relacion de soporte de california

Relación de soporte de california (CBR)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Recinto Re cinto Universitario Pedro Ar auz Pala Palacios cios

UNI-RUPAP

Líder en ciencias y tecnología FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION

FTC – FTC

DEPARTAMENTO DE SUELO

Practica Nº 10: ENSAYE DE VALOR RELA TIVO TIVO SOPORTE SOPORTE ó RELACION DE SOPORTE SOPORTE DE CA LIFORNIA (C.B.R.) (C.B.R.) AA SHTO T 193-63 ASTM D 1883-73

Integrantes:    

Carnet:

Martinez Leon Wilfredo Silva Flores Gerson Luna Gonzalez Jener Reynaldo Luiz

Grupo de teoría: IA-31D Grupo de práctica: IA-31D –2 Profesor de teoría: Ing. Silvia Lindo Profesor de práctica: Br. Pedro Dulanto Fecha de realización: viernes, 14 de Diciembre del 2012 Fecha de entrega: miércoles, 19 de Diciembre del 2012

2010201020102010-


INDICE 1. Introducción…………………………………………………………… 2. Objetivos………………………………………………………………. 3. Generalidades ………………………………………………………… 3.1

Condiciones de ensayo ……………………………………………

3.2

Variante de ensayo C.B.R ………………………………………..

3.3

Ensayo CBR sobre muestras compactadas en el laboratorio..

3.4

Ensayo de CBR sobre muestras inalteradas …………………..

3.5

Ensayo CBR de campo…………………………………………..

3.6

Selección del valor de CBR de diseño ………………………....

4. Materiales y Equipo…………………………………………………. 5. Procedimientos ………………………………………………………. 6. Tabla de datos y

cálculos……………………………………………

6.1

Tabla de datos…………………………………………………….

6.2

Cálculos……………………………………………………………

6.3

Grafica……………………………………………………………..

7.

Conclusiones…………………………………………………………

INTR ODU CCIÓN

Relación de soporte de california (CBR) El presente informe contiene la práctica número diez de Mecánica de Suelos denominada “ Ensaye de valor relativo soporte o relación de soporte de california ( CBR)”, la cual se llevó a cabo el día viernes 14 de diciembre de 2012; dirigida por el profesor Br. Pedro Dulanto un el recinto universitario Pedro Arauz Palacios de la Universidad Nacional de Ingeniería UNI-RUPAP.

El índice CBR expresa el porcentaje de la presión requerida para hacer penetrar un pistón en el suelo que se ensaya, hasta la misma profundidad que una muestra patrón de piedra triturada.

Este ensaye se encarga de medir la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. Fue desarrollado por parte de la división de carreteras de California como una forma de clasificación de la capacidad de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en construcción de carreteras. Sirve para evaluar la capacidad de soporte de los suelos explantados; mide en un suelo las características que tiene para soportar cargas, es decir, de que circulen vehículos por encima de él.

Por lo tanto esperamos que información.

sea de mucha utilidad a quien requiera de esta


2. OBJETIVOS

Objetivo general

Evaluar la calidad relativa del suelo, para sub-rasante, sub-base y base de pavimento.

Obj etivo s esp ecífic os :

Conocer como se determina el CBR de una muestra de suelo.

Brindar una conclusión sobre la importancia que posee la determinación del CBR para la evaluación de los suelos. Desarrollar conocimientos prácticos en los estudiantes, prepararlos para los retos que enfrentaremos en el campo laboral.


3. GENERALIDADES La relación de soporte

de California (California Bering Ratio), conocida

comúnmente como CBR es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad cuidadosamente controladas, que tiene aplicación principalmente en el diseño de pavimentos flexibles. El CBR se define como la relación entre el esfuerzo requerido para introducir un pistón normalizado dentro del suelo que se ensaya y el esfuerzo requerido para introducir el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra de patrón de piedra triturada. Esta relación se expresa en porcentaje. CBR 

Esfuerzo en el suelo ensayado Esfuerzo en la muestra patrón



100

Los valores de esfuerzo para las diferentes profundidades de penetración dentro de la muestra patrón se indican en la siguiente tabla:

Penetración (pulgad as)

2 Esfuerzo (lb/plg )

0.1

1000

0.2

1500

0.3

1900

0.4

2300

0.5

2600

El CBR de una muestra de suelo se determina generalmente para penetraciones del pistón dentro de él de 0.1 y 0.2 pulgadas, eligiéndose el mayor de los dos como valor representativo de la muestra.

