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VALOR RELATIVO DE SOPORTE (C.B.R.) ( ASTM D-1883 ) 1.0.- OBJETIVOS. 1.1.- Objetivo General: Determinar el valor del C. B. R. de los suelos usados en el ensayo, cuando son compactados y ensayados en el laboratorio.
1.2.- Objetivos Específicos:
Definir el Método de CBR. Decir lo que significa el número CBR. Describir el procedimiento utilizado en el laboratorio explicando sus cálculos y gráficos. Nombrar algunas recomendaciones a la hora de aplicar el método.
2.0.- MARCO TEORICO 2.1.- Generalidades: La mayor falla de los pavimentos flexibles, se deben principalmente al desplazamiento, es decir la falla "al corte", de los materiales que componen las diferentes capas del suelo, es por esto que se diseña este ensayo (CBR) basándose en la determinación de la resistencia al corte de un suelo, que se puede realizar por medio del ensayo de "corte directo", de una prueba triaxial, o simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material. El método de Relación de Soporte California (CBR) fue propuesto por el Ingeniero O.J. Portere en 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras del Estado de California y otros organismos técnicos de carreteras, así como por el cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de Norteamérica. Se establece en este método una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su valor relativo como base de sustentación de pavimentos flexibles. Este método, si bien es empírico, se basa en un sin número de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, así como en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los mejores métodos prácticos. Originalmente el ensayo CBR fue utilizado como una forma de clasificación de la capacidad de un suelo para ser utilizado como sub-rasante o material de base en construcción de carreteras (1929). El ensayo CBR (La ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de soporte) 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.
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2.2.- Descripción del método: Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California en 1929 y nos permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo condiciones de Humedad y Densidad controladas. El CBR (California Bearing Ratio) se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón una profundidad de 0.1 pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón, la misma profundidad de 0.1 pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada, por lo tanto:
La relación C.B.R. Generalmente se determina para 0.1” y 0.2” de penetración, ósea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrón respectivamente.
Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más crítica que se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del C.B.R. se sumergen en agua hasta obtener su saturación. Los ensayos C.B.R. se puede efectuar también sobre muestras inalteradas obtenidas en el terreno y sobre suelos en el sitio. Existen diferente tipos de C.B.R. como son: C.B.R: suelos remoldeados. C.B.R. suelos inalterados. C.B.R. suelos gravosos y arenosos C.B.R. suelos cohesivos poco o nada plásticos. C.B.R. suelos cohesivos plásticos. El método CBR comprende 3 ensayos siguientes: - Determinación de la densidad y humedad. - Determinación de las propiedades expansivas del material. - 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).
2.3.- Método 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 la densidad in situ y el contenido de humedad 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.
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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 CBR 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, corrigiendo la curva si fuese necesario y calculando el CBR in situ, usando los valores de penetración de 0,1" y 0,2".
3.0.- EQUIPO Y MATERIALES Para la Compactación y Para la Prueba de Penetración: Diámetro (φ)
H
Base
6"
7"
perforada
Molde CBR, con collarín y la base perforada.
Disco espaciador (h=2.416 pulg).
Pistón (de 10 lb con H(de caída) =18 pulg). Plato y vástago.
Trípode para instalar el deformimetro. Deformimetro de 0.001”
Pesos para sobrecarga (c/u de 5 lb) Tanque de inmersión Prensa o marco de carga CBR. - Pistón (de 3 pul² de área y φ =1.954 pulg.) - Velocidad del pistón ( V(pistón) =0.05”/min ) Equipo misceláneo: - Balanza - Capsulas (3 und.) - Espátula - Papel filtro - Muestra de suelo que pasa el tamiz ¾. - Probeta - Cuarteador
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Prensa o marco de carga CBR
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Molde CBR
4.0.- PROCEDIMIENTO 4.1.- Muestras: o
Las muestras Se pulverizan aproximadamente 6 kg con el combillo para cada prueba, para luego mezclar homogéneamente con agua hasta llegar a su contenido de humedad optimo, y obtener la máxima densidad seca.
proceso de pulverizacion de la muestra a usarse en el ensayo.
4.2.- Preparación de las probetas: o
Previamente determinar el peso del molde sin collarín.
o
Colocar el disco espaciador sobre la placa base. Fijar el molde, con su collar de extensión, sobre dicha placa y colocar un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador. Colocar por capas y Compactar el suelo húmedo en el molde de acuerdo al Proctor con el fin de obtener la humedad óptima (Wop) y la densidad máxima (ﻻdmax). Realizar este procedimiento como mínimo 3 veces para 56, 26 y 12 golpes.
o
Retirar el collar de extensión y enrasar cuidadosamente el suelo compactado con la regla al nivel del borde del molde. Rellenar con material de tamaño menor cualquier hueco que pueda haber quedado en la superficie por la eliminación de material grueso.
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o
Sacar la placa base perforada y el disco espaciador y pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde determinando la masa del suelo compactado (M).
o
Colocar un disco de papel filtro grueso sobre la base perforada, invertir el molde y fijarlo a la placa base, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro.
