UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
PAVIMENTOS
C.B.R. (California Bearing Ratio) DOCENTE: ING. CARLOS LIMACHI PRESENTADO POR:
ACUÑA OBREGON JULIET BAUTISTA HURTADO JOEL CUYA SILVA DAVID HUALLA CHAMPI ALEXANDER SOTO LLALLA BREYNER JUAREZ LERZUNDE EVER
SEMESTRE 2016 - I CUSCO-PERU
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C.B.R. (California Bearing Ratio) PRESENTACION 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 generalizado y es una forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construcción construcción de carreteras. Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.
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MARCO TEORICO ¿QUE ES EL 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.
NUMERO CBR El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relación de la l a carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración (19.4 cm2) dentro dentro de la muestra muestra compactada compactada de suelo a un contenido de Humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón (lbs/pulg2.) requerida para obtener obtener la misma profundidad profundidad de penetración penetración en una una muestra estándar estándar de material material triturado. 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 estándar o modificado del experimento.
PROCTOR MODIFICADO ASTM D 1557 A B PESO MARTILLO (lb) 10 10 DIAM. MOLDE (pulg) 4 4 N° DE CAPAS 5 5 N° GOLPES/CAPA GOLPES/CAPA 25 25
DIAM MOLDE (pulg) MARTILLO (lb) N° DE CAPAS N° GOLPES/CAPA GOLPES/CAPA
CBR - ASTM D 4429-93 6 10 5 12 26
C 10 6 5 56
55
El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:
Determinación Determinación de la densidad y humedad. Determinación Determinación de las propiedades expansivas del material. Determinación 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).
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El método a seguir para determinar el CBR será:
A. Determinación del CBR de suelos perturbados perturbados y remoldados: 1. Gravas y arenas sin cohesión. 2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivo. 3. Suelos cohesivos y expansivos.
DETERMINACIÓN DEL CBR DE SUELOS REMOLDADOS ASTM D 1883 Equipo 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 anillo calibrado. Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión inmersión de muestra a saturar, cronómetro, cronómetro, extensómetros, extensómetros, etc.
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Preparación del material a) Secar el material al aire o calentándolo a 60o C. b) Desmenuzar Desmenuzar los terrones existentes y tener cuidado de no romper las partículas individuales de la muestra. c) 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. d) Se determina el contenido de humedad de la muestra así preparada.
Determinación de la densidad y humedad Preparar una muestra que tenga la misma densidad y humedad que se proyecta alcanzar en el sitio donde se construirá el pavimento. Procedimiento:
a) En el molde cilíndrico se coloca el disco espaciador y papel filtro grueso 6”. b) La muestra se humedece añadiendo una cantidad de agua calculada. Se mezcla uniformemente. uniformemente. La humedad entre dos muestras debe variar en 2%. c) 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 espes or de 5”.
d) Se quita el collarín, se enrasa la parte superior del molde, se volteará el molde y se quitará la base del molde perforada perforada y el disco espaciador. e) Se pesará el molde con la l a muestra, se determinará la densidad y la humedad de la muestra.
Determinación de la expansión del material (NO SE REALIZO) a) Determinada la densidad y humedad se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, enrasada, un plato metálico perforado y se volteará el molde. b) Sobre la superficie libre de la muestra se colocará papel filtro y se montará el plato con el vástago graduable. Luego sobre el plato se colocará varias pesas de plomo. La sobrecarga sobrecarga mínima será de 10 lbs. c) Colocado el vástago y las pesas, se colocará el molde dentro de un tanque o depósito lleno con agua. d) Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial y se tomará cada 24 horas.
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e) Al cabo de las 96 horas o antes si el material es arenoso se anota la lectura final para calcular el hinchamiento. Se calcula el % de hinchamiento que es la lectura final menos la lectura inicial dividido entre la altura inicial de la muestra multiplicado por 100. Los adobes, suelos orgánicos y algunos suelos cohesivos tienen expansiones muy grandes generalmente mayor del 10%.
EQUIPO DE PRUEBA DE PENETRACION Y EXPANCION
Los especimenes son saturados por 96 horas, con una sobrecarga igual peso del pavimento que se utilizará en el campo pero en ningún caso será menor que 4.50 k. Es necesario durante este periodo tomar registros de expansión cada 24 horas y al final de la saturación tomar el porcentaje de expansión que es:
Las especificaciones establecen establecen que los materiales de préstamo para: Sub base deben tener expansiones menores de 2% y para Base 1% Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR:
Suelo con hinchamiento 3% o más, generalmente generalmente tienen CBR < 9 % Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen ti enen CBR >= 15% Suelos con hinchamiento < 1% tienen generalmente CBR > 30%.
