ENSAYO CBR (
California Bearing Ratio )
Es un método desarrollado por la división de carreteras del estado de california en 1929 que sirve para evaluar la calidad relativa y resistencia del suelo ara subrasante subbase y base base de pavimentos bajo condiciones de humedad humedad y densidad controlada, el CB se obtiene como un porcentaje de esfuer!o requerido para hace penetrar un pistón una profundidad de "#1 pul$ada en una muestra de suelo y el esfuer!o requerido para hacer el mismo pistón , a la misma profundidad de "#1% en una muestra patrón de piedra triturada# El ensayo CB &california bearin$ ratio' ensayo de relación de soporte de california( mide la resistencia resistencia al al esfuer!o cortante de un suelo suelo y y para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base de pavimentos pavimentos## )e aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, al$unos materiales de subbases y bases $ranulares, que conten$an solamente una peque*a cantidad de material que pasa por el tami! de +" mm, y que es retenido en el tami! de 2" mm# )e recomienda que la fracción no eceda del 2"-# Este ensayo puede reali!arse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este .ltimo no es muy practicado#
)e efect.a bajo condiciones controladas de humedad y densidad# este es uno de los par/metros necesarios obtenidos en los estudios $eotécnicos previos a la construcción, construcción , como también lo son el ensayo 0C y 0C y los an/lisis $ranulométricos del terreno# Es decir este ensayo es nada m/s y nada menos que la relación entre la car$a y la penetración en un espécimen con con una muestra de suelo con densidad dada que podemos conse$uir de un patrón &0C(
CARGA CARGA UNITARIA DEL ENSA ENSAYO
CBR=
CARGA UNITARIA UNITARIA PATRON
X 100%
El ensayo CB permite aplicar varias normativa & 3)4, 56E ,0E5363 EC( 3unque los c/lculos que se reali!an son lo mismo la norma 3)4 es la base de todas las dem/s normas #
7os valores de car$a unitaria que deben utili!arse en la ecuación son'
COMPRENDE LOS TRES ENSAYOS SIGUIENTES: • • •
8eterminación de la densidad y humedad 8eterminación de las propiedades epansivas del material 8eterminación de la resistencia a la penetración#
EL METODO A SEGUIR PARA HALLAR EL CBR será d!ere"#e e" $d $s&: CBR de s'e&s #erd&s 1( rava y arenas sin cohesión 2( )uelos cohesivos, poco o nada epansivos :( )uelos cohesivos y epansivos
CBR de s'e&s "#erd&s &)e encuentra el cbr de un suelo cohesivo en estado natural, a diferencia de los anteriores solo en la toma de mu estra ya que los pasos para determinar las propiedades epansivas y la resistencia a la penetración son similares
CBR " s#') &es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de un material en un lu$ar donde ser/ sometido a la solicitación estructural del caso#
PARA LA PRUEBA DE COMPACTACION (E*UIPO+ • • • • •
4olde de di/metro de ;%, altura de < a = >y un collar de 2% 8isco espaciador de acero de di/metro + 1+?1; > y una altura de 2#+%# 4artillo con un peso d 1" lb# @ una altura de caAda de 1=%# rApode y dial deformimetro con apro# "#""1%# 0esas de plomo anular de +lb c?u en total 2 pesas#
PARA LA PRUEBA DE PENETRACION • •
•
0istón de sección circular di/metro de 2 pl$# 3parato para aplicar la car$a' 0rensa hidr/ulica# "#""+pul$?min# Con anillo calibrado Derramientas varias' balan!a, tamices, cronometro, papel ltro, tanques para inmersión de muestra a saturar#
CONSEGUIREMOS LOS SIGUIENTES ,ALORES • • •
8eterminación de la densidad y humedad 8eterminación de las propiedades epansivas del material esistencia a la penetración