4.3.- Penetración del Pistón: o
Siendo ya la muestra compactada debidamente, se coloca en la prensa o marco de carga CBR.
o
Se coloca la muestra sobre la plataforma de prensa del C.B.R. La muestra debe estar alineada con el pistón; se levanta la plataforma por medio del gato hidráulico hasta que el pistón esté en contacto con la muestra y se le esté aplicando una carga de 10 libras. Después se vuelve a colocar en cero el indicador de carga. Se coloca también el extensómetro en cero.
o
Se aplica la carga por medio del gato hidráulico de la prensa del C.B.R. a una velocidad de 0.05” por minuto. Se toma la lectura de las cargas, aplicadas a 0.025, 0.050, 0.075, 0.1, 0.3, 0.4 y 0.5” de penetración del pistón.
o
Se saca la muestra de la prensa del C.B.R. y se toma la muestra de humedad alrededor del orificio dejado por el pistón.
5.0.- DATOS, CALCULOS Y GRAFICOS 5.1.- Datos: “VALOR RELATIVO DE SOPORTE (C.B.R.) - ( ASTM D-1883 )”
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5.2.- Cálculos: Para el molde que se ensayó con 55 golpes
Representación gráfica: deformación-esfuerzo
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m-1: 55 GOLPES 1400.00 1200.00 1000.00 800.00 ESFUERZO (LB/PULG²)
600.00 400.00 200.00 0.00 0.000
0.200
0.400
0.600
DEFORMACION (PULG.)
Para el molde que se ensayó con 26 golpes
Representación gráfica: deformación-esfuerzo
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m-2: 26 GOLPES 1200.00 1000.00 800.00 ESFUERZO (LB/PULG²)
600.00 400.00 200.00 0.00 0 . 0 0 00 . 1 0 00 . 2 0 00 . 3 0 00 . 4 0 00 . 5 0 00 . 6 0 0 DEFORMACION (PULG.)
Para el molde que se ensayó con 12 golpes
Representación gráfica: deformación-esfuerzo
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m-3: 12 GOLPES 700.00 600.00 500.00 400.00 ESFUERZO (LB/PULG²)
300.00 200.00 100.00 0.00 0.000 0.100 0.200 0.3000.400 0.500 0.600 DEFORMACION (PULG.)
5.3.- Resultados: 1400.00 1200.00 1000.00 800.00
ESFUERZO (LB/PULG²)
55 GOLPES
600.00
26 GOLPES
400.00
12 GOLPES
200.00 0.00 0.000
0.200
0.400
0.600
DEFORMACION (PULG.)
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C.B.R - DENSIDAD SECA
DENSIDAD SECA (gr/cm3)
30 40 50 60 70 80 25 35 45 55 65 75
C.B.R.
6.0.- CONCLUISIONES De acuerdo a los resultados obtenidos se puede concluir que: o
La muestra de suelo posee una humedad óptima de 12.314% y una densidad seca máxima de 2.12 gr/cm3, con estas propiedades se pueden evaluar la capacidad de carga del suelo ya que por medio de ellas son fundamentales para el cálculo del CBR.
o
Las gráficas obtenidas por lo general en la parte inicial son rectos y al final son cóncavas hacia abajo; estos son indicadores de que el resultado es bueno con procedimiento correcto en la realización del ensayo.
o
la capacidad de soporte (CBR) de la muestra al 100% es de 66.5% mientras que al 95% es de 57.50%, con una humedad óptima y niveles de compactación variables.
7.0.- RECOMENDACIONES DEL ENSAYO.
Al momento de compactar llegar un poco más arriba de la línea del collarín, para garantizar una buena compactación.
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Al momento de realizar la compresión colocar pesas no menores de 4.5 kg.
Tratar de añadir la cantidad correcta de agua al material para hacerlo llegar a su humedad óptima.
Seguir y cumplir estrictamente las normas establecidas para la elaboración del ensayo.
8.0.- BIBLIOGRAFÍA - Bowles, Joseph E. (1981), “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil” . Mc Graw-Hill Book Company. - Das, Braja M. (2001), “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica: marco teórico”, Thomson Learning.
9.0.- PANEL FOTOGRAFICO
PREPARACION DE LA MUESTRA , PARA LA REALIZACION DEL ENSAYO
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COMPACTACION DE LA MUESTRA EN EL MOLDE POR CAPAS PARA LOS ENSAYOS DE 55 , 26 Y 12 GOLES RESPECTIVAMENTE.
PERFILADO AL NIVEL DE LA LINEA DE COLLARIN PARA GARANTIZAR UN BUEN ENSAYO DE PENTRACION
PAPEL FILTRO COLOCADO EN CONTACTO CON EL SUELO COMPACTADO
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COLOCADO DE LA MUESTRA SOBRE LA PLATAFORMA DE PRENSA DEL C.B.R, ALINEADA CON EL PISTON Y GRADUACION CORRECTA DEL DEFORMIMETRO.
- ORIFICIO GENERADA POR LA APLICACION DE CARGA - SOBRE CARGA DE SIMULACION DE 5 lb.
SACADA LA MUESTRA DE LA PRENSA ,SE TOMA LA HUMEDAD ALREDEDOR DEL ORIFICIO DEJADO POR EL PISTON
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