3.1. CONDICIONES DE ENSA YO La resistencia de un suelo varía con su densidad, su contenido de agua cuando se compacta y el que tiene en el momento de ser ensayado. Por lo tanto, para reproducir las condiciones de la obra en el laboratorio, estos factores deben controlarse cuidadosamente al preparar y penetrar las muestras.

Relación de soporte de california (CBR) Por lo general, y con el fin de representar en el laboratorio la condición más crítica que pudiera presentarse en el terreno, los ensayos CBR se realizan sobre muestras

previamente

empapadas,

condición

que

es

evidentemente

representativa en zonas sujetas a la penetración de las heladas durante el invierno y la consecuente posterior acumulación de agua en las capas del pavimento durante el deshielo a comienzos de la primavera. Sin embargo, existen numerosas investigaciones en áreas tropicales las cuales han demostrado que en ellas la posibilidad de saturación de las capas granulares y la subrasante es escasa y cuando esto ocurre es generalmente por deficiencias en los sistemas de construcción y en los dispositivos de drenaje, que permiten la acumulación de agua en las capas del pavimento. Por lo tanto, si se construye el pavimento correctamente, con buenos materiales y un adecuado sistema de drenaje superficial y subterráneo, manteniendo el nivel freático cuando menos 60 centímetros bajo la superficie subrasante, la práctica de sumergir las probetas antes del ensayo, puede obviarse en la gran mayoría de los casos.

3.2. VARIANTES DEL ENSAYO CBR El ensayo CBR, puede efectuarse tanto en el terreno, ensayando el suelo con su humedad natural y sometiéndolo a saturación previa, como en el laboratorio sobre muestras inalteradas o compactadas todas allí. Las muestras inalteradas deberían ensayarse con su contenido natural de humedad, mientras que las compactadas en el laboratorio pueden probarse luego de inversión o no de acuerdo a las condiciones esperadas en el terreno. Si en la obra durante la construcción, las condiciones de humedad y densidad llegan a diferir en mucho de las asumidas en la etapa del proyecto, deberán hacerse ensayos “in situ” o con muestra inalteradas a fin de hacer oportunamente los ajustes convenientes.


3.3.

ENSAYO

CBR

SOBRE

MUESTRAS

COMPACTADAS

EN

EL

LABORATORIO

Equipo para la prueba 1. Moldes para ensayo CBR (6” de diámetro por 7” de alt ura), con sus collares de extensión, falsos fondos y placas de base. 2. Pisón compactador de 10 libras de peso y 18” de caída. 3. Pesas de sobrecarga de 5 libras cada una. 4. Discos perforados con vástago ajustable. 5. Trípode con dial medidor de deformaciones. 6. Máquina para aplicar carga a velocidad controlada. 7. Balanzas, regla metálica, recipientes para mezcla, horno, alberca, cámara húmeda, cronometro, frascos, papeles de filtro, etc.

Mé tod os de ens ayo en el labo rato rio Se han ideado diferentes procedimientos para preparar muestras de laboratorio con diversos tipos de suelo, cuyo fin es representar allí las condiciones que verosímilmente se pueden producir durante y después de la construcción. Se pueden establecer tres procedimientos de preparación, ensayo y selección de resistencia de los suelos de acuerdo fundamentalmente con las características de los mismos a saber:

Mé to d o 1 Ensayo sobre gravas, arenas y suelos sin cohesión. En general, suelos que en el método unificado clasifiquen como: GW, GP, SW y SP. También los de los grupos: GW – GM, GP – GM, SW – SM, SP – SM, GM y SM, siempre que la fracción fina no posea plasticidad.

Mé to d o 2 Ensayo sobre suelos de plasticidad baja y media que no poseen características expansivas. En este grupo pueden considerarse los suelos: GM, GC, SM y SC, ML, OL y CL, no expansivos como combinaciones de ello

Relación de soporte de california (CBR) Mé to d o 3 Ensayo sobre suelos de características generalmente expansivas, tal es el caso de algunos CL y los MH, OH y CH.

