Informe CBR

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERÍA INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN LABORATORIO DE SUELOS CO-3304 GRUPO 02

INFORME # 4 Ensayo de CBR

NOELIA RODRÍGUEZ PORRAS 201017257

PROFESOR: Dr. Rafael Baltodano Goulding

Mayo, 2012 I SEMESTRE

1. RESUMEN El trabajo que se presenta a continuación es un informe detallado de laboratorio, donde se pretende mostrar el proceso, resultados y conclusiones obtenidos al momento de llevar a cabo los ensayos que tuvieron como base las normas ASTM C-702; D-1883. Dichas normas contienen las indicaciones para realizar: reducción y preparación de muestras y el ensayo de CBR respectivamente. Se obtuvo un % de humedad de 12,33% en promedio y en el gráfico de resistencia vs penetración la muestra compactada con 65 golpes obtuvo valores de resistencia mayores con respectos a las otras dos muestras. El índice de CBR mayor fue 15,63% clasificándose así como un suelo regular que puede ser utilizado en sub-base. El porcentaje de expansión en promedio fue 2,67% El informe abarca el análisis de cada uno de los resultados q se obtuvieron en estas pruebas.

2. INTRODUCCIÓN Para la sociedad uno de los aspectos mas importantes son sus conexiones y el estado de estas, para el desarrollo de un país es indispensable contar con vías de comunicación eficientes, y una de los principales medios son las carreteras pues son la columna vertebral del trasporte y a nivel económico y social juegan un papel estratégico para el progreso. Al ser una obra civil de gran importancia la construcción de esta debe ser sumamente planeada para determinar todos los factores que puedan afectar el buen desempeño de la obra, algunos de estos factores se pueden determinar si se estudia la geología del terreno. Una de estas pruebas aplicadas a carreteras principalmente es el ensayo de CBR para poder identificar de la mejor forma el tipo, resistencia y calidad del suelo en el cual se desarrolla el proyecto o construcción, ya que mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y se puede evaluar la calidad del terreno para sub-rasante, sub base y base de pavimentos. Otra de las importancias del CBR es que relaciona módulos característicos del suelo, que nos permiten conocer sus propiedades de una manera más concreta, como el módulo elástico, E, o el módulo de deformación del suelo, K. (EuroAdoquin, s.f)

Con la ejecución del laboratorio se persigue realizar una adecuada reducción de muestras y preparación de las cantidades correctas necesarias para llevar a cabo otros ensayos como lo es el CBR y conocer el valor de este índice.

3. Marco Conceptual. 3.1.

Muestreo.

Cuando se realizan pruebas de laboratorio a algún tipo de suelo, los resultados generalmente se aplican a todo el material de donde procede. Es por eso que el objetivo de este tipo de procesos es el de obtener muestras representativas del suelo que se va a utilizar. Resulta obvio entonces, que el procedimiento es tan importante como los ensayos mismos, por eso se debe tomar las precauciones del caso para obtener agregados inalterados. Siempre se deben utilizar para el transporte de las muestras al laboratorio, sacos, bolsas plásticas o cajas, que permitan mantener la integridad del agregado y la humedad natural cuando sea necesario. Algunos métodos de muestreo son: divisor mecánico, cuarteo, montículo de miniatura. (Araya, 2011)

3.2.

Origen del ensayo CBR.

Este método 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 CBR se ha generalizado y es una for ma de clasificación de un suelo para ser utilizado como sub-rasante o material de base en la construcción de carreteras (Chang, s.f)

3.3.

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 encontraba el suelo durante el ensayo. (Chang, s.f)

estado en

el

cual

se

El valor de CBR, se obtiene como la relación de la carga unitaria necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración, 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. (Bowles, 1980). De esta forma el índice de soporte de California se calcula:

             

La relación de la expansión se calcula a partir de la expresión:

         ; 

Donde: Ldia = lectura del dial calibre final (mm). L o = lectura del dial indicador inicial (mm). Los valores de carga unitaria patrón que deberían de utilizarse para obtener el CBR se muestran el cuadro siguiente:

Cuadro 1: Valores de carga unitaria patrón, de acuerdo a la penetración

F u e n t e : Bowles,

1980

Cuadro 2. Clasificaciones típicas de los suelos de acuerdo al valor de CBR No. CBR

Clasificación General

Usos

0-3 3-7 7-20

Muy pobre Pobre o regular Regular

Sub-rasante Sub-rasante Sub-base

20-50

Bueno

Base, sub-base

>50

Excelente

Base

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) OH, CH, MH, OL OH, CH, MH, OL OL, CL, ML, SC, SM, SP GM, GC, SW, SM, SP,GP GW, GM F u e n t e : Bowles,

1980

4. Objetivos 4.1 Objetivo General: 4.1.1. Determinar el índice de soporte de california (CBR) de la muestra de suelo en estudio.