PROCEDIMIENTO 0E033 73 45E)3' )e prepara una muestra de tama*o i$ual o superior a +; F$# Esta muestra deber/ secarse al aire o en un horno, a una temperatura menor que ;"GC, hasta que se vuelva desmenu!able# 7a muestra se pasa por el tami! de 2"mm# & H% 3),( descartando el material retenido )e rempla!a dicho material por una masa i$ual de material que pasa por el tami! de 2" mm y queda retenido por el tami! de + mm# omada de la porción no utili!ada del suelo ori$inal )e selección una porción de unos :+ F$ para reali!ar el ensayo 0C , el resto se divido en < F$ $rupos de :#
COMPACTACION DE PROBETA: •
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Cada porción de suelo se debe me!clar con una cierta cantidad de a$ua para obtener la humedad óptima 0esado el molde & 4m( y vericado su volumen& m( )e coloca el disco espaciado sobre la placa base )e ja el molde con el collarAn sobre la placa y se coloca un disco de papel ltro sobre el disco espaciado
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8entro del molde se compacta mediante + capas cada una de las porciones de suelo h.medo, utili!ando una ener$Aa de compactación distinta &6G $olpes( )e compactaran con +;, 2+ y 1" $olpes respetivamente# 3l comien!o y al nal de la compactación deber/n tomarse 2 muestras representativas de suelo para calcular el contenido de humedad En caso que las muestras no sean sumer$ida, la humedad e determina concluida la penetración# )e retira el collarAn y se enrasa el suelo al nivel del borde del molde, rellenando los huecos con materiales de mayor tama*o )e retira la placa base perforada, el disco espaciado y se pesa el molde con el suelo compactado &I1(
DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES EXPANSI,AS DEL SUELO )obre la placa base perforada, se coloca un disco de papel ltro $rueso y se ajusta el molde con el suelo compactado en forma invertida# de manera que el espacio formado con el disco espaciado queden en la parte superior En la supercie libre de la muestra e coloca un disco de papel ltro $rueso y sobre este se coloca la placa met/lica perforada , provista de un v/sta$o re$ulable# )obre esta placa se colocaran las sobrecar$as, cuyo n.mero deber/ ser especicado o de lo contrario, se usara una sobrecar$a mAnima de J#+J F$, equivalente al peso de un pavimento de hormi$ón de + pl$ de espesar# )e coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del estanque sin a$ua, sobre peque*os bloques met/lico o de otro material, con el objetivo de permitir el libre acceso de a$ua por debajo de la muestra )e monta el trApode y se instala el comprobador de dial de tal modo que su punta palpable quede tocando el v/sta$o 7ue$o se llena el estanque con a$ua y se re$istra la lectura inicial del comparador de dial &l7i( El tiempo de inmersión depender del tipo de inmersión para un ensayo con saturación normal se deja el molde sumer$ido durante 9; horas para un ensayo de con saturación completa se dejara el tiempo necesario h asta que no haya hinchamiento# e$istrada la lectura nal del comparador del dial &7f(, se retira el trApode y se saca el molde de a$ua, para dejarlo drenar durante 1+ min# Kinalmente e retiran las sobrecar$as, los discos de papel ltro y las placas perforadas para determinar el peso del molde m/s el suelo compactado y saturado &I2(
DETERMINACION DE LA REISTENCIA A LA PENETRACION •
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)e lleva la probeta a la m/quina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de car$as a la que supuestamente ejercer/ el material de base y pavimento de camino proyectado &pero no menor que J#+J F$( )e apoya el pistón de penetración con una car$a lo m/s peque*a posible & debe eceder de J+ neLton ( y se colocan los diales de lectura de tensión y deformación en cero# 7a velocidad de car$a aplicada al pistón de penetración era de 1#2+ mm? min m# )e anotan las lecturas de car$a en los si$uientes niveles de penetración bien en mm o pul$# Kinalmente se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra de 2+ m de espesor#