3.4. ENSAYO DE CBR SOB RE MUESTRAS INALTERADAS Cuando se desea realizar el ensayo sobre una muestra con la densidad y la humedad exactas que el suelo tiene en el terreno, conviene realizar el ensayo sobre una muestra inalterada, como se indica a continuación:

Equipo necesario para la prueba Molde CBR con su collar de extensión y un anillo toma muestras con borde cortante. Barra metálica o de madera para aplicar carga. Balanzas, horno, cronómetro, parafina, pesas de sobrecarga, pala, etc. Máquina para aplicar carga en el ensayo de CBR.

Preparación de la m uestra Este tipo de ensayo, aplicable básicamente a suelos finos y blandos se efectúa así: a. Se alisa la superficie del terreno en el lugar donde se desea tomar la muestra y se aprieta el molde con el anillo de borde cortante contra el suelo ejerciendo una presión moderada. b. Se excava una zanja alrededor del cilindro. c. Se presiona firmemente el molde contra el suelo, empleando una barra de carga si fuese necesario y con gran cuidado se va recortando con un cuchillo el suelo vecino al anillo, cortando hacia abajo y hacia arriba. d. Se va profundizando la zanja alrededor del cilindro hasta que la muestra haya penetrado totalmente dentro del molde CBR, abarcando inclusive parte del collar de extensión. e. Con una pala o una sierra de alambres se corta la muestra por la parte baja del molde y se saca de la excavación. f. Se quita el collar de extensión y se enrasa la muestra.

Relación de soporte de california (CBR) g. Se gira el modelo de molde, se quita el anillo toma muestra y se enrasa también por la parte inferior. h. Se vierte parafina líquida sobre la superficie de las cargas expuestas de la muestra con el fin de evitar pérdidas de humedad por evaporación. La muestra queda lista para llevar al laboratorio.

Ensayo d e penetración en el laboratorio a. Se quitan las cubiertas de parafina y se pesa el molde con la muestra. b. Sobre una de las superficies de la muestra se coloca un papel filtro y se monta la placa de base perforada. c. Se invierte el molde, se ajusta el collar de extensión y se colocan luego las pesas de sobrecarga necesarias, de acuerdo al peso de la cubierta de suelo que había sobre la muestra en el terreno. d. Se toma una muestra del suelo, en cercanías del orificio dejado por el pistón, se pesa, se lleva al horno a 110°C por 18 horas y se pesa nuevamente con el fin de hallar su humedad. Cálculos a. Se calcula la densidad seca de la muestra ensayada, dividiendo su peso seco por el volumen del molde CBR. Para hallar el peso seco se deberá restar el peso del molde del peso de este más la muestra húmeda, dividiendo la diferencia por un valor de este número. b. Se convierten las lecturas del dial de carga en esfuerzos y se dibuja un gráfico esfuerzo – penetración, con ayuda del cual se determinan los valores de CBR para penetraciones de 0.1 y 0.2 pulgadas. El mayor valor de los dos se toma como CBR de la muestra ensayada.

3.5. ENSAYO CB R DE CA MPO En muchas ocasiones es deseable verificar los valores de CBR obtenidos en el laboratorio con los que se están alcanzando durante la construcción, lo que puede hacerse con una prueba de campo. Equipo necesario

Relación de soporte de california (CBR) Vehículo de carga, gato hidráulico, pistón de 3 pulgadas cuadradas de área, platina del dial medidor de deformaciones,

cronómetro, pesas

de

sobrecarga. Procedimiento de ensayo

a. Se elige para el ensayo un lugar en el que no haya partículas de tamaño mayor a ¾ “, alisándose y nivelándose una zona circular de unos 30 cm de diámetro sobre el terreno. b. Se colocan las pesas de sobrecarga y se coloca el dispositivo para realizar el ensaye. El peso de los aparatos hará que el pistón quede asentado firmemente sobre el suelo. c. Se aplica carga a la velocidad anotándose las lecturas del dial de carga para las penetraciones situadas allí mismo. d. Se descarga el gato y se retiran los elementos utilizados. e. Se efectúa un ensayo de densidad en el terreno, con el fin de determinar la densidad y humedad para las cuales es representativo el ensayo.

Cálc u lo s a. Se determinan los esfuerzos correspondientes a las lecturas del dial de carga, multiplicando este por las constantes del anillo de carga. b. Se dibuja la curva esfuerzo – penetración y se calculan los valores de CBR corregidos para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración, adoptándose el mayor como representativo. c.

Se calculan la humedad y la densidad del suelo.

