ENSAYO CBR

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO INGENIERIA CIVIL

ENSAYO C.B.R.

MECÁNICA DE SUELOS

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PRESENTACION El presente trabajo monográfico, referido al tema de “ ENSAYO C.B.R.”, está elaborado en base a la recopilación de diversos textos, dando a conocer definiciones y procedimientos cuyo entendimiento nos ayuda a tener un m ejor entendimiento del amplio tema de la MECANICA DE LOS SUELOS.

En un primer capítulo damos a conocer las diversas definiciones introductorias y el origen del ensayo C.B.R. En un segundo capítulo, nos centramos en el desarrollo del tema principal C.B.R.”,

“ENSAYO

dando a conocer los tipos de ensayos, los métodos, sus procedimientos y sus respectivos

cálculos. Para culminar el tercer y último capítulo damos a conocer nuestro punto de vista en las conclusiones que pudimos rescatar, así como sus respectivas recomendaciones.

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PRESENTACION INDICE CAPITULO I

Pág.

1. HISTORIA

1

2. GENERALIDADES

1

CAPITULO II 3. DETERMINANCION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO

3

3.1.

OBJETIVO DEL ENSAYO

4

3.2.

CONDICIONES DEL ENSAYO

4

3.3.

TIPOS DE ENSAYOS

5

3.3.1.

DETERMINACION DEL CBR PARA SUELOS REMOLDADOS ASTM D 1883

5

3.3.1.1.

EQUIPO Y MATERIALES

5

3.3.1.2.

PREPARACION DE MATERIAL

6

3.3.1.3.

PROCEDIMIENTO

7

3.3.1.4.

CALCULOS

7

3.3.2.

DETERMINACION DEL CBR PARA MUESTRA INALTERADA

7

3.3.3.

DETERMINACION DEL CBR IN SITU

8

3.4.

METODO CBR IN SITU

9

3.5.

CURVA DE TENSION

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CAPITULO III 4. CONCLUSIONES

12

5. RECOMENDACIONES

12

6. BIBLIOGRAFIA

12

7. ANEXOS

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CAPITULO I 1. HISTORIA El ensayo de relación de soporte de California fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter del departamento de carreteras de California. Desde esa fecha tanto en Europa como en América, el método C.B.R. se ha generalizado y es una forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base o sub – base en la construcción de carreteras, como así también en la ejecución de terraplenes y capas de rodadura granulares. Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.

FUENTE: Tesis CBR cardenas piucol 2008 2. GENERALIDADES

Limite Líquido: Humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re-moldeado en el límite entre los estados líquido y plástico. Corresponde a la humedad necesaria para que una muestra de suelo re-moldeada, depositada en la taza de bronce de la máquina Casagrande y dividida en dos porciones simétricas separadas 2 mm entre sí, fluyan y entren en contacto en una longitud de 10 mm, aplicando 25 golpes.

Límite Plástico: Humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re-moldeado en el límite entre los estados plástico y semisólido. Corresponde a la humedad necesaria para que bastones cilíndricos de suelo de 3 mm de diámetro se disgreguen en trozos de 0,5 a 1 cm de largo y no puedan ser re-amasados ni reconstituidos.

Densidad de Partículas Sólidas: Cociente entre la masa sólida de un suelo y el volumen sólido del mismo, siendo el volumen sólido la diferencia entre el volumen total y la suma de los volúmenes líquidos y gaseosos.

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Densidad Neta: Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas más el volumen de los poros inaccesibles.

Índice de Densidad (Densidad Relativa): Estado de compacidad de un suelo con respecto a los estados más sueltos y más densos obtenidos mediante los procedimientos de laboratorio descritos en este método.

Densidad Máxima: Densidad de un suelo en el estado más denso obtenible según ensayo normal.

Densidad Mínima: Densidad de un suelo en el estado más suelto obtenible según ensayo normal.

Método Proctor: Consiste en compactar el material pétreo dentro de un molde cilíndrico metálico, en varias capas y por la caída de un pisón metálico, para así obtener la máxima densidad a través de una humedad óptima.

