LABORATORIOS DE PAVIMENTOS
INFORME DE LABORATORIOS PARA DETERMINAR CBR PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS, CALCULO DE N Y ESPECTRO DE CARGA PARA LA VÍA TURBACO -CARTAGENA
ÁLVARO BONFANTE POLO KEVIN BUSTOS MOLINA OMAR MARTÍNEZ LLORENTE
ING. HECTOR SANCHEZ S ANCHEZ ZAPARDIEL PAVIMENTOS VIII SEMESTRE
FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA CARTAGENA 2012
1 ENSAYO DE PROCTOR PROCTOR MODIFICADO MODIFICADO
Humedad (%) 11.48 13.00 15.00
Humedad (%) 11.48 13.00 15.00
W molde +muestra 3842.40 3862.80 3757.30
Vol. Molde 944.00 944.00 944.00
Peso Molde 1770.70 1770.70 1770.70
Peso Muestra 2071.70 2092.10 1986.60
Peso Específico (g) 2.19 2.22 2.10
(g) 2.19 2.22 2.10
ENSAYO DE RPOCTOR 2.24 ) 3 2.22 m c / 2.20 g (
2.18
o i r 2.16 a t i 2.14 n U o 2.12 s e 2.10 P
2.08 10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
Humedad (%)
Finalmente es posible apreciar que la humedad optima es de 12.6% con una densidad máxima de 2.22 g/cm3 de acuerdo con la parábola que representa la relación entre los datos obtenidos en laboratorio.
2 ENSAYO DE CBR W1=
200 grs
HUMEDAD DE COMPACTACIÓN (%) Peso Recipiente recipiente (kgs) 58 1450 31 4,295 13 5,541
12.6
# Golpes 56 25 12
Peso Recipiente Peso Suelo + Suelo compactado compactado (g) 10470 5,058 10360 5,515 10144 4,979
FACTOR ANILLO DE CARGA 5,83 * Lcc + 90.6 Deformacion Penetración Penetración Tiempo Maxima (min) #18 (0,0001) #31 #17 #18 25 golpes 55 golpes (pulg) 0,5 0,25 40 72 92 60 28 8 1 0,5 72 62 73 128 38 27 1,5 0,75 62 26 30 138 74 70 2 1 54 72 2 246 128 198 3 1,5 64 9 36 336 191 264 4 2 9 75 43 391 325 357 5 2,5 9 64 2 491 436 498 6 3 42 40 10 558 560 690 7 3,5 70 60 41 630 640 759 8 4 14 57 5 686 743 795 9 4,5 4 37 8 696 863 1092 10 5 4 80 8 696 920 1092
1200 y = 3.0974x2 + 224.34x - 70.305 R² = 0.9857
1000
y = 2.4946x 2 + 188.24x - 55.049 R² = 0.9954 Series1
800
Series2 600
Series3 Poly. (Series1)
400
Poly. (Series2) 200
Poly. (Series3) y=
0 0
1
2
3
-23.118x2
+ 260.44x - 10.587 R² = 0.9941 4 5 6
-200
MOLDE 31 18 17
Calculo de humedades Recipiente W1 #9 66,86 #22 110,1 #12 80,55
W2
INTRODUCCIÓN En este trabajo práctico se realizará un Ensayo CBR, según la norma chilena,Mecánica de suelos Determinación de la razón de soporte de suelos compactados enlaboratorio, NCh 1852 Of81.La norma est ablece un procedim iento pa ra determinar la razón de soporte de lossuelos compactados y ensayados en laboratorio, comparando la carga de penetración en els u e l o c o n l a c o r r e s p o n d i e n t e a u n m a t e r i a l n o r m a l i z a d o . E s t a n o r m a s e a p l i c a a l a e v al ua ci ón d e l a c al id ad relativa de suelos de sub-rasante, pero también es aplicable a materiales de sub-base y a algunos materiales de base.A m edida que aumentan los esfuerzos, se llega a un momento en que el suelo serompe o sigue deformándose con un pequeño o ningún esfuerzo, se –
dice que el suelo falla por corte. Por eso que todos los métodos destinados a determinar la capacidad de soporte deun suelo, se basan en determinar el esfuerzo cortante directa o indirectamente. Uno de losensayos mas usados es el CBR (California Bearing Ratio), el cual es un índice empleado para expresar las características de resistencia y deformación de un suelo, estableciéndoseen él una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y la que corresponde a unmaterial de referencia.En el laboratorio se ha realizado el ensayo CBR, previa reali zación del ensayoProctor, siguiendo todos los pasos correspondientes, desde la extracción del suelo enadelante, y materiales necesarios, los cuales serán descritos más adelante.Otra etapa importante del laboratorio son los resultados, ya que es necesariointerpretarlos, en lo cual nuestro laboratorio en particular es muy distinto al resto, puestoque la mu est ra de sue lo fu e extraída de otra parte y arrojó resultados muy distinto s einesperados.
