Informe CBR 2011-2

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P. INGENIERÍA INGENIERÍ A CIVIL ASIGNATURA:

MECÁNICA DE SUELOS II DOCENTE: ING. JULIO RIVASPLATA INTEGRANTES: 

ALVA VELASQUEZ GIANPABLO



BENDEZU CARRANZA ROBERTO



JESUS MASS YASUNARI



MIRANDA BLAS PAUL HANS



RODRIGUEZ SALINAS CHARLES



TAMAYO TEODORO ARTURO

TEMA: “

ENSAYO CBR DE LA ARENA Y AFIRMADO”

NUEVO CHIMBOTE – PERÙ 19 DE DICIEMBRE 2011

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA

E.A.P. INGENIERÌA CIVIL Mecánica de Suelos II 20011-II

Ensayo de Relación de Soporte de California

I. OBJETIVOS: 1.1. OBJETIVO GENERAL: 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 de arena y afirmado.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ESPECIFICOS::  Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características

de resistencia y deformación del suelo extraído (arena y afirmado).  Obtener un resultado lo más exacto posible para realizar correctamente una expresión gráfica Fuerza v/s Penetración del ensayo de la muestra de suelo.

II. FUNDAMENTO TEORICO: 

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 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.

Fig. 1. El asumido mecanismo de falla del suelo generado 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 experimento de suelos gravosos y arenosos se realiza inmediatamente, en cambio en suelos cohesivos poco o nada plásticos y suelos cohesivos plásticos se realiza mediante expansión se efectuará con agua en 4 días saturación más desfavorable y la medida de expansión se realizar cada 24 horas. El ensayo CBR (ensayo de Relación de Soporte de California), mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte pero, de la aseveración anterior, es evidente que éste número no es constante para un suelo dado, sino que se aplica al estado en el cuál se encontraba el suelo durante el ensayo. De paso, es interesante comentar que el experimento puede hacerse en el terreno o en un suelo compactado. El número CBR (o simplemente CBR) se obtiene como la relación de la carga unitaria (en lbs. /plg²) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 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 requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. El C.B.R. varía de acuerdo a la compactación del suelo su contenido de humedad al compactar y cuando se realiza el ensayo. Los ensayos del C.B.R. pueden ser realizados “In Sito” usando el equipo correspondiente al laboratorio tanto en muestras inalteradas como en compactadas. Los ensayos “In sito” se realizan solamente en el suelo con el contenido de humedad existente. Han sido pensados procedimientos para preparar la muestra de laboratorio de diferentes clases de suelos con el fin de reproducir las condiciones que verdaderamente se producirán durante y después de la construcción. Estos procedimientos se aplican cuando le contenido de humedad durante la construcción va a ser el óptimo para tener la máxima densidad, además el suelo va a ser compactado al menos al 95%. Si se utilizarían otros medios para controlar la compactación, los procedimientos deberían ser modificados de acuerdo a ellos. En forma de ecuación esto es:

CBR: Carga unitaria de ensayo x100 Carga unitaria de patrón De ésta ecuación se puede ver que el CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón. Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son los siguientes:


PENETRACIÓN


CARGA UNITARIA PATRÓN

mm 2.54 5.08

Pulg.

Mpa.

Kg/cm²

Psi.

0.1

6.9

70.00

1000

0.2

10.30

105.00

1500

7.62 10.16 1207

0.3

13.10

133.00

1900

0.4

15.80

162.00

2300

0.5

17.90

183.00

2600

El CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.5 mm. Sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5.0 mm. Es mayor el ensayo debería repetirse. Si un segundo ensayo, produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5.0 mm. De penetración, dicho valor debe aceptarse como valor final del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptima para el suelo específico determinado. Utilizando el ensayo de compactación. 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 modificado del experimento.





Proctor Modificado ASTM D 1557: A

B

C

Peso martillo (lb)

10

10

10

Diám. molde (pulg)

4

4

6

No. de capas

5

5

5

No. golpes/capa

25

25

56

CBR - ASTM D 4429- 93: Diám. del molde (pulg.) Martillo (lb.) No. de capas No. golpes / capa

6 10 5 12

25

56



El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes: o Determinación de la densidad y humedad. o Determinación de las propiedades expansivas del material. o 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.

A. 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.

B. Determinación del CBR de suelos inalterados. C. Determinación del CBR in situ.

III.EQUIPOS Y MATERIALES: 

Para la Compactación: - Molde

- Disco espaciador de acero


- Pisón

- Trípode y extensómetro

- Pesas de plomo anular






Para la Prueba de Penetración: - Pistón sección circular

- Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica.

- Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros, etc.



Fig. 2. Equipo empleado para las pruebas de compactación e hinchamiento.