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Determinación de la resistencia a la penetración
a) Si no es necesario sumergir la muestra en agua, se colocará sobre ella la pesa anular y se montarán las pesas de plomo, de tal modo que se obtenga una sobrecarga sobrecarga semejante a la del pavimento a construirse. Pasar a c) y d). b) Si la muestra ha sido sumergida en agua para medir su expansión, y después que haya sido drenada, se colocará la pesa anular y encima de las pesas de plomo que tenía la muestra cuando estaba sumergida en agua; o sea que la sobrecarga para la prueba de penetración deberá ser prácticamente igual a la sobrecarga sobrecarga que tenía tenía durante el ensayo ensayo de hinchamiento. c) El molde con la muestra y la sobrecarga, se coloca debajo de la prensa y se asienta el pistón sobre la muestra, aplicando aplicando una carga carga de 10 lbs. d) Una vez asentado el pistón, se coloca en cero el extensómetro que mide la penetración y el dial del extensómetro extensómetro también se coloca en cero. cero. e) Se hinca el pistón en incrementos de 0.025” a la velocidad de 0.05”/ minuto y se leen las cargas totales que ha sido necesario aplicar hasta hincar el pistón 0.50 pulgada. f) Una vez hincado el pistón hasta 0.50 pulgada, se suelta la carga lentamente; se retira el molde de la prensa y se quitan las pesas y la base metálica perforada. g) Finalmente se determina el contenido de humedad de la muestra. Para el control de campo, bastará determinar el contenido de humedad correspondiente correspondiente a la l a parte superior de la muestra pero en el laboratorio se recomienda tomar el promedio de los diferentes contenidos de humedad (parte superior e inferior i nferior de la muestra).
Cálculo del CBR Las lecturas tomadas, tanto de las penetraciones como de las cargas, se representan gráficamente en un sistema de coordenadas como se indican en la Fi g. 4. Si la curva esfuerzo - penetración que se obtiene es semejante a la del ensayo No. 1 de la Fig. 4, los valores anotados serán los que se tomen en cuenta para el cálculo de CBR. En cambio, si las curvas son semejantes a las correspondientes a los No. 2 y 3, las curvas deberán ser corregidas trazando tangentes en la forma indicada en la Fig. 4. Los puntos A y B, donde dichas tangentes cortan cortan el eje de abscisas, abscisas, serán serán los nuevos ceros ceros de las curvas. Las cargas unitarias y penetraciones se determinaran a partir de estos ceros. Si analizamos la curva del ensayo No. 3 tendremos que le esfuerzo correspondiente correspondiente a la penetración corregida de 0.1” será de 300 lb/pulg2 lb/pulg2 en lugar de 120 lb/pulg2, que es la correspondiente correspondiente a la lectura inicial i nicial sin corregir de 0.1”.
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FIG. 4
CBR = El número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la práctica, el símbolo de % se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero. Para determinar el CBR se toma como material de comparación la piedra triturada que sería el 100%, es decir CBR = 100%. La resistencia a la penetración que presenta a la hinca del pistón es la siguiente: siguiente:
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Si los CBR para 0.1” y 0.2” son semejantes, se recomienda usar en los cálculos, el CBR Correspondiente a 0.2”. Si el CBR correspondiente a 0.2” es muy superior al CBR correspondiente al 0.1”, Deberá repetirse el ensayo.