3.6. SELECC IÓN DEL VAL OR DE CBR DE DISEÑO Es evidente que una sola prueba de CBR sobre un material de subrasante que aparece en la vía por centenares o miles de metros o sobre un material de una fuente de miles de metros cúbicos de volumen no proporciona la confianza suficiente con respecto a la resistencia del suelo. Es por esto aconsejable realizar varias pruebas sobre muestras cuyos resultados es de esperar que no sean

Relación de soporte de california (CBR) idénticos por la gran cantidad de variables, tanto por la heterogeneidad del material como por la ejecución del ensayo mismo. Una vez determinada la resistencia de cada una de las muestras elegidas, se encuentra el CBR de diseño, el cual según el criterio del Instituto del Asfalto se define como aquel valor que es igualado o superado por un determinado porcentaje de los valores de las pruebas efectuadas.

Este CBR de diseño se determina así:

a. Se ordenan los valores de CBR obtenidos de menor a mayor. b. Para cada valor numérico diferente de CBR, comenzando desde el menor, se calcula el número y el porcentaje de valores de CBR que son mayores o iguales que él. c. Se dibujan los resultados en un gráfico “CBR vs % de valores mayores o iguales” y se unen con una curva los valores dibujados en él. d. El CBR de diseño es el correspondiente a un valor en las ordenadas de 60, 75 u 87.5%, según si el tránsito de la vía objeto del estudio se espera que sea liviano, medio o pesado, respectivamente.

Por ejemplo, si en un tramo de carretera de tránsito pesado se han obtenido sobre un suelo típico de subrasante valores de CBR de 7, 9, 11, 6, 8, 8, 10 y 11, el valor de diseño se determina así:

a. Se elabora una tabla y en ella se ordenan los valores y se efectúan los cálculos de acuerdo a las instrucciones recién indicadas. b. Se dibuja el gráfico “CBR vs % de valores mayores o iguales” y para un 87.5% en las ordenadas, se halla el CBR de diseño que es 7%.

Relación de soporte de california (CBR) 4. MATERIAL ES Y EQUIPO

1. Suelo 2. Tamiz N°4 3. Charola 4. Cuchara 5. Cilindro o molde de compactación 6. Pisón o martillo 7. Probeta de 500 ml 8. Regla metálica 9. Cincel de acero liso 10. Brocha de 4” 11. Maso de 2 ½ libra de peso 12. Taras para el contenido de humedad 13. Balanza con precisión de 1.0 gramo y capacidad de 25 kg 14. Balanza con precisión de 0.1 gramoy capacidad de 2.0 kg 15. Horno con temperatura constante de 100 – 110º C.

5. PROCEDIMIENTOS 1) Se tamizo el suelo por la malla N°4. 2) A continuación se pesaron 5 Kg del material tamizado. 3) Por medio de una regla de tres determinamos el contenido de humedad óptima para preparar la muestra (para 500 gr de suelo utilizamos 91.7 ml de agua). 4) A los 5 Kg de suelo se le agregamos 917 ml de agua y mezclamos uniformemente. 5) Se pesaron el cilindro o molde de compactación. 6) Se deposito la primera capa de suelo y le dimos 56 golpes; las 5 capas las llenamos a 1/5 de la altura del cilindro dando los 56 golpes por cada capa respectivamente. 7) Después del proceso de compactación se quito el collarín y enrasamos. 8) Se pesamos el molde más el material compactado. 9) Luego se llevo el molde más el material compactado a la maquina C.B.R y se anotaron cada lecturas según los intervalos orientados en la guía y las medidas de carga. 10) Después el material compactado del cilindro y se tomo una muestra del interior para determinar la humedad. 11) Se peso e identifico la tara. 12) Pesamos tara más material húmeda.

Relación de soporte de california (CBR) 13) Se introdujo la muestra al horno y se dejo secar aproximadamente.

por 24 horas

La resistencia de un terreno varía con su densidad, su contenido de agua cuando se compacta y es por ello que con el fin de representar en el laboratorio la condición más crítica que pudiera presentarse en el terreno la prueba de CBR se realiza sobre muestras previamente empapada especialmente para zonas húmedas.

1. Retirar la muestra y escurrir por 15 minutos, luego colocarla en la máquina del CBR y ajustarla de manera que el pistón de esta quede centrado con la muestra y luego aplicar carga de 10 libras. Ajustar en cero el dial medidor de carga, dar manivela la gato de modo que el pistón penetre dentro del suelo a velocidad aproximada de 0.05 plg/min registrando lectura correspondiente del dial de carga cuando la penetración sea: 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 pulgadas.