CALCULOS Y GRA-ICOS Calcular la densidad inicial de la muestra ?@i( antes de ser sumer$ida, mediante la si$uiente epresión'
.1 = /1 M 2 , (32 $4+ 8ónde' I1 peso del molde m/s el suelo compactado &$( 4m peso del molde &$( m capacidad volumétrica del molde &cm:(
CALCULAR LA DENSIDA SATURADA DE LA MUESTRA (Ys+ 'e3& de ser s'er3d5 ed"#e s3'e"#e e67res8":
.s = /9 M
2 , (32
$4+ 8ónde' I2 peso del molde y el suelo compactado y saturado &$(
CALCULAR LA EXPANSION DE LA MUESTRA5 C&& 7&r$e"#;e de #'r "$ ed"#e e67res8"
% E = E 2 11<)100 (%+ E epansión en mm &diferencia de lectura del dial de deformación & 7f M 7i( 11;#J altura de la probeta en mm &altura del molde menos altura del disco espaciado(
OBTENER LA CUR,A DE TENSI>N CONTRA DE-ORMACI>N •
• •
racando en la ordenada, las tensiones de penetración en me$a pascales &4pa( En la abscisa la penetración en milAmetros El punto cero debe corre$irse tra!ando una recta tan$ente a la mayor pendiente de la curva
5sando los valores de tensión &corre$idos o no( tomados de la curvas tensión contra penetración, se calcula el CB - para 2#+ mm y + mm de penetración dividiendo las tensiones normales por ;#9 4pa y 1"#: 4pa, respetivamente, multiplic/ndolas por 1""# 5sando los datos anteriores de las probetas, se dibuja la curva CB con densidad seca # Con ella se puede determinar el CB correspondiente a una densidad seca preestablecida
TABLA DE CALSI-ICACION Y USO DEL SUELO SEG?N EL ,ALOR DE CBR
1
ENSAYO DE CONSOLIDACION
Cuando el suelo se somete a una sobrecarga q los esfuerzos totales se incrementan en esa misma cuantía. En suelos saturados, esto conduce al incremento de la presión de poros; pero dado que el agua no resiste esfuerzos cortantes, sin que se modifique el nuevo esfuerzo total, el exceso de presión intersticial se disipa a una velocidad controlada por la permeabilidad k del suelo,
con
lo
que
el
esfuerzo
efectivo
se
va
incrementando a medida que el agua fluye. sí , en la cuantía de la sobrecarga q , cuando se reduce la presión de poros que se !abían incrementado se incrementa el esfuerzo efectivo" esto significa reducción de la relación de vacíos e incremento del esfuerzo efectivo. #or lo anterior se da el asentamiento del terreno por deformación del suelo que se ve afectado con el incremento de esfuerzos causado por la sobrecarga y el incremento de la resistencia al corte del suelo despu$s de disiparse el exceso de presión de poros.
Clases de consolidación.
#uede ser #%&'%& o (EC)*+%&. #rimaria, cuando cargado el suelo, la reducción de volumen se debe a la expulsión del agua, fenómeno en el que se transfiere la carga soportada por el agua al esqueleto mineral, esta es la consolidación propiamente dic!a, típica del caso de los suelos de Ciudad de '$xico y de la orre de #isa, y con la que nace la 'ec-nica de (uelos erzag!i, /0123. (ecundaria, cuando la consolidación se da por rea4uste del esqueleto mineral y luego de que la carga est- casi toda soportada por este y no por el agua. Evaluación de asentamientos.
5a
consolidación
impone la necesidad de evaluar la magnitud y la velocidad de los
asentamientos. (i las deformaciones totales del terreno varían en la dirección !orizontal, se producen asentamientos diferenciales. (i el suelo es altamente deformable, las sobrecargas cargas altas producen asentamientos excesivos. (i el suelo es un limo arenoso, la permeabilidad puede ofrecer asentamientos r-pidos que suelen darse durante la construcción. (i el suelo es limo arcilloso, los asentamientos pueden prolongarse darse un tiempo importante despu$s de terminada la obra. Análisis de asentamientos.
