta alcanzar en el sitio donde se construirá el pavimento. Procedimiento: 









En el molde cilíndrico se coloca el disco espaciador y papel filtro grue so 6”. La muestra se humedece añadiendo una cantidad de agua calculada. Se mezcla uniformemente. La humedad entre dos muestras debe variar en 2%. 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”. 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. Se pesará el molde con la muestra, se determinará la densidad y la humedad de la muestra. 3 a n i g á P


– GRUPO A


3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL El objetivo del ensayo de C.B.R. es establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y sub rasante 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. 

3.2. 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar el valor del C. B. R. de los suelos, cuando son compactados y ensayados en el laboratorio, mediante la comparación entre la carga de penetración en el suelo y aquella de un material normalizado o “estándar”.



II.

Un objetivo también es el de conocer más de este ensayo que a lo largo de la carrera se ve poco y en campo solo podría apreciarse en las especialidades de caminos y carreteras

MARCO TEÓRICO

1. ENSAYO DE C.B.R. El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturada, en ecuación, esto se expresa: CBR = Carga unitaria de ensayo * 100 Carga unitaria patrón Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son: Penetración mm Pulgada 2,54 0,1 5,08 0,2 7,62 0,3 10,16 0,4 12,7 0,5

Carga unitaria patrón Mpa Kg/cm2 psi 6,90 70,00 1000 10,30 105,00 1500 13,10 133,00 1900 15,80 162,00 2300 17,90 183,00 2600

Tabla: Valores de Carga Unitaria a

4 n i g á P


– GRUPO A


El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR.

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70 (para el molde de 15.5 cm de diámetro), se debe compactar muestras utilizando las siguientes energías de compactación:

Método D698 2 (suelos de grano fino) 4 ( suelos gruesos) D1557 2 (suelos de grano fino) 4 (suelos gruesos)

Golpes

Capas

Peso del martillo N

56 56 56 56

3 3 5 5

24,5 24,5 44,5 44,5

Tabla: Energías de Compactación El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y sub-rasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica: CBR 0-3 3-7 7 - 20

CLASIFICACIÓN GENERAL MUY POBRE POBRE A REGULAR REGULAR

USOS SUBRASANTE SUBRASANTE SUB-BASE

20 - 50

BUENO

BASE,SUBBASE

> 50

EXCELENTE

BASE

Sistema de Clasificación Unificado AASHTO OH,CH,MH,OL A5,A6,A7 OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7 OL,CL,ML,SC A2,A4,A6,A7 SM,SP GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3 SP,GP A2-6 GW,GM A1-a,A2-4,A3

Tabla: Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se leen tablas utilizando directamente el número CBR y se lee el espesor de la sub-rasante.

2. HUMEDAD DE MEZCLADO Es un factor importante en suelos finos y debe controlarse debidamente. El contenido de humedad de la muestra amasada que se va a compactar, deberá ser igual al correspondiente a la densidad que se desea obtener, se ha comprobado que si esta humedad de mezclado varía en ±0.5% de la que se g

i

n

a

5 á P


– GRUPO A


desea obtener, los CBR variarán apreciablemente aun cuando se obtenga una densidad aproximadamente igual a la densidad deseada.

3. DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN DEL MATERIAL 









Determinada la densidad y humedad se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, un plato metálico perforado y se volteará el molde. 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. Colocado el vástago y las pesas, se colocará el molde dentro de un tanque o depósito lleno con agua. Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial y se tomará cada 24 horas. 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.

Los adobes, suelos orgánicos y algunos suelos cohesivos tienen expansiones muy grandes generalmente mayor del 10%. 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 kg. 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:

4. APARATOS 4.1. EQUIPO a. Para la Com pactac ión

- Moldes (sin Collarín)

Diámetro Interior (cm) Altura (cm) Peso del Molde (gr)

Molde# 1 (12 golpes) 15.21 17.8 8021

Molde# 2 (25 golpes) 15.20 18.20 8450

Molde# 3 (56 golpes) 15.2 17.8 1977

- Un collarín de 2”. - Base metálica perforada. - Disco espaciador de acero diámetro de 15.21 cm y un altura de 2.5” - Pisón Peso. - Pesas (2) para darle confinamiento a la muestra de suelo. - Guía de Bronce también perforada. INFORME DE LABORATORIO N° 06 – ENSAYO CBR

– GRUPO A

P

á

g

i

n

a

6


b. Para la Prueba de Penetración - Prensa

CBR (adquirida el 2010) - Pistón sección circular Diámetro = 2 pulg. (5cm) -Deformimetro -Celda de Carga en Kg (lee la carga) - Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión de muestra a saturar, cronómetro.

III. 1.

DATOS OBTENIDOS

EQUIPOS Y MATERIALES

Para este ensayo se utilizaron algunos datos de ensayos anteriores como son el contenido óptimo de humedad del ensayo Proctor; utilizando así los siguientes equipos y materiales: 

Prensa CBR que es similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a una velocidad uniforme de 0.05" por minuto. La capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga debe ser de 44.5 KN.