4.2 Objetivos Específicos: 4.2.1. Obtener el porcentaje de hinchamiento de la muestra del suelo en estudio. 4.2.2. Realizar grafica de esfuerzo vs. penetración de la muestra del suelo en estudio. 4.2.3. Minimizar las variaciones entre las características de las muestras de agregados recolectados de campo y la muestra de ensayo.

5. Métodos y materiales 5.1.

Materiales utilizados

5.1.1. Equipo de seguridad: lente, mascarilla, gabacha.

5.2.

Reducción de muestras en el laboratorio

5.2.1. Arena. 5.2.2. Piedra. 5.2.3. Balanza mecánica (± 0,05 kg ) y analítica ( ± 0,01 g) 5.2.4. Separadora de muestras 5.2.5. Carretillo. 5.2.6. Carro transportador. 5.2.7. Recipientes. 5.2.8. Escoba. 5.2.9. Cucharas.

5.2.10.

5.3.

Pala

Determinación del CBR

5.3.1. Máquina de carga 5.3.2. Molde: cilindro de metal rígido 5.3.3. Disco separador circular metálico 5.3.4. Martillo como se especifica en las normas ASTM D 698 ó D 1557 5.3.5. Aparato para medición de la expansión. 5.3.6. Pesas 5.3.7. Pistón de penetración 5.3.8. Filtros

5.4.

Métodos utilizados

5.4.1. Reducción de muestras: métodos A (Separador Mecánico) y B (Cuarteo). (ASTM C 702) 5.4.2. Contenido de humedad: (ASTM D 2216) (con la excepción que el tiempo de la muestra en el horno fue superior a las 24 horas) 5.4.3. Ensayo CBR: (ASTM D 1883 – 99 )

6. Resultados Tabla 1. Resultados ensayo contenido de humedad Golpes 65 30 10

Bandeja # 19 8 23

W bandeja (g) 110,65 111,53 133,71

W Band+Muestra (g) 882,9 1043,9 1079

W Band+Muestra seca (g) 783,45 951 918,9

Humedad (%) 12 9 16

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodríguez N, Ortiz V, Román B)

Tabla 2. Pesos de moldes cilíndricos y muestras con distintos esfuerzos de compactación Golpes 65 30 10

# Molde 5 6 20

Wt (g) 7156 7243 7174

wt+m (g) 11936 11971 11761

Wmuestra (g) 4780 4728 4587


Tabla 3. Prueba de expansión, lectura extensómetro Día Hora # Molde 5 6 20

Miércoles 12pm Li 50 50 50

Viernes 8:34am 2D 50 50 51

Viernes 01:30 p.m. 2D 51 51 51

Lunes 09:42 4D 51 51 52

% de expansión 2 2 4

Fuente: Datos tomados en laboratorio (Rodríguez N, Ortiz V, Román B

Tabla 4. Esfuerzo unitario vs penetración # Molde 0,025¨ 20 5 6 2 5 3

0,050¨ 0,075¨ 12 21 5 8 5 8

0,100¨ 30 11 11

0,150¨ 0,200¨ 0,250¨ 0,300¨ 49 67 82 98 18 28 40 51 19 30 41 56

0,400¨ 0,500¨ 129 157 78 105 85 117


Tabla 5. Datos de la prueba Volumen molde utilizado (m3)

2314

Agua óptima agregada a cada muestra (ml)

629,4


Tabla 6. Resistencia con distintos golpes de compactación Golpes Penetración (pul) 0,025 0,05 0,075 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5

10 Resistencia (kg/cm2) 1,86387325 3,4609528 5,51434079 7,56772878 11,902659 16,009435 19,4317483 23,0822158 30,1549967 36,5433149




Tabla 7. Índice de CBR, con esfuerzo patrón según cuadro 1 No molde

0,1`` σ Obtenido σ Patron 2 (kg/cm ) (kg/cm2)

5 6 20

7,57 3,23 3,23

70,36 70,36 70,36

0,2`` Valor CBR

σ Obtenido 2

σ Patron 2

Valor CBR

10,76 4,60 4,60

16,00 7,11 7,56

105,03 105,03 105,03

15,23 6,77 7,20

(kg/cm )

(kg/cm )


Gráfico 1.