PROCEDIMIENTO:

1º Extraemos nuestra muestra (arena) de la “UNS” y afirmado.

2º Procedemos a secar la muestra al horno por un día.

3º

Sacamos del horno a la muestra y procedemos a pesarlo 7 kg. En cada recipiente, obteniendo 3 muestras.



4º Para

la preparación de la probeta, mezclamos la muestra de suelo con la cantidad de agua que nos entregó el ensayo del Proctor modificado, con la que obtuvimos la humedad óptima.

5º

Homogenizamos bien la muestra con la cantidad de agua para nuestra muestra.

6º

Luego procedemos a ccompactar el suelo húmedo en tres moldes distintos de 56, 26 y 12 golpes por cada capa (5 capas hasta llenar el molde).



7º Después enrazamos el molde y se pesamos.

8º

Luego procedemos a sumergirlo, dejamos las muestras sumergidas por un día.

9º

Pasado el tiempo establecido, retiramos la muestra del agua y la dejamos escurrir por 15 min. Luego lo sometemos uno a uno a evaluar cada muestra



en el pistón de penetración y recopilamos los datos de la penetración cada 0.025 pulg., observamos también la lectura del dial.



IV. CALCULOS Y RESULTADOS: a) Ensayo preliminar de Proctor modificado: Utilizando Energía de Compactación Standard – Método A: Este ensayo se aplica para suelos q tienen 30% o menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de ¾´´ (19mm). Cumpliendo con lo siguiente:

METODO "A":  

Molde: 4 pulg. de diámetro (101,6mm). Material: Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm). -Capas: 5 -Golpes por capa: 25 Uso: Cuando el 20% ó menos del peso del material son retenidos en el tamiz Nº 4 (4,75 mm).

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO ( MTC E 115-2000 - ASTM D- 1557) PUNTO No.

I

II

III

IV

V

MOLDE No. Volumen del molde (cm3)

1

1

1

1

1

939,000

939,000

939,000

939,000

939,000

2019,000

2019,000

2019,000

2019,000

2019,000

3

Peso del molde + muestra húmeda (gr)

3642,000

3717,000

3776,000

3784,000

3768

4

Peso de la muestra húmeda (gr)

1623,000

1698,000

1757,000

1765,000

1749,000

5

Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3)

1,728

1,808

1,871

1,880

1,863

1 2

Peso del molde (gr)



CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA Peso de la tara (gr)

39,225

39,403

26,372

31,121

20,706

7

Peso de la tara + suelo húmedo (gr)

74,532

78,660

55,461

62,835

91,648

8

Peso de la tara + suelo seco (gr)

73,486

76,703

53,499

60,145

84,302

1,046

1,957

1,962

2,690

7,346

34,261

37,300

27,127

29,024

63,596

3,053

5,247

7,233

9,268

11,551

1,677

1,718

1,745

1,720

1,670

6

Peso del agua (gr)

9

Peso del suelo seco (gr)

10 11 12

Contenido de humedad (%) Densidad seca de la muestra (gr/cm3)

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD 1.75 1.74 ) 31.73 m c1.72 / r g ( a c1.71 e S 1.70 d a d i s1.69 n e1.68 D 1.67 1.66 2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5 15.5 16.5 17.5 18.5 19.5 20.5 21.5 22.5 23.5 24.5

Contenido de Humedad (%) Comprobaremos que nuestro ensayo este bien realizado cuando la curva de saturación sea paralela a la curva de compactación, tomando como dato de referencia a dos puntos de la curva de compactación que representa la máxima densidad seca (1,670 , 1,745) Ss= 2.75, aplicando la siguiente formula:

  (    ) Máxima Densidad Seca

:

1.745 Gr/cm3

Contenido de Humedad

:

7.25%



b) Compactación de los moldes CBR: Molde N°

I

II

III

N° de capas

5

5

5

N° de golpes por capa

56

26

12

1

Peso del molde + suelo compactado [gr]

8300,60

8100,03

7985,20

2

Peso del molde [gr]

3998,00

4046,00

4070,00

3

Peso de suelo compactado [gr]

4302,60

4054,03

3915,20

4

Volumen de molde [cm3]

2325,70

2325,70

2325,70

5

Densidad húmeda [gr/cm3]

1,85

1,74

1,68

(1)-(2)

(3)/(4)

CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA: Tara N°

I

II

III

6

Peso de la tara, [gr]

27,70

26,49

24,76

7

Peso de la tara + suelo húmedo, [ gr]

54,250

60,130

131,650

8

Peso de la tara + suelo seco, [gr]

53,144

58,441

124,060

9

Peso del agua, [gr]

(7)-(8)

1,11

1,69

7,59

10

Peso del suelo seco, [gr]

