MTC E 132 CBR DE CBR DE SUELOS (LABORATORIO) 1.0
OBJETO
1.1
Describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, que es muy conocido, como CBR (California Bearing Ratio). l ensayo se reali!a normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de "umedad y densidad# pero tambi$n puede operarse en forma an%loga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno.
2.0
FINALIDAD Y ALCANCE
&.1
ste m$todo de ensayo se usa para evaluar la resistencia potencial de subrasante, subbase y material de base, incluyendo materiales reciclados para usar en pavimentos de vías y de campos de aterri!a'e. l valor de CBR obtenido en esta prueba forma una parte integral de varios m$todos de diseo de pavimento fleible.
&.&
*ara aplicaciones donde el efecto del agua de compactación sobre el CBR es mínimo, tales como materiales no+co"esivos de granos gruesos, o cuando sea permisible para el efecto de diferenciar los contenidos de agua de compactación en el procedimiento de diseo, el CBR puede determinarse al óptimo contenido de agua de un esfuer!o de compactación especificado. l peso unitario seco especificado es normalmente el mínimo porcenta'e de compactación permitido por la especificación de compactación de campo de la entidad usuaria.
&.
*ara aplicaciones donde el efecto del contenido de agua de compactación en el CBR es desconocido o donde se desee eplicar su efecto, el CBR se determina para un rango de contenidos de agua, generalmente el rango de contenido de agua permitido para la compactación de campo por la especificación de compactación en campo de la entidad usuaria.
&.-
os criterios para la preparación del esp$cimen de prueba con respecto a materiales cementados (y otros) los cuales recuperan resistencia con el tiempo, deben basarse en una evaluación geot$cnica de ingeniería. /eg0n sea dirigido por un ingeniero, los mismos materiales cementados deber%n ser curados adecuadamente "asta que puedan medirse las relaciones de soporte que representen las condiciones de servicio a largo pla!o.
&.
ste índice se utili!a para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de subrasante y de las capas de base, subbase y de afirmado.
&.2
ste modo operativo "ace referencia a los ensayos para determinación de las relaciones de *eso 3nitario + 4umedad, usando un equipo modificado.
3.0
REFERENCIAS NORMATIVAS
.1
5/67 D 188 188:: /tandard 6est 7et"od for CBR (California Bearing Ratio) of aboratory+Compacted /oils.
4.0
EQUIPOS Y MATERIALES
-.1
93:*;/
-.1.1
*rensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utili!ada para for!ar la penetración de un pistón en el esp$cimen. l pistón se alo'a en el cabe!al y sus características deben a'ustarse a las especificadas en el numeral -.1.<. l despla!amiento entre la base y el cabe!al se debe poder regular a una velocidad uniforme de 1,&< mm (=,=>) por minuto. a capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga debe ser de --, ?@ (1==== :bf) o m%s y la precisión mínima en la medida debe ser de -- @ (1= lbf) o menos.
-.1.&
7olde, de metal, cilíndrico, de 1&,-mm A =,22 mm (2 A =,=&2>) de di%metro interior y de 1<<,8 A =,-2 mm (< A =,=18>) de altura, provisto de un collar de metal suplementario de =,8 mm (&,=>)
de altura y una placa de base perforada de , mm (8>) de espesor. as perforaciones de la base no eceder%n de 1,2 mm (&8 112) las mismas que deber%n estar uniformemente espaciadas en la circunferencia interior del molde de di%metro (Eigura 1a). a base se deber% poder a'ustar a cualquier etremo del molde. -.1.
Disco espaciador, de metal, de forma circular, de 1=,8 mm ( 112) de di%metro eterior y de 21,< A =,1&< mm (&,-12 A =,==) de espesor (Eigura 1b), para insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación.
-.1.-
*isón de compactación como el descrito en el modo operativo de ensayo *roctor 7odificado, (equipo modificado).
Fig!" 1.
-.1.
5parato medidor de epansión compuesto porF •
•
3na placa de metal perforada, por cada molde, de 1-,& mm ( <8>) de di%metro, cuyas perforaciones no ecedan de 1,2 mm (112>) de di%metro. star% provista de un v%stago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura (Eigura 1d). 3n trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve montado y bien su'eto en el centro un dial (deformímetro), cuyo v%stago coincida con el de la placa, de forma que permita controlar la posición de $ste y medir la epansión, con aproimación de =,=& mm (=,==1>) (v$ase Eigura 1c).