Humedad Óptima: Porcentaje de humedad para el cual un suelo sometido a una energía de compactación determinada presenta su máxima densidad (D.M.C.S.).

Densidad Máxima Compactada Seca: Corresponde a la mayor densidad que puede alcanzar un suelo al ser compactado a la humedad óptima.

C.B.R.: El índice C.B.R. (Razón de Soporte de California) es la relación, expresada en porcentaje, entre la presión necesaria para hace r penetra un pistón de 50 mm. de diámetro en una masa de suelo compactada en un molde cilíndrico de acero, a una velocidad de 1,27 mm/min, para producir deformaciones de hasta 12,7 mm (1/2”) y la que se requiere para producir las mismas deformaciones en un material chancado normalizado, al cual se le asigna un valor de 100%. El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” o 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 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.

FUENTE: Tesis CBR cardenas piucol 2008

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3. DETERMINANCION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO El ensayo C.B.R. es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, pero de la aseveración anterior es evidente que este número 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 C.B.R. se expresa en porcentaje como la razón de carga unitaria que se requiere para introducir un pistón dentro de una muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas, con respecto a la carga unitaria patrón requerida para introducir el mismo pistón a la misma profundidad en una muestra tipo de material triturado. Su ecuación es la siguiente:

Formula 1.1: Determinación del CBR De esta fórmula se puede observar que el C.B.R. es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la práctica, el símbolo de porcentaje se quita y la relación se presenta simplemente por un número entero. Los valores de carga unitaria para las diferentes profundidades de penetración dentro de la muestra patrón están determinados. El C.B.R. que se usa para proyectar, es el valor que se obtiene para una penetración de 0,1” o de 0,2”. Se elige el que sea más g rande de los dos. Para la mayoría de los suelos el valor para la penetración de 0,1” da mayor CBR.

El ensayo de C.B.R. se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica:

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TABLA 1.1: Número de C. B. R. para Suelos Clasificados según SUCS y AASHTO. Fuente: Joseph E. Bowles (1981), Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civ il.

3.1.

OBJETIVO DEL ENSAYO

El objetivo del ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agre gados compactados en laboratorio, con una humedad optima y niveles de compactación variables.

3.2.

CONDICIONES DEL ENSAYO

El C.B.R. de un suelo varía con su compactación, su contenido de humedad al compactar y el contenido de humedad cuando se ensaya. Por consiguiente, para repetir las condiciones de la obra, estos factores deben ser cuidadosamente controlados al preparar las muestras.

A menos que sea seguro que el suelo no acumulará humedad después de la construcción, los ensayos C.B.R. se llevan a cabo sobre muestras saturadas.

FUENTE: Manual de determinación de la Capacidad De Soporte CB R Del Suelo

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3.3.

TIPOS DE ENSAYOS 3.3.1.

DETERMINACION DEL CBR PARA SUELOS REMOLDADOS ASTM D 188 3

3.3.1.1.

EQUIPO Y MATERIALES

Para la Compactación 

Molde de diám.= 6”, altura de 7” a 8” y un collarín de 2”.



Disco espaciador de acero diám. 5 15/16” y alt. 2.5”



Pisón Peso 10 lb. y altura de caída 18”.



Trípode y extensómetro con aprox. 0.001”.



Pesas de plomo anular de 5 lbs c/ u (2 pesas).



Para la Prueba de Penetración



Pistón sección circular Diám. = 2 pulg.

Aparato para aplicar la carga: 

Prensa hidráulica. V= 0.05 pulg/min. Con anillo calibrado.

Equipo misceláneo: 

Balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros

Imagen 01. Equipo empleado para pruebas de compactación e hinchamiento. FUENTE: Manual de Laboratorio UNI PERU

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Imagen 02. El equipo CBR para realizar, el tamizado, humedecimiento, la mezcla de suelo y la compactación. FUENTE: Manual de Laboratorio UNI PERU

3.3.1.2.

PREPARACION DE MATERIAL



Secar el material al aire o calentándolo a 60 °C.



Desmenuzar los terrones existentes y tener cuidado de no romper las partículas individuales de la muestra.