Molde de metal, cilíndrico, de 152,4mm ± 0.66 mm de diámetro interior y de 177,8 ± 0.46 mm de altura, provisto de un collar de metal suplementario de 50.8 mm de altura y una placa de base perforada de 9.53 mm (3/8") de espesor. Las perforaciones de la base no excederán de 1,6 mm las mismas que deberán estar uniformemente espaciadas en la circunferencia interior del molde de diámetro .La base se deberá poder ajustar a cualquier extremo del molde. 7 a n i g á P


– GRUPO A




Disco espaciador, de metal, de forma circular, de 150.8 mm (5 15/1 6”) de diámetro exterior y de 61,37 ± 0,127 mm (2,416 ± 0,005”) de espesor, para

insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación. 

Pisón de compactación como el descrito en el modo operativo de ensayo Proctor Modificado, (equipo modificado, martillo Proctor).



Aparato medidor de expansión compuesto por una placa de metal perforada, por cada molde, de 149.2 mm de diámetro, cuyas perforaciones no excedan de 1,6 mm de diámetro. Estará provista de un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura. Un trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve montado y bien sujeto en el centro un deformímetro.



Una o dos pesas anulares de metal que tengan una masa total de 4,54 ± 0,02kg y pesas ranuradas de metal cada una con masas de 2,27 ± 0,02 kg. Las pesas anular y ranurada deberán tener 5 7/8” a 5 15/16” en diámetro; además de tener la pesa, anular un agujero central de 2 1/8” aproximado

(53,98 mm) de diámetro. 

Tanque, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua.



Estufa, termostáticamente controlada, capas de mantener una temperatura de 110 ± 5 ºC (230 ± 9 ºF).



Balanzas, una de 20 kg de capacidad y otra de 1000 g con sensibilidades de 1 g y 0. 1 g, respectivamente.



Tamiz, de 19.05 mm(3/4")



Misceláneos, de uso general como cuarteador, mezclador, cápsulas, probetas, espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde, etc.

2. 

PROCEDIMIENTO Primeramente el material es tamizado por la malla de 3/4’’ para luego ser

pesado un promedio de 5 Kg. para cada ensayo CBR, se preparó el material base con el contenido óptimo de humedad obtenido con el ensayo de Proctor, pero antes de adicionarle agua se determina la humedad natural del suelo mediante secado en estufa, conocida la humedad natural del suelo, se le añade la cantidad de agua que le falte para alcanzar la humedad optima 8

deseada (ensayo Proctor). a n i g á P


– GRUPO A




En la elaboración del ensayo se pesa el molde con su base, se coloca el collar y el disco espaciador y, sobre éste, un disco de papel de filtro grueso del mismo diámetro, una vez preparado el molde, se compacta el espécimen en su interior, aplicando golpes con el martillo Proctor.



Para nuestro ensayo se realizó dos ensayos con diferentes aplicaciones de energía de compactación, la prueba se efectúa dando 56 y 25 golpes por capa y con contenido de agua correspondiente a la óptima



Terminada la compactación, se quita el collar y se enrasa el espécimen por medio de un enrasador.



Cualquier depresión producida al eliminar partículas gruesas durante el enrase, se rellenará con material sobrante sin gruesos comprimiéndolo, se desmonta el molde y se vuelve a montar invertido, sin disco espaciador, colocando un papel filtro entre el molde y la base.



Se procede a pesa. Se coloca sobre la superficie de la muestra invertida la placa perforada con vástago y sobre ésta, los anillos necesarios para completar una sobrecarga tal, que produzca una presión equivalente a la originada por todas las capas de materiales que hayan de ir encima del suelo que se ensaya.



Se toma la primera lectura para medir el hinchamiento colocando el trípode de medida con sus patas sobre los bordes del molde, haciendo coincidir el vástago del dial con el de la placa perforada. Se anota su lectura.



A continuación, se sumerge el molde en el tanque con la sobrecarga colocada dejando libre acceso al agua por la parte inferior y superior de la muestra. Se mantiene la probeta en estas condiciones durante 4, es admisible también un período de inmersión más corto si se trata de suelos granulares que se saturen de agua rápidamente y si los ensayos muestran que esto no afecta los resultados. Al final del período de inmersión, se vuelve a leer el deformímetro para medir el hinchamiento.



Después del periodo de inmersión se saca el molde del tanque y se vierte el agua retenida en la parte superior del mismo, sosteniendo firmemente la placa y sobrecarga en su posición, inmediatamente se pesa y se procede al ensayo de penetración de acuerdo al tiempo y a la penetración ya establecida. 9 a

IV.

n i

PROCESAMIENTO DE DATOS INFORME DE LABORATORIO N° 06 – ENSAYO CBR

g á P

– GRUPO A


DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS

ENSAYO DE CBR ELABORADO POR

:

CARACTERISTICAS MOLDES Øm

MOLDE 1

MOLDE 2

MOLDE 3

12 GOLPES

25 GOLPES

56 GOLPES

Øm=

15.20

Cm

Øm=

15.17

Cm

Øm=

15.18

Cm

Hm=

17.80

Cm

Hm=

17.70

Cm

Hm=

18.20

Cm

Ød=

15.20

Cm

Ød=

15.17

Cm

Ød=

15.18

Cm

Hd=

6.00

Cm

Hd=

6.00

Cm

Hd=

6.24

Cm

V1= 2141.209 Cm³

V2= 2114.691 Cm³

V3=

2164.535

Cm³

MOLDE 1

MOLDE 2

MOLDE 3

12 GOLPES

25 GOLPES

56 GOLPES

12136.00

12269.00

12860.00

PESO DEL MOLDE (g)

8033.00

8838.00

8396.00

PESO DE LA MUESTRA (g)

4103.00

3431.00

4464.00

VOLUMEN MUESTRA (Cm3)

2141.209

2114.691

2164.535

1.92

1.62

2.06

PESO DE LA CAPSULA (g)

102.00

102.00

102.00

W CAP+W MUEST.HUMEDA (g)

502.00

502.00

502.00

W CAP+W MUEST.SECA (g)

473.00

475.00

474.00

7.82 1.78

7.24 1.51

7.53 1.92

MOLDE CBR

Ød Hm DISCO E.

VOLUMEN DE LA MUESTRA HUMEDA

MUESTRA W MOLDE + W MUESTRA (g)

DENSIDAD HUMEDA (g/cm3)

CONTENIDO DE HUMEDAD (%) DENSIDAD SECA (g/cm3)

Hd

0 1 a n i g á P


– GRUPO A


DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS

ENSAYO DE CBR ELABORADO POR

:

PENETRACIÓN TIEMPO pulg. seg.

12 GOLPES CARGA ESFUERZO Kg Lbs/pulg²



0.000

0

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.025

30

22.70

16.68

0.00

0.00

76.30

56.07

0.050

60

57.10

41.96

0.00

0.00

159.30

117.06

0.075

90

95.30

70.03

0.00

0.00

256.20

188.27

0.100

120

133.70

98.25

0.00

0.00

362.80

266.61

0.150

180

216.90

159.39

0.00

0.00

559.20

410.94

0.200

240

319.60

234.86

0.00

0.00

753.10

553.43

1 1 a n i g á P


– GRUPO A


CURVA 12 GOLPES )

250.00

2

G L U P / B L ( O Z R U F S E

200.00

150.00

100.00

50.00

0.00 0.000

0.100

0.200

0.300

PENETRACIÓN (PULG)

Penetración a 0.1 pulg. Corregido = 90 lb/pulg2

2 1 a n i g á P


– GRUPO A


CURVA 56 GOLPES )

600.00

2


500.00

400.00

300.00

200.00

100.00

0.00 0.000

0.100

0.200

0.300

PENETRACIÓN (PULG)

Penetración a 0.1 pulg. Corregido = 250 lb/pulg2

3 1 a n i g á P


– GRUPO A


MOLDE 1 MOLDE 3

CBR (0.1") DENSIDAD ESFUERZO ESFUERZO CBR SECA MAX. ENSAYO PATRON 1.777 90.00 1000.00 9.00% 1.918 250.00 1000.00 25.00%

CURVA DISEÑO CBR

) 2


1.940 1.920 1.900 1.880 1.860 1.840 1.820 1.800 1.780 1.760 0.00%

10.00%

20.00%

30.00% CBR (%)

ECUACIÓN DE LA RECTA

y = 0.8793x + 1.6981

Densidad seca máxima = 1.918 g/cm 2 Calculo del CBR (95%) 0.1” 1.918 x 0.95 = 1.8221 g/cm2 Entonces: 1.8221 = 0.8793 X + 1.6981 X = 0.1410 X = 14.10 % Calculo del CBR (95%) 0.1” = 14.10 % Calculo del CBR (100%) 0.1” = 25.0 % El suelo clasifica como BASE GRANULAR BUENO

1

4 g

i

n

a á P


– GRUPO A


V.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. CONCLUSIONES 

El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte.



El CBR para la muestra compactada a 12 golpes a una penetración de 0.10 pulgadas es 9 % y tiene una densidad seca de 1.777 g/cm3.



El CBR para la muestra compactada a 56 golpes a una penetración de 0.10 pulgadas es 25 % y tiene una densidad seca de 1.918 g/cm3.



El CBR de diseño al 100% para una penetración de 0.10 pulgadas es 25 % y tiene una densidad seca de 1.918 g/cm3. Y clasifica como BASE

GRANULAR BUENO

2. RECOMENDACIONES 

Se recomienda tener los equipos calibrados.



Se puede notar en este ensayo que la compactación de suelos es muy importante al momento de ejecutar una obra vial ya que para obtener una buena base y sub base se necesita que el suelo trabaje con el máximo desempeño y así asegurar la durabilidad de la vía.



Hacer el ensayo de Proctor a distintas densidades ayuda a obtener una mejor versión de la curva Proctor y así obtener un resultado más aproximado del contenido de humedad optimo y por consecuente el máximo peso específico húmedo con el cual se diseñara nuestra base.

5 1 a n i g á P


– GRUPO A

Ensayo Cbr

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