-.1.2
*esas. 3no o dos pesas anulares de metal que tengan una masa total de -,- A =,=&?g y pesas ranuradas de metal cada una con masas de &,&< A =,=& ?g. as pesas anular y ranurada deber%n tener <8 a 112 (1-,& mm a 1=,81 mm) en di%metro# adem%s de tener la pesa, anular un agu'ero central de & 18 aproimado (,8 mm) de di%metro.
-.1.<
*istón de penetración, met%lico de sección transversal circular, de -,2 A =,1 mm (1,- A =,==) de di%metro, %rea de 1, cm& ( pulg&) y con longitud necesaria para reali!ar el ensayo de penetración con las sobrecargas precisas de acuerdo con el numeral 2,-, pero nunca menor de 1=1,2 mm (->).
-.1.8
Dos diales con recorrido mínimo de & mm (1>) y divisiones lecturas en =,=& mm (=,==1>), uno de ellos provisto de una pie!a que permita su acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la muestra.
-.1.
6anque, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua.
-.1.1= stufa, termost%ticamente controlada, capa! de mantener una temperatura de 11= A GC. -.1.11 Balan!as, una de &= ?g de capacidad y otra de 1=== g con sensibilidades de 1 g y =,1 g, respectivamente. -.1.1& 6amices, de -,<2 mm (@o. -), 1,= mm (->) y =,8= mm (&>). -.1.1 7iscel%neos, de uso general como cuarteador, me!clador, c%psulas, probetas, esp%tulas, discos de papel de filtro del di%metro del molde, etc. #.0
MUESTRA
.1
a muestra deber% ser preparada y los especímenes para la compactación deber%n prepararse de acuerdo con los procedimientos dados en los m$todos de prueba @6* .1-1 ó @6* .1-& para la compactación de un molde de 1&,-mm (2) ecepto por lo siguienteF •
/i todo el material pasa el tami! de 1mm (-), toda la graduación deber% usarse para preparar las muestras a compactar sin modificación. /i eiste material retenido en el tami! de 1 mm (-), este material deber% ser removido y reempla!ado por una cantidad igual de material que pase el tami! de H de pulgada (1 mm) y sea retenido en el tami! @G obtenido por separación de porciones de la muestra no de otra forma usada para ensayos.
$.0
PROCEDIMIENTO
2.1
l procedimiento es tal que los valores de la relación de soporte se obtienen a partir de especímenes de ensayo que posean el mismo peso unitario y contenido de agua que se espera encontrar en el terreno. n general, la condición de "umedad crítica (m%s desfavorable) se tiene cuando el material est% saturado. *or esta ra!ón, el m$todo original del Cuerpo de :ngenieros de .3.5. contempla el ensayo de los especímenes despu$s de estar sumergidos en agua por un período de cuatro (-) días confinados en el molde con una sobrecarga igual al peso del pavimento que actuar% sobre el material.
2.&
*reparación de la 7uestra.+ /e procede como se indica en las normas mencionadas (Relaciones de peso unitario+"umedad en los suelos, con equipo est%ndar o modificado). Cuando m%s del < I en peso de la muestra pase por el tami! de 1,1 mm (->), se utili!a para el ensayo el material que pasa por dic"o tami!. Cuando la fracción de la muestra retenida en el tami! de 1,1 mm (->) sea
Manual de Ensayo de Materiales
Página
superior a un &I en peso, se separa el material retenido en dic"o tami! y se sustituye por una proporción igual de material comprendido entre los tamices de 1,1 mm (->) y de -,< mm (@G-), obtenida tami!ando otra porción de la muestra. De la muestra así preparada se toma la cantidad necesaria para el ensayo de apisonado, m%s unos ?g por cada molde CBR. /e determina la "umedad óptima y la densidad m%ima por medio del ensayo de compactación elegido. /e compacta un n0mero suficiente de especímenes con variación en su contenido de agua, con el fin de establecer definitivamente la "umedad óptima y el peso unitario m%imo. Dic"os especímenes se preparan con diferentes energías de compactación. @ormalmente, se usan la energía del *roctor st%ndar, la del *roctor 7odificado y una nergía :nferior al *roctor st%ndar. De esta forma, se puede estudiar la variación de la relación de soporte con estos dos factores que son los que la afectan principalmente. os resultados se grafican en un diagrama de contenido de agua contra peso unitario. /e determina la "umedad natural del suelo mediante secado en estufa, seg0n la norma 76C 1=8. Conocida la "umedad natural del suelo, se le aade la cantidad de agua que le falte para alcan!ar la "umedad fi'ada para el ensayo, generalmente la óptima determinada seg0n el ensayo de compactación elegido y se me!cla íntimamente con la muestra. 2.