Resistencia vs Penetración 40 35 ) 30 m c / g25 k ( a i c20 n e t s15 i s e R10

2

Compactación con 65 golpes Compactación con 30 golpes Compactación con 10 golpes

5 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0,4

0,5

Penetración (pul) Fuente: Datos Tabla 7

7. Análisis Los resultados obtenidos en este ensayo se aplican para la condición más critica que puede presentar dicho suelo en campo, ya que las muestras se mantuvieron sumergidas durante cuatro días lo que implican que se encontraban en su condición de saturación máxima (no siempre es el 100% ). Así se puede decir que los resultados obtenidos poseen un factor de seguridad pues se realizó en la condición más desfavorable para el suelo. El agua suministrada a la muestra fue la optima obtenida en el ensayo de compactación de Proctor modificado pero tomando en cuenta la absorción del suelo y las perdidas de humedad por estar expuesto al ambiente se le agrega la cantidad de agua optima más una cantidad extra como factor de seguridad. Con respecto al hinchamiento en la prueba de expansión se obtuvieron porcentajes (como lo muestra la tabla 3) eso implica que la muestra absorbió poco agua por lo que su volumen no se afecto significativamente como se aprecia en dicha tabla que las lecturas de expansión del tercer y cuarto día se mantienen casi constante con respecto a la lectura del primer día. Analizando el gráfico 1 se observa como la resistencia aumenta conforme la muestra este más compactada obteniendo así mayores resistencia para la muestra que se compacto con 65 golpes, esto ocurre debido a que entre mas compactado se encuentre el suelo tendrá menos espacios vacios por lo que se obligan a las partículas a acoplarse entre si de forma que aumente la densidad, esta es una de las ventajas de compactar un suelo antes de construir en él. El espécimen compactado con 10 golpes muestra mas resistencia al compactado con 30 golpes (cuando se esperaba un comportamiento inverso) una explicación puede ser que el proceso de compactación durante los 30 golpes no fue el adecuado obteniendo así menor esfuerzo de compactación que el de los 10 golpes. Los índices obtenidos para el CBR se muestran en la tabla 7, el valor mayor es 15,63% y clasificando el suelo según el cuadro 2 seria un suelo regular que se puede dar uso de sub-base. Los resultados de humedad se muestran en la tabla 1 pero presentan un margen de error puesto que a la hora de determinar la humedad se alargo el plazo de estancia de la muestra en el horno ya que la norma indica que debe ser 24 horas y en este caso se dejo aproximadamente 35 horas, esto puede causar la sobre deshidratación de la

muestra perdiendo no solo el gua que tenia como también material propio de la muestra.

8. Conclusiones 

El índice de soporte de California, no depende solamente del tipo de suelo, sino también depende de la humedad y el grado de compactación del suelo.



Una adecuada compactación implica mayor resistencia al cortante del suelo



El índice CBR aumenta si se le aplican más

golpes de compactación

(adecuadamente) 

Una adecuada reducción de muestras ayuda a que los resultados obtenidos en el ensayo sean validos para el material del

No apegarse a los métodos descritos en la norma pueden afectar



considerablemente los resultados del ensayo. 

Obtener una muestra representativa del suelo permite tener características reales de dicho material

9. Bibliografía Araya, M. 2011. Compendio de material para concreto. Página 19. ASTM International. (2003). C-702: Standard Practice for Reducing Samples of Agregate to Testing Size.

ASTM International. D-1883: Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of Laboratory-Compacted.

Bowles, J. (1980). Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. (A. Arrieta, Trad). Editorial: Editorial McGraw-Hill Latinoamérica, S.A. Chang,

L.

(s.

f.). C.B.R.

(California

Ratio) Recuperado

Bearing

de

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

(s.

f.). Ensayo

de

Suelos Recuperado

http://www.construmatica.com/construpedia/Ensayo_de_Suelos Pérez, B. (2012). TuPera (Versión Alnitak) [Software]. San José, Costa Rica.

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