#ueden
considerarse
dos
casos"
asentamientos por una sobrecarga q en un -rea infinita, o asentamiento por sobrecarga q en un -rea de tama6o finito. 5o anterior se define seg7n la extensión del -rea cargada en comparación con el espesor de la capa de subsuelo que se considera deformable. #ara el caso de un -rea cargada de extensión infinita, seg7n erzagui, las deformaciones y el flu4o de agua se dan en una dimensión que es la dirección vertical, e interesa la permeabilidad vertical del suelo. En este caso se considerar- el efecto de la sobrecarga constante a cualquier profundidad del terreno deformable. #ara el segundo caso, cuando el -rea cargada es peque6a como suele darse en el caso de una zapata, es evidente la deformación tridimensional del subsuelo. Esta evaluación se !arteniendo en cuenta la variación del esfuerzo en profundidad y la rigidez o flexibilidad de la cimentación causante de la sobrecarga. ENSAYO CONSOLIDACION
Este es un proceso que tiene un tiempo acotado de ocurrencia, comienza cuando se aplica el incremento de carga, y finaliza cuando la presión de los poros es igual a la !idrost-tica, o lo que es lo mismo, cuando se !a producido la totalidad de la transferencia de carga del agua a la estructura de suelo. erminado este proceso llamado consolidación primaria, el suelo contin7a deform-ndose, aunque en menor magnitud, debido a un reacomodamiento de los granos. este 7ltimo proceso se lo denomina consolidación secundaria. El asiento total, suponiendo que el ultimo valor medido coincide con el momento en que desaparece toda la sobrepresión intersticial creada al aplicar la carga, es una medida de la deformación del esqueleto del suelo. (i se realizan varios escalones de carga, se obtendr- una curva de compresibilidad, que relaciona la presión efectiva en escala logarítmica3 con la deformación del esqueleto mineral, expresada por el índice de poros o relación de vacíos. El propósito fundamental del ensayo de consolidación es determinar ciertos par-metros que se utilizan para predecir la velocidad y la magnitud del asentamiento de estructuras fundadas sobre arcillas. dem-s, el ensayo permite obtener información acerca de la !istoria de presiones a que !a sido sometido el suelo. 5os par-metros m-s importantes que se obtienen del suelo al realizar el ensayo son" a3 El coeficiente de consolidación cv3, que indica el grado de asentamiento del suelo ba4o un cierto incremento de carga y vinculado a la velocidad del mismo. b3 El índice de compresibilidad Cc3, que expresa la compresibilidad de una muestra. c3 5a presión de preconsolidacion #c3, que indica la m-xima presión que !a soportado el suelo en su !istoria geológica.
E*UIPO NECESARIO 1N 'olde del consolidometro, de sección igual a /88 cm1, el cual est- compuesto por" 9 :ase de bronce con canales para permitir el drena4e del agua. 9 nillo de bronce que contiene la mu estra de arcilla saturada. 9 nillo de bronce, de su4eción, que vincula la base con el que contiene la muestra mediante tornillos. 9 ornillos de fi4ación y 4untas de goma para sellar las uniones.
9 ubos laterales que se comunican a traves de los canales de la base con la piedra porosa inferior. 1
= #apel de filtro para ser utilizado entre la muestra de suelo y la piedra porosa. > Cabezal de carga. 2 'ecanismo de transmision de carga a palancas. ? Extensiometro con precisión 8,88/. @ :alanza de laboratorio sensibilidad 8,8/ gr. A Borno de secado. 0 Elementos menores cuc!illo o esp-tula cortante, probeta, pesa filtros, etc.3.
PROCEDIMIENTO / (e coloca en el interior de la base del molde del consolidometro la piedra porosa inferior y sobre esta un papel de filtro. 1 5uego se introduce el anillo que contiene la muestra de suelo a ensayar, coloc-ndose sobre la muestra papel de filtro y la piedra porosa superior. = #osteriormente se fi4a con los tornillos correspondientes el anillo de su4eción de la piedra porosa superior, el que permite mantener agua sobre la muestra, para evitar perdida de !umedad por evaporación. #ara prevenir que las piedras porosas tomen !umedad de la muestra, deben estar libres de aire entrampado antes de montar la unidad. Es importante centrar correctamente las piedras porosas para prevenir el atascamiento contra el anillo durante la prueba. > +espu$s de armado, el consolidometro se asienta sobre la plataforma del mecanismo de transmisión de cargas, ubicando el cabezal de carga sobre la piedra porosa superior, y se llenan de agua los tubos laterales que comunican con la piedra porosa inferior, comenzando la saturación de la muestra.