laboración de especímenes. /e pesa el molde con su base, se coloca el collar y el disco espaciador y, sobre $ste, un disco de papel de filtro grueso del mismo di%metro. 3na ve! preparado el molde, se compacta el esp$cimen en su interior, aplicando un sistema din%mico de compactación (ensayos mencionados, ídem *roctor st%ndar o 7odificado), pero utili!ando en cada molde la proporción de agua y la energía (n0mero de capas y de golpes en cada capa) necesarias para que el suelo quede con la "umedad y densidad deseadas (v$ase Eigura &a). s frecuente utili!ar tres o nueve moldes por cada muestra, seg0n la clase de suelo granular o co"esivo, con grados diferentes de compactación. *ara suelos granulares, la prueba se efect0a dando , &2 y 1& golpes por capa y con contenido de agua correspondiente a la óptima. *ara suelos co"esivos interesa mostrar su comportamiento sobre un intervalo amplio de "umedades. as curvas se desarrollan para , &2 y 1& golpes por capa, con diferentes "umedades, con el fin de obtener una familia de curvas que muestran la relación entre el peso específico, "umedad y relación de capacidad de soporte. N%&" 1. n este procedimiento queda descrito cómo se obtiene el índice CBR para el suelo colocado en un solo molde, con una determinada "umedad y densidad. /in embargo, en cada caso, al e'ecutar el ensayo deber% especificarse el n0mero de moldes a ensayar, así como la 4umedad y *eso 3nitario a que "abr%n de compactarse. /i el esp$cimen se va a sumergir, se toma una porción de material, entre 1== y ==g (seg0n sea fino o tenga grava) antes de la compactación y otra al final, se me!clan y se determina la "umedad del /uelo de acuerdo con la @orma 76C 1=8. /i la muestra no va a ser sumergida, la porción de material para determinar la "umedad se toma del centro de la probeta resultante de compactar el suelo en el molde, despu$s del ensayo de penetración. *ara ello el esp$cimen se saca del molde y se rompe por la mitad. 6erminada la compactación, se quita el collar y se enrasa el esp$cimen por medio de un enrasador o cuc"illo de "o'a resistente y bien recta. Cualquier depresión producida al eliminar partículas gruesas durante el enrase, se rellenar% con material sobrante sin gruesos, comprimi$ndolo con la esp%tula. /e desmonta el molde y se vuelve a montar invertido, sin disco espaciador, colocando un papel filtro entre el molde y la base. /e pesa.
2.-
:nmersión. /e coloca sobre la superficie de la muestra invertida la placa perforada con v%stago, y, sobre $sta, los anillos necesarios para completar una sobrecarga tal, que produ!ca una presión equivalente a la originada por todas las capas de materiales que "ayan de ir encima del suelo que
se ensaya, la aproimación quedar% dentro de los &,&< ?g correspondientes a una pesa. n ning0n caso, la sobrecarga total ser% menor de -,- ?g (v$ase Eigura &b). N%&" 2. 5 falta de instrucciones concretas al respecto, se puede determinar el espesor de las capas que se "an de construir por encima del suelo que se ensaya, bien por estimación o por alg0n m$todo aproimado. Cada 1 cm (2>) de espesor de estructura del pavimento corresponde aproimadamente a -,- ?g de sobrecarga. /e toma la primera lectura para medir el "inc"amiento colocando el trípode de medida con sus patas sobre los bordes del molde, "aciendo coincidir el v%stago del dial con el de la placa perforada. /e anota su lectura, el día y la "ora. 5 continuación, se sumerge el molde en el tanque con la sobrecarga colocada de'ando libre acceso al agua por la parte inferior y superior de la muestra. /e mantiene la probeta en estas condiciones durante 2 "oras (- días) >con el nivel de agua aproimadamente constante. s admisible tambi$n un período de inmersión m%s corto si se trata de suelos granulares que se saturen de agua r%pidamente y si los ensayos muestran que esto no afecta los resultados (v$ase Eigura &c). 5l final del período de inmersión, se vuelve a leer el deformímetro para medir el "inc"amiento. /i es posible, se de'a el trípode en su posición, sin moverlo durante todo el período de inmersión# no obstante, si fuera preciso, despu$s de la primera lectura puede retirarse, marcando la posición de las patas en el borde del molde para poderla repetir en lecturas sucesivas. a epansión se calcula como un porcenta'e de la altura del esp$cimen. Despu$s del periodo de inmersión se saca el molde del tanque y se vierte el agua retenida en la parte superior del mismo, sosteniendo firmemente la placa y sobrecarga en su posición. /e de'a escurrir el molde durante 1 minutos en su posición normal y a continuación se retira la sobrecarga y la placa perforada. :nmediatamente se pesa y se procede al ensayo de penetración seg0n el proceso del numeral siguiente. s importante que no transcurra m%s tiempo que el indispensable desde cuando se retira la sobrecarga "asta cuando vuelve a colocarse para el ensayo de penetración.