OBJETIVOS Al terminar este trabajo en el laboratorio el alumno será capaz de: •
Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las c a r a c t e r í s t i c a s d e resistencia y deformación del suelo extraído. •
Comprender en su totalidad el método directo del ensayo CBR. •
Conocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar elEnsayo CBR. •
Precisar y señalar con exactitud la metodología y p r o c ed i m i e n t o s u s a do s e n e l ensayo y además los tiempos que se requieren en algunas partes de la experiencia. •
Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado utilizandoun procedimiento adecuados para desarrollo del ensayo •
Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, demanera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado. •
Obtener un resultado lo más exacto posible para realizar c o r r e c t a m e n t e un a expresión gráfica Fuerza v/s Penetración del ensayo de la muestra de suelo APOYO TEÓRICO Al re lacio narn os co n los mét od os para proyectar pa vimen tos , nos damos cuentaque la gama que existe de éstos es muy amplia. Algunos son más en gorros os y ocupa nm uc h o s m á s a p a r a t os q u e
otros. Sin embargo, hay muchos métodos modernos qu e emplean ensayos de carga a pequeña escala, o ensayos de penetración, y las personas queinventaron estos ensayos certifican que la reducción de escala se compensa por la facilidadde manejo del aparato y la rapidez de éste. El método que conocemos y utilizamos (siendoel que más se ocupa en la actualidad), es el ensayo del CBR (California Bearing Ratio).Este método consiste en utilizar un pistón cilíndrico, a penetrar en una muestra desuelo (teniendo en cuenta un diámetro y una velocidad estandarizada, según la normavigente) y medir la carga necesaria para conseguir una penetración determinada.El CBR fue propuesto originalmente por O. J. Porter (1938), y después fue perfeccionado y modificado (1949) por organismos de los EEUU y el cuerpo de Ingenierosdel Ejército de EEUU, estos obligan a que la muestra debe estar sumergida en agua durantecuatro días, para simular de este modo las peores condiciones en que se puede encontrar els u e l o e n c u e s t i ó n . Teniendo en cuenta que la utilización de este debe ser s o l o p a r a pavimentos flexibles. Sin embargo, también se utiliza a veces, para el proyecto total dele s p e s o r d e u n p a v i m e n t o d e h o r m i g ó n . S e h a c o m p r o b a d o q u e e l C B R n o s e s recomendable para utilizar en espesores que hay que dar a la loza de hormigón en relacióncon el espesor total del pavimento.Gracias a este ensayo se puede determinar la carga que pude recibir un suelo. Se hanhecho c álc ulo s p ara soport ar rue das de 27.2 Ton, 5.4 Ton, 4.1 Ton, 68.0 Ton. Esta últi mahace referencia a las ruedas de aviones a gran escala.C u an d o s e pr o ye ct a n n ue va s car ret era s o s e ha ce u n me jor ami ent o de est a, la principal dificultad del método CBR es decidir en qué condiciones de humedad y densidadseca se ha de efectuar el ensayo, con el fin de tener en cue nta los cam bio s que se pue den producir después de hormigonar y dejar lista la carretera. Por ello se toman precaucionesen determinar el ensayo in situ, sobre muestras inalteradas o para asegurar un bu en comportamiento en los años, se sumerge totalmente la muestra, para darle un ambienteclimático de las peores condiciones. Y así dete rmin ar la mejor densi dad y hu meda d quedebe tener un suelo Existen otros métodos de proyecto, que son similares al CBR, pero en este solo noslimitaremos a mencionarlos: •