2 Cuando esta preparado para iniciar el ensayo, el extensiometro para medir las deformaciones verticales debe ser puesto en cero, y la palanca de aplicación de carga debe estar en posición !orizontal. ? (e aplica una carga en el sistema de tal manera de obtener una presión de 8,/8 o 8,12 gD cm1 /8 o 12 #a3 en la muestra de suelo y se comienza a tomar lecturas de tiempo y deformaciones verticales, para conocer la deformación correspondiente a distintos tiempos. Es 7til utilizar la siguiente secuencia" A seg, /2 seg, =8 seg, / min, 1 min, > min, A min, /2 min, =8 min, / !s, 1 !s, > !s, A!s, /? !s, 1> !s, etc. Cabe recordar que la barra de suspensión frontal tiene una multiplicación mec-nica de / a >8, mientras que la barra de suspension posterior tiene una relación de / a /8. 5as mediciones se realizan !asta que la velocidad de deformación se reduzca pr-cticamente a cero, o sea cuando se !aya sobrepasado la consolidación primaria y se encuentra la consolidación secundaria, lo que podr- determinarse en los gr-ficos de consolidación, realizados durante la e4ecución del mismo. #ara la mayoría de las arcillas el periodo necesario de aplicación de la carga para obtener el cien por ciento de consolidación es de 1> !oras. @ 5uego de obtenida la lectura final de un escalón, se prosigue el ensayo aplicando cargas en una progresión geom$trica con una relación incremental #D#F/, registr-ndose lecturas de tiempo y de deformaciones verticales como en el punto anterior. (e sigue aplicando incrementos de carga !asta que en la gr-fica de compresibilidad se est$ en el tramo recto o virgen. 5uego se podr- descargar en dos o tres decrementos de carga !asta la presión inicial. A #osteriormente se recargar- !asta llegar a una presión superior a la lograda en la etapa de carga, de manera de ingresar a la prolongación del tramo virgen correspondiente al primer ciclo de carga. 0 5uego de retirada toda la carga, se de4a que la muestra expanda !asta que no se registre expansión en el extensiometro por un periodo de 1> !s. /8 l terminar la prueba, se quita el extensiometro y se desarma el consolidometro. (e seca el agua del anillo de la consolidación y de la superficie de la muestra, para registrar el peso del con4unto. 5uego de secado en !orno se conoce el peso seco de la muestra Gd3, con lo que se puede calcular peso específico seco final d3.
CALCULOS Y REPRESENTACION DE LOS RESULTADOS
)na vez colocada la muestra en el anillo del consolidometro, se pesa el con4unto, y como el peso del anillo es conocido, se puede determinar el peso !7medo de la muestra G!3. Calculando previamente la !umedad de la muestra, se puede obtener el peso seco Gd3 y con ello la altura de solidos !s3 y el peso específico seco inicial Hd3, utilizando las siguientes expresiones"
donde" Gd
F peso del suelo seco en el anillo.
F sección del anillo.
Is
F peso específico relativo de los sólidos.
HJ
F peso específico del agua.
K
F volumen del anillo.
5uego es posible calcular para cada escalón la altura de la probeta Bi3, y la altura de vacíos !vi3, por medio de las siguientes expresiones"
donde" Bi F altura final de la probeta para un escalón de carga.
B8 F altura inicial de la probeta. Li F asentamiento final para un escalón de carga. !vi F altura de vacíos para un escalón de carga. !s F altura de solidos de la probeta. Con esto es posible calcular la relación de vacíos para cada escalon de carga ei3"
CUR,A DE CONSOLIDACION Con los datos registrados para cada escalón de carga, se traza la curva de consolidación, en la que se puede representar en abscisas el log t o
t
, y en
ordenada la lectura del extensómetro que mide la deformación vertical de la muestra.
CUR,A DE COMPRESIBILIDAD #ara cada incremento de carga aplicado se tiene finalmente un valor de relación de vacíos y otro de presión correspondiente, actuante sobre el esp$cimen. +e todo el ensayo de consolidación, una vez aplicados todos los incrementos de carga, se tienen valores que permiten construir una curva en cuyas abscisas se representan los valores de la presión actuante, en escala logarítmica y en ordenadas.
COE-ICIENTE DE CONSOLIDACION ($@+ #ara el c-lculo del coeficiente de consolidación, en cada escalón de carga, se utiliza la expresión"
donde"
F es el factor tiempo, cuyo valor es 8,/0@ para un tiempo de consolidación del 28 M, y 8,A>A para un tF08M.
B
F longitud para el m-ximo camino de drena4e durante un incremento de carga dado. (i la muestra es doblemente drenada, el valor de B ser- la mitad de la altura de la misma.
t
F tiempo para el correspondiente factor de tiempo, obtenido de la curva de consolidación.