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.



Se determina el contenido de humedad de la muestra así preparada.

Cantidad de material Para cada determinación de densidad (un punto de la curva de compactación), se necesitan 5 k de material. Para la curva con 6 puntos se necesitará 30 k de material. Cada muestra se utiliza una sola vez.

FUENTE: MANUAL DE LABORATORIO UNI

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3.3.1.3.

PROCEDIMIENTO

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 grueso 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.

FUENTE: MANUAL DE LABORATORIO UNI HUMEDAD DE MEZCLADO 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 desea obtener, los CBR variarán apreciablemente aún cuando se obtenga una densidad aproximadamente igual a la densidad deseada.

FUENTE: MANUAL DE LABORATORIO UNI 3.3.2.

DETERMINACION DEL CBR PARA MUESTRA INALTERADA

Mediante este método, se determina el C.B.R. de un suelo cohesivo en estado natural. Se diferencia del anterior sólo en la toma de muestras, ya que los pasos para determinar las propiedades expansivas y la resistencia a la penetración son similares.

Se tomarán tres muestras inalteradas, empleando para ello moldes C.B.R. armados

en

los extremos de su respectivo collarín. Para facilitar el hinchamiento del molde, el collarín que se apoya sobre la superficie del terreno tendrá sus bordes cortantes.

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO INGENIERIA CIVIL El procedimiento consiste en ir comprimiendo o hincando el molde contra la superficie del terreno y al mismo tiempo retirando el suelo de alrededor del molde, hasta que la muestra de suelo entre en el collarín superior por lo menos 25 mm., cuidando reducir al mínimo las perturbaciones de la muestra. Finalmente, se retira el molde realizando un movimiento como cortando el suelo, se retira el collarín superior, se enrasan ambas caras de la muestra y se les vierte parafina sólida derretida con el fin de evitar pérdidas de humedad en el traslado al laboratorio. El peso unitario y la humedad deberán ser determinados por medio del ensayo de densidad “in situ”, eligiendo un lugar próximo a aquel desde donde se obtuvieron las muestras.


3.3.3.

DETERMINACION DEL CBR IN SITU

En resumen, los ensayos C.B.R. pueden ser hechos en la obra o en laboratorio, éstos últimos se llevarán a cabo tanto sobre muestras inalteradas como en las compactadas en éste.

Los ensayos en el lugar se hacen solamente sobre el suelo con el contenido de humedad existente, pero los ensayos de laboratorio se pueden hacer sobre muestras saturadas o no saturadas. Siempre que sea posible, el ensayo se hace en suelo inalterado. Cuando es con miras a proyectar, hay que ensayar muestras compactadas en laboratorio, las cuales, pueden no reproducir las condiciones de humedad y densidad obtenidas en la compactación en obra. Por lo tanto, deben realizarse ensayos “in situ” o ensayos sobre muestras inalteradas de suelos compactados en obra, durante el período de construcción. Si los resultados no concordasen con los datos preliminares que se usaron para proyectar, el proyecto debe

ser modificado o el procedimiento de compactación en

obra cambiado, para producir el C.B.R. requerido.


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3.4.

METODO CBR IN SITU

Es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la estructura que soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos y en movimientos de tierra importantes. Básicamente la fase de penetración de este ensayo es similar a la descrita anteriormente. Lo usual es determinar primero la densidad “in situ” del material en el lugar de ensayo, el cual puede ser usado bajo cualquiera de las siguientes condiciones: 

Cuando “in situ” la densidad y el contenido de agua son tal que el



grado de saturación es de un 80 % o superior,



Cuando el material es de granos gruesos y su cohesión es tal que no se vea afectado por cambios en la humedad o



Cuando el material ha estado en el lugar por varios años. En estos casos La humedad no es constante pero fluctúa dentro de rangos estrechos y el ensayo C.B.R. “in situ” se considera como un indicador satisfactorio de la capacidad de soporte del suelo.