Método del Cono de Dakota del Norte. •
Método de la Marina de EEUU y del Comité de Pavimentos Flexibles. •
Método del Ministerio del Transporte Canadiense. Bibliografía :Valero L., Mecánica del Suelo para Ingenieros de Carreteras y Aeropuertos
, Departmentof Scientifc and Industrial Research, Madrid, 1963, p. 493 507.Sowers G., Introducción a la Mecánica del Suelos y Cimentaciones
, Limusa-Wiley,México, 1972, p. 311 Manual of Soil Laboratory Testing
–
314.Head K.,
–
, Pentech Press, London, 1982, p. 469 507. MATERIALES Los materiales utilizados en el CBR son los siguientes: Moldes : son metálicos y de forma cilíndrica, pueden estar co ns ti tu id os po r un a pie za completa o hendida por una generatriz, o por dos piezas semicilíndricas ajustables. En elLEMCO se utilizan moldes de una sola pieza, con un rebaje en su circunferencia superior donde ajusta el collar y alas para sujetarlo a la placa base. Collar : cada molde lleva un collar de aproximadamente 60 mm de altura, el cual ti ene unrebaje de modo que ajusta firmemente al molde y alas para sujetarlo a la placa base. Placa base : está constituida por una placa metálica en la que se asegura e l m o l d e y e l collar, por medio de las alas que éstos tienen, a pernos con tuerca tipo mariposa solidarios ala placa. Pisón metálico : es un cilindro metálico con una cara circular de 50 mm y con una masa de4500 g. Está equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 460 mm. Laguía tiene cuatro peforaciones de 10 mm a 20 mm de cada extremo, separadas en 90º. Probetas graduadas : son recipientes de vidrio o plástico graduados en centímetros cúbicosy se usan para medir el agua que se le agrega a la muestra. Balanzas : se usan para pesar el suelo y las muestras de cada ensayo p a ra ca lc u l a r e l contenido de humedad real. Regla de acero : se usa para enrasar el suelo al nivel del molde, luego de compactado yextraído el collar. Tamiz Nº4 : corresponde a una abertura nominal de 5 mm y se usa para s e l e cc i o n a r e l material a ocupar en el ensayo. Prensa de ensayos : con una capacidad mínima de 44 KN (~ 4400 Kgf) equipada con uncabezal o base movible que se desplace a una velocidad uniforme y sin pulsaciones de 1,25mm/min (~ 0,05 pulgadas), para presionar el pisón de penetración en la probeta. El aparatodebe estar equipado con un dispositivo indicador de carga con lecturas de 50 N (~ 5 Kgf) omenos. Disco espaciador : metálico, cilíndrico con un diámetro interior de 150,8 mm y una alturade 61,4 mm. Aparato para medir la expansión : compuesto por a.- una placa metálica provista de un vástago ajustable de met al, con per foraciones de undiámetro igual o menor que 1,6 mm. b.un trípode metálico para sujetar el calibre comparador con indicador de dial. Cargas, una carga metálica anular –
: y varias cargas metálicas ranuradas con una masa de2,27 Kg cada una, de 149,2 mm de diámetro, con una perforación central de 54 mm dediámetro. Pistón de penetración : metálico de 49,5 mm de diámetro (19,35 cm 2 de área) y no menor que 101 mm de lar go. Si des de u n p unto de vi st a op er ac io na l re su lt ar a má s ve nt aj os outilizar un pistón de mayor longitud, se puede usar el pistón mas largo. Calibre : dos deformómetros, comparadores con indicador de dial, con gradu acion es de0,01 mm. Herramientas y accesorios : otros aparatos de uso general, tales como un bol para mezclas,reglas, balanzas, depósitos para remojar, estufa, papel filtro y platos.