(8)-(6)

25,45

31,95

99,30

11

Contenido de humedad, [%]

(9)/(10)x100

4,35

5,29

7,64

12

Densidad seca de la muestra, [gr/cm3]

5/(1+(11)/100

1,773

1,656

1,564



c) Prueba de penetración: Área del piston = 19,635cm² Penetración

Presión patrón

(pulg)

(lb/pulg²)

Presión (Kg/cm²) = Fuerza/Area Molde N° I

Molde N° II

Molde N° III

Dial

Presión

Dial

Presión

Dial

Presión

0,000

0

0,00

0

0,00

0

0,00

0,025

179

9,12

132

6,72

82

4,18

0,050

526

26,79

395

20,12

247

12,58

0,075

713

36,31

523

26,64

317

16,14

955

48,64

635

32,34

417

21,24

0,125

1056

53,78

756

38,50

555

28,27

0,150

1248

63,56

913

46,50

643

32,75

0,175

1498

76,29

1176

59,89

725

36,92

1725

87,85

1334

67,94

803

40,90

0,225

1985

101,09

1521

77,46

965

49,15

0,250

2156

109,80

1826

93,00

1085

55,26

0,275

2368

120,60

2018

102,78

1183

60,25

2756

140,36

2296

116,93

1352

68,86

0,325

2958

150,65

2501

127,37

1493

76,04

0,350

3195

162,72

2836

144,44

1718

87,50

0,375

3426

174,48

3054

155,54

1848

94,12

3719

189,41

3268

166,44

2013

102,52

0,425

3928

200,05

3474

176,93

2278

116,02

0,450

4081

207,84

3592

182,94

2422

123,35

0,475

4285

218,23

3688

187,83

2652

135,06

4482

228,27

3822

194,65

2866

145,96

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

70

105

133

161

182



CURVA CARGA VS. PENETRACIÓN

) ² m c / g K ( a g r a C

240.00 220.00 200.00 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00

Molde I Molde II Molde III

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

Penetración (pulg)

Penetración

Presión aplicada

Presión aplicada

C.B.R.

(pulg)

(Kg/cm²)

(Kg/cm²)

(%)

I

0,1

48,64

70

69,48

0,00

II

0,1

32,34

70

46,20

0,00

III

0,1

21,24

70

30,34

0,00

Molde

Expansión

Para este gráfico debo de tener en cuenta mi Máxima Densidad Seca (gr/cm3) = 1,75 de mi ensayo de proctor modificado:


) ³ m c / r g ( a c e S d a d i s n e D


CURVA C.B.R. VS. DENSIDAD SECA

2.00 1.95 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.40 1.35 1.30 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

90

100

CBR %

64,00%

C.B.R. 100% MDS :

 Para hallar el 95% hacemos lo siguiente: 1.75………………...100% X………………… 95% X = (1.75* 95)/100

X = 1.66 gr/cm3

) ³ m c / r g ( a c e S d a d i s n e D


2.00 1.95 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.40 1.35 1.30 10

20

30

40

50

60

70

80

CBR %

CBR 95% MDS :

48,00%


Penetración Presión aplicada (pulg) (lb/pulg²)

Molde


Presión aplicada (lb/pulg²)

C.B.R. Expansión (%)

I

0,2

87,9

105

83,67

0,00

II

0,2

67,9

105

64,70

0,00

III

0,2

40,9

105

38,95

0,00


2.00 1.95 1.90 1.85 ) ³ m c / r g ( a c e S d a d i s n e D

1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 1.55 1.50 1.45 1.40 1.35 1.30 30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

CBR %

C.B.R. 100% MDS :

79,00%

CBR 95% MDS :

64,00%

90.00

100.00



a) Ensayo preliminar de Proctor modificado: Utilizando Energía de Compactación Standard – Método C: Este ensayo se aplica para suelos q tienen 30% o menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de ¾´´ (19mm). Cumpliendo con lo siguiente:

METODO "C": Molde: 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. Materiales: Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). Capas: 5 Golpes por Capa.- 56 Usos: Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó B.

ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE LA AFIRMADO (PROCTOR MODIFICADO) Nº MUESTRA

I

II

III

IV

V

1

2

3

4

5

1

Volumen del molde, (cm³)

2097,770

2097,770

2097,770

2097,770

2097,770

2

Peso del molde, (gr)

2824,000

2824,000

2824,000

2824,000

2824,000

3

Peso del molde, (gr) +Muestra Húmeda, (gr)

7644,000

7792,000

7877,000

7899,000

7848,000

4

Peso Muestra Húmeda, (gr)

4820

4968

5053

5075

5024

5

Densidad Húmeda de la Muestra, (gr/cm³)

2,298

2,368

2,409

2,419

2,395

CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA Recipiente

1

2

3

4

5

6

Peso de la tara (gr)

38,201

18,156

17,232

37,699

40,194

7

Peso de la tara(gr) + Suelo Húmedo (gr)

83,230

59,525

63,835

86,293

99,478

8

Peso de la tara (gr) + Suelo seco (gr)

81,895

57,624

61,139

82,910

94,612

9

Peso del agua (gr)

1,335

1,901

2,696

3,383

4,866

10

Peso Suelo seco (gr)

43,694

39,468

43,907

45,211

54,418

11

Contenido de Humedad (%)

3,055

4,817

6,140

7,483

8,942

12

Densidad seca de la Muestra (gr/cm³)

2,230

2,259

2,269

2,251

2,198



Con los cálculos obtenidos de densidad seca y contenido de humedad hacemos el siguiente grafico, la intersección de las coordenadas en el punto de inflexión serán los resultados finales.

GRÁFICO : CONTENIDO DE HUMEDAD & DENSIDAD SECA - CURVA DE SATURACIÓN 2.280 ) ³ m2.260 c / r 2.240 g ( a c 2.220 e s d 2.200 a d i s n 2.180 e D

2.160 2.140 2.0

3.0

4.0

5.0

6.0 7.0 8.0 9.0 Contenido de Humedad (%)

Máxima Densidad Seca :

2,27 gr/cm3

Contenido de Humedad:

6,11 %

10.0

11.0

12.0

Comprobaremos que nuestro ensayo este bien realizado cuando la curva de saturación sea paralela a la curva de compactación, tomando como datos de referencia a 2 Pts de la curva de compactación que representan al máx. densidad seca (2.270 y 2.166) y Ss = 2.75, aplicando la siguiente fórmula: W = (1/γd - 1/ Ss) Ss: densidad relativa del suelo ensayado. Tenemos:

γd = 2.270 -------w% = 7.69 % γd = 2.166-------w% = 9.80 %

13.0



GRÁFICO : CONTENIDO DE HUMEDAD & DENSIDAD SECA - CURVA DE SATURACIÓN 2.280 ) ³ m2.260 c / r g ( 2.240 a c e s 2.220 d a d i s 2.200 n e D

2.180 2.160 2.140 2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

Contenido de Humedad (%)

HALLANDO LA CANTIDAD DE AGUA A USAR PARA EL CBR: El contenido de humedad óptimo del Proctor Modificado fue de 8.133% y para lograr el óptimo contenido de humedad se usó más de 200 ml: 555 ml X

--------------------------

6,140 6,110

X = 555 x 6,11 6,140

X = 552.29ml

Para 5kg

Ahora: 5kg -------------- 552.29 ml 6kg ------------- X X = 6 kg x 552.29 ml 5kg

X = 662.748 ml

Se utilizará para obtener el óptimo contenido de humedad de los 6kg del afirmado.



V. CONCLUSIONES: C.B.R. (Arena) El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20% y en esta caso para 0.1” es 25%, para 0.2” 60.5%. En general el CBR casi no vería apreciablemente con los cambios de humedad si no que mantiene su rango que va desde 1.37 gr/cm³ a 1.88 gr/cm³. El CBR se puede determinar sin saturar la muestra. El CBR que se adopte podrá ser el que corresponde a su máxima densidad. si se sigue un criterio más conservador, el menor de los CBR obtenidos.

C.B.R. (Afirmado) El ensayo CBR es muy importante en la ingeniería de caminos, carreteras ya aeropuertos, y por lo tanto para el diseño estructural de estas obras u otras relacionadas, 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.

VI. RECOMENDACIONES: Se debe Calibrar las balanzas antes de usar para no obtener resultados erróneos. No pesar las taras inmediatamente después de sacar del horno, sino dejarlas enfriar un poco. Al realizar el golpeado en el molde de compactación debe de cerciorarse que se den los golpes necesarios, para obtener una buena compactación. Se recomienda tener mucho cuidado en el mezclado del suelo con el agua y en la completa destrucción de los gramos del suelo. También debe cuidarse de repartir uniformemente los golpes del pisón sobre la superficie de la muestra.

VII. BIBLIOGRAFIA: JUAREZ BADILLO, teoría y aplicaciones de la mecánica de suelos, Tomo I. Editorial Limusa, México 1977. Manual de ensayos de laboratorio del ministerio de transportes. MTC E 132 - 2000 CBR de suelos (laboratorio).



Universidad Nacional de Ingeniería FIC – CISMID, Ing. Luis Chang Chang Laboratorio Geotécnico “Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres” (CISMID).

Informe CBR 2011-2

Recommend Documents