Fig!" 2: D'&'!(i)"*i+) ,'- "-%! ,' -" !'-"*i+) ,' /%%!&' ') '- -"%!"&%!i% 2.
*enetración. /e aplica una sobrecarga que sea suficiente, para producir una intensidad de carga igual al peso del pavimento (con A &,&< ?g de aproimación) pero no menor de -,- ?g. *ara evitar el empu'e "acia arriba del suelo dentro del agu'ero de las pesas de sobrecarga, es conveniente asentar el pistón luego de poner la primera sobrecarga sobre la muestra, l$vese el con'unto a la prensa y colóquese en el orificio central de la sobrecarga anular, el pistón de penetración y aade el resto de la sobrecarga si "ubo inmersión, "asta completar la que se utili!ó en ella. /e monta el dial medidor de manera que se pueda medir la penetración del pistón y se aplica una carga de =@ ( ?g) para que el pistón asiente. /eguidamente se sit0an en cero las agu'as de los diales medidores, el del anillo dinamom$trico, u otro dispositivo para medir la carga, y el de control de la penetración (v$ase Eigura &d). *ara evitar que la lectura de penetración se vea afectada por la lectura del anillo de carga, el control de penetración deber% apoyarse entre el pistón y la muestra o molde. /e aplica la carga sobre el pistón de penetración mediante el gato o mecanismo correspondiente de la prensa, con una velocidad de penetración uniforme de 1,&< mm (=,=>) por minuto. as prensas manuales no preparadas para traba'ar a esta velocidad de forma autom%tica se controlar%n mediante el deformímetro de penetración y un cronómetro. /e anotan las lecturas de la carga para las siguientes penetracionesF
P')'&!"*i+)
Mi-('&!%/
P-g","/
=,2
=,=&
1,&<
=,==
1,B=
=,=<
&,-
=,1==
,1<
=,1&
,81
=,1=
,=8
=,&==
<,2&
=,==
1=,12
=,-==
1&,<=
=,==
J stas lecturas se "acen si se desea definir la forma de la curva, pero no son indispensables. Einalmente, se desmonta el molde y se toma de su parte superior, en la !ona próima a donde se "i!o la penetración, una muestra para determinar su "umedad. 2.2
*R;CD:7:@6; *5R5 @/5K; /;BR 73/6R5/ :@56R5D5/ n el caso de muestras inalteradas se procede como sigueF a)
/e traba'ar% en una calicata de aproimadamente =,8= =,8= m.
b)
/e nivela la superficie y se coloca el molde en el centro del %rea de traba'o. l molde se le debe "aber adicionado el anillo cortador.
c)
*osteriormente se ecava suavemente alrededor del molde, presion%ndolo para que corte una delgada capa de suelo a su alrededor.
d)
/e clava el molde en el suelo poco a poco, con ayuda de "erramientas apropiadas, "asta llenarlo, "aciendo uso de la t$cnica para la toma de muestras inalteradas que se describe en la norma 76C 11&. Debe entenderse que por ning0n motivo la muestra debe ser golpeada, tanto en el proceso de recuperación en el campo, como en su transporte y traba'o de laboratorio
e)
3na ve! lleno el molde, se parafinan sus caras planas y, cuidando de no golpearlo, se traslada al laboratorio. Cuando se vaya a efectuar el ensayo se quita la parafina de ambas caras y, con ayuda de la prensa y el disco espaciador o de un etractor de muestras, se de'a un espacio vacío en el molde equivalente al del disco espaciador, enrasando el molde por el otro etremo. 5 continuación se procede como con las muestras preparadas en el laboratorio. a operación para de'ar ese espacio vacío no es necesaria (<,=> A =,12>) si se utili!a un molde con 1&< mm (>) de altura, en ve! de los 1<<,8 mm, y se monta el collar antes de proceder al ensayo de penetración.