VALORES REFERENCIALES DE CBR, USOS Y SUELOS
CALCULOS DENSIDAD SECA Y HUMEDAD PROCTOR MODIFICADO HUMEDAD (%)
6.6
8.6
10.7
12.4
DENSIDAD SECA (gr/cm3)
1.99
2.072
2.04
1.98
CHO (%)
8.6
DENSIDAD SECA MAXIMA(gr/cm3)
2.072
COMPACTACION CBR
MOLDE I
MOLDE II
MOLDE III
N° CAPAS
5
5
5
N° GOLPES
12
26
55
HUMEDAD
8.6
8.6
8.6
DENSIDAD SECA
1.89
1.99
2.06
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CBR 12 GOLPES 1ER MOLDE 12 GOLPES LECTURA EN LABORATORIO
DEFORMIMETRO (*0.001)
ANILLO DE CARGA (x)
0 25 50 75 100 125 150 200 300 400 500
0 37 53 65 78 87.5 96.5 112.5 144 162.5 185
CALCULO DE GABINETE
DEFORMACION CARGA-kgf (PULGADAS) (3.6744X+4.9982) 0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5
4.9982 140.951 199.7414 243.8342 291.6014 326.5082 359.5778 418.3682 534.1118 602.0882 684.7622
CARGACARGA- libras
AREA PISTON ESFUERZO EN EL ESFUERZO (pulg2) PISTON (PSI o lb/pulg2) PATRON(PSI)
11.01920236 310.7453867 440.3567096 537.5652018 642.8744017 719.8311247 792.7374939 922.3488168 1177.521109 1327.384201 1509.650124
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
3.673067453 103.5817956 146.7855699 179.1884006 214.2914672 239.9437082 264.2458313 307.4496056 392.5070363 442.4614003 503.216708
1000
CBR CBR(%) (%)
CBR CBR(%) (%)
21.4291467 21.4291467
1500 1900 2300 2600
20.4966404 20.6582651 19.2374522 19.3544888
26 GOLPES 2DO MOLDE 26 GOLPES LECTURA EN LABORATORIO
DEFORMIMETRO (*0.001) 0 25 50 75 100 125 150 200 300 400 500
ANILLO DE CARGA (x) 0 21 37 81 110 138 161 192 239 274 305
CALCULO DE GABINETE
DEFORMACION CARGA-kgf CARGACARGA- libras AREA PISTON ESFUERZO EN EL ESFUERZO (PULGADAS) (3.6744X+4.9982) (pulg2) PISTON (PSI o lb/pulg2) PATR PATRON ON(P (PSI SI)) 0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5
4.9982 82.1606 140.951 302.6246 409.1822 512.0654 596.5766 710.483 883.1798 1011.7838 1125.6902
11.01920236 181.1340637 310.7453867 667.1765248 902.0970476 1128.916863 1315.233139 1566.355078 1947.088339 2230.613108 2481.735046
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
3.673067453 60.37802124 103.5817956 222.3921749 300.6990159 376.3056209 438.4110465 522.1183592 649.0294463 743.5377026 827.2450153
1000
CBR( CBR(%) %)
CBR( CBR(%) %)
30.0699016 34.8078906
1500 1900 2300 2600
34.8078906 34.1594445 32.3277262 31.817116 31
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ESFUERZO CORREGIDO
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CORRECCION - DEL GRAFICO ESFUERZO CBR(%) PATRON
1000
CBR(%)
38.1
38.1 562
1500
37.4666667
55 GOLPES 3ER MOLDE 55 GOLPES LECTURA EN LABORATORIO
DEFORMIMETRO (*0.001) 0 25 50 75 100 125 150 200 300 400 500
ANILLO DE CARGA (x) 0 25 50 72 99 118 147 198 278 335 390
CALCULO DE GABINETE
DEFORMACION CARGA-kgf (PULGADAS) (3.6744X+4.9982) 0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5
4.9982 96.8582 188.7182 269.555 368.7638 438.5774 545.135 732.5294 1026.4814 1235.9222 1438.0142
CARGACARGA- libras AREA PISTON ESFUERZO EN EL ESFUERZO (pulg2) PISTON (PSI o lb/pulg2) lb/pulg2) PATR PATRON ON(PS (PSI)I) 11.01920236 213.5368945 416.0545866 594.2701556 812.9892631 966.9027091 1201.823232 1614.959324 2263.015939 2724.756277 3170.295199
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
3.673067453 71.17896482 138.6848622 198.0900519 270.996421 322.300903 400.607744 538.3197746 754.3386462 908.2520922 1056.765066
1000
CBR( CBR(%) %)
CBR( CBR(%) %)
27.0996421 35.887985
1500 1900 2300 2600
3355.887985 39.702034 39 39.4892214 40.6448102
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CORRECCION - DEL GRAFICO ESFUERZO CBR (%) PATRON
ESFUERZO CORREGIDO
1000
322
CBR (%)
32.2 40
1500
600
40
DENSIDAD SECA VS CBR GOLPES DENSIDAD SECA ( d en gr/cm3) CBR
DENSIDAD SECA VS CBR 12 26 1.89 1.99
55 2.06
21.4
40.0
38.1
DENSIDAD SECA VS CBR 2.1
) 3 m2.05 c / r g ( 2
y = 0.0017x2 - 0.092 0.0929x 9x + 3.1175 3.1175 R² = 1
A C E 1.95 S D A 1.9 D I S N1.85 E D
1.8
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
CBR (%)
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PANEL FOTOGRAFICO
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