Por lo general, se elige un lugar donde no haya piedras mayores a 3/4", deberá removerse el material suelto y nivelar la superficie, luego se coloca un sistema de reacción montando “un gato”, con anillo dinamométrico y pistón, en forma vertical, aplicando la reacción con un vehículo cargado u otro sistema. En caso de que el pistón sea colocado en forma horizontal, la reacción será dada por la pared contraria del pozo construido para este efecto. Se colocan los anillos de sobrecarga directamente al suelo y se carga el pistón al suelo con una fuerza menor que 4,54 Kg. Se debe instalar un dial comparador para registrar las lecturas de deformaciones, en un punto que permanezca constante e inmóvil (por ejemplo una viga empotrada al suelo en poyos de hormigón). La penetración se realiza en forma similar al ensayo tradicional y el ensayo se repite en otros dos puntos escogidos con anterioridad. La forma de expresar los resultados también es idéntica al método de laboratorio, es decir, trazando la curva tensión contra penetración,

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO INGENIERIA CIVIL corrigiendo la curva si fuese necesario y calculando el C.B.R. “in situ”, usando los valores de penetración de 0,1" y 0,2".

FUENTE: Tesis CBR cardenas piucol 2008 3.5.

CURVA DE TENSION – PENETRACION

2 Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (Kgf/cm ) y trazar la curva en un gráfico de tensión-penetración. En algunos casos esta curva puede tomar, inicialmente, la forma cóncava hacia arriba debido a irregularidades de la superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al punto en que esta tangente corta a la abscisa.

Imagen 03. Familia de curvas para determinar el CRB de un suelo FUENTE: Manual de Laboratorio UNI PERU

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Imagen 04. Familia de curvas para determinar el CRB de un suelo FUENTE: Manual de Laboratorio UNI PERU

Tabla 02. Clasificación del Suelo de acuerdo al C.B.R. Fuente: Crespo Villalaz, Mecánica de Suelos y Cimentaciones.

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CAPITULO III 4.

CONCLUSIONES 

El método de ensayo del CBR, se usa para evaluar el potencial de resistencia de materiales de sub rasante , sub base y base, incluyendo materiales reciclados para el uso en pavimentos para carreteras y aeropistas.



El CBR, es un ensayo que sirve para determinar el índice de calidad de un material de suelo, orientado a su utilización en rellenos para estr ucturas o carreteras.



Fue creado en los Estados unidos, pero su utilización es muy conocido en toda latino américa, debido a su bajo costo.



Para su utilización se sigue la norma internacional la norma ASTM 1883, Método estándar para CBR. Relación de soporte California, de suelos compactados en laboratorio.



Los factores de hidratación y el número de sobre cargas colocadas sobre el material en el que se desea hacer una construcción, afectan el resultado del CBR.



Es muy práctico para determinar la calidad de un suelo y relacionarlo con el diseño de sobrecargas.

5.

RECOMENDACIONES 

Antes de hacer el ensayo de CBR, es recomendable tener una estimación del tipo de estructura a construirse, como la sobrecarga de la estructura sobre el material de suelo estudiado. Esto debe ser definido por especialistas.



Antes del ensayo de CBR, se debe conocer el tipo de material de suelo para poder seleccionar cuan de las dos variantes del ensayo normativo se va a realizar.



Se recomienda, establecer el número de sobrecargas, y ello debe estar en el expediente.

6.

BIBLIOGRAFIA 

E. Boules, Joseph. (1981). Manual de laboratorio de suelos en Ingeniera Civil. Libros Mc Graw-Hill de Mexico S.A. México



Crespo Villalaz, Carlos. (1980). Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Limusa Noriega Editores. México.

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Chang Chan, Luis. (2013). Manual de Laboratorio UNI. Perú.



Cardenas Piucol, Arturo Rosendo. (2008). Tesis CBR. Chile

PAGINAS WEB 

http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo32_p.pdf



http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/02_laboratorio/manual_laboratorio/cbr.pd f



7.

http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo17_a.pdf

ANEXOS 

Video: Ensayo CBR in situ



Video: Instrucciones para hacer el ensayo CBR



Copias del libro: manual de suelos josephe



Copias del libro: MANUAL DE DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR

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