.0
CALCULOS E INFORME
<.1
C5C3;/
<.1.1
4umedad de compactación. l tanto por ciento de agua que "ay que aadir al suelo con su "umedad natural para que alcance la "umedad prefi'ada, se calcula como sigueF
% de agua a añadir DondeF 4 L 4 L
4umedad prefi'ada 4umedad natural
=
H-h
100 + h
× 100
<.1.&
Densidad o peso unitario. a densidad se calcula a partir del peso del suelo antes de sumergirlo y de su "umedad, de la misma forma que en los m$todos de ensayo citados. *roctor normal o modificado, para obtener la densidad m%ima y la "umedad óptima.
<.1.
5gua absorbida. l c%lculo para el agua absorbida puede efectuarse de dos maneras. 3na, a partir de los datos de las "umedades antes de la inmersión y despu$s de $sta (numerales -.1. y -.1.-)# la diferencia entre ambas se toma normalmente como tanto por ciento de agua absorbida. ;tra, utili!ando la "umedad de la muestra total contenida en el molde. /e calcula a partir del peso seco de la muestra (calculado) y el peso "0medo antes y despu$s de la inmersión. 5mbos resultados coincidir%n o no, seg0n que la naturale!a del suelo permita la absorción uniforme del agua (suelos granulares), o no (suelos pl%sticos). n este segundo caso debe calcularse el agua absorbida por los dos procedimientos.
<.1.-
*resión de penetración. /e calcula la presión aplicada por el penetrómetro y se dibu'a la curva para obtener las presiones reales de penetración a partir de los datos de prueba# el punto cero de la curva se a'usta para corregir las irregularidades de la superficie, que afectan la forma inicial de la curva (v$ase Eigura ).
<.1.
pansión. a epansión se calcula por la diferencia entre las lecturas del deformímetro antes y despu$s de la inmersión, numeral 2.. ste valor se refiere en tanto por ciento con respecto a la altura de la muestra en el molde, que es de 1&< mm (>). s decirF I pansión L
L2 - L1 127
1==
Donde 1 L & L <.1.2
ectura inicial en mm. ectura final en mm.
Malor de la relación de soporte (índice resistente CBR). /e llama valor de la relación de soporte (índice CBR), al tanto por ciento de la presión e'ercida por el pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, en relación con la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra patrón. as características de la muestra patrón son las siguientesF P')'&!"*i+) M( P-g","/ =,1 &,=,& ,=8
MN(2 2,B=
1=,
P!'/i+ 5g6*(2 <=,1 1=,-2
--g2 1,=== 1,==
*ara calcular el índice CBR se procede como sigueF a)
/e dibu'a una curva que relacione las presiones (ordenadas) y las penetraciones (abscisas), y se observa si esta curva presenta un punto de infleión. /i no presenta punto de infleión se toman los valores correspondientes a &,- y ,=8 mm (=,1> y =,&>) de penetración. /i la curva presenta un punto de infleión, la tangente en ese punto cortar% el e'e de abscisas en otro punto (o corregido), que se toma como nuevo origen para la determinación de las presiones correspondientes a &,- y ,=8 mm.
b)
De la curva corregida tómense los valores de esfuer!o+penetración para los valores de &,mm y ,=8 mm y calc0lense los valores de relación de soporte correspondientes, di vidiendo los esfuer!os corregidos por los esfuer!os de referencia 2, 7*a (1===1bplg&) y 1=, 7*a (1== lbplg &) respectivamente, y multiplíquese por 1==. a relación de soporte reportada para el suelo es normalmente la de &,- mm (=,1>) de penetración. Cuando la relación a ,=8 mm (=,&>) de penetración resulta ser mayor, se repite el ensayo. /i el ensayo de comprobación da un resultado similar, 0sese la relación de soporte para ,=8 mm (=,&>) de penetración.
Fig!" 3: C!" "!" *7-*-% ,' ),i*' ,' CBR <.&
:@E;R7 C63R5/ D 5@:; D C5RN5/ /;BR *:/6;@ os datos y resultados de la prueba que deber%n suministrarse son los siguientesF •
7$todo usado para la preparación y compactación de los especímenes.
•
Descripción e identificación de la muestra ensayada.
•
4umedad al fabricar el esp$cimen.
•
*eso unitario.
•
/obrecarga de saturación y penetración.
•
pansión del esp$cimen.
•
4umedad despu$s de la saturación.
•
4umedad óptima y densidad m%ima determinados mediante la norma 76C 11.
•
Curva presión+penetración.
•
Malor de relación de soporte (C.B.R.).