6. TABL A DE DA TOS Y CALCULOS 6.1. Datos de ensaye de c arga del CBR

Penetración Mm 1.27 2.54 3.81 5.08 7.62 10.16 12.70

Lect. del Carga Carga unitaria pulga deformimetro constante kilogramo patrón(kg/cm2) de carga (N) 0.05 1.30 4.5kg 0.133 0.10 2.50 4.5kg 0.255 70.31 0.15 4.25 4.5kg 0.433 0.20 6 4.5kg 0.612 105.46 0.30 9.5 4.5kg 0.968 0.40 12.50 4.5kg 1.274 0.50 15.50 4.5kg 1.580

%C.B.R

0.018 0.030


Wmolde (gr) Wmolde + material (gr) Tara Wtara (gr) Wm + tara (gr) Ws + tara (gr) hmolde (cm) molde (cm)

4086.0 8129.0 IP 31.6 159.45 136.36 17.5 15.2

6.2. CÁLCULOS Formulas a Usar Calculo de Peso del Material

Cálculo de volumen del Material

Wm  W material molde  W molde

Vm 



Calculo de Humedad %w 

W m

tara 



W s



W s

tara 



tara

W tara

 2 4

(hmolde )

Cálculo de Densidad del material  m 

*100

Wm Vm

Calculo de Densidad Seca  d



 m %w

1

100

Cálculo de CBR

CBR 

 unitaria  patron

*100

Simbología Utilizada Wm: Peso del material Vm: Volumen del Material hmolde: Altura del molde %w: Humedad Reproducida d: Densidad Seca Ws+tara: Peso de la muestra seca + tara Wm+tara: Peso de la muestra + tara

W molde: Peso del molde : Diámetro del Molde hlibre: Altura libre Wtara: Peso de la Tara dmax: Densidad seca Máxima


Valores Constantes Área del pistón: 19.4cm2 dmax: De Compactación Estática (1520Kg/m2) Wdisco=8553.0 gr.

Cálculos Calculo de Peso del Material

Cálculo de volumen del Material Vm 

Wm  W material molde  W molde 

Wm  8129 gr  4086 gr

Vm 

Wm  4043 gr  4.043 KG

 m 

%w 

Vm 4043 gr

%w 

3

 m  1.27 gr / cm 3







W s

tara 

Gc 

100

 d

 1



19.4cm 2



*100

*100 3

1.52 gr / cm

3

Gc  68.42%

Cálculo de CBR

*100

1.04 gr / cm

3

0.013kg / cm2



 d max

C arg a Areapiston 0.255kg .

tara



W tara

Calculo de Esfuerzos  

3.176 10 3 m 3

136.36 gr  31.76 gr

3

22.07

gr / cm



159.45 gr  136.36 gr

100

 1.04

W s

 tara

Gc 

1.27 gr / cm

17.5cm

Cálculo de Grado de Compactación

%w

1

 d

W m

 m 1

 d

4

%w  22.07%

Calculo de Densidad Seca  d

 * (15.2cm) 2

Cálculo de Humedad

Wm

3175.52cm

(hmolde )

4

Vm  3175.52cm3

Calculo de Densidad  m 

 2

 2



0.612kg . 19.4cm2



0.032kg . / cm2

*100

Relación de soporte de california (CBR)  unitaria

CBR 

 patron

CBR0.1"



CBR0.1"



*100

0.013kg / cm2 70.31kg / cm2

*100

0.018%

CBR0.2"



CBR0.2"



0.032kg / cm2 105.46kg / cm2

*100

0.03%

6.3. GRAFICA penetracion vs carga 1.8 1.6 1.4 1.2 a g r a c

1 0.8

carga

0.6 0.4 0.2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

penetracion

Observación: Los resultados que se obtuvieron para el C.B.R. que se muestran en la tabla, de estos solo se analizo para un C.B.R 0.1 y C.B.R.0.2


7. CONCL USIONES

La realización de dicho laboratorio ha cumplido con los objetivos propuestos, ya que se conoció como se determinar el CBR, así como también su importancia, de manera teórica, dado que fue imposible aplicar de manera práctica los conceptos expuestos anteriormente.

En ocasiones no existe una correlación precisa entre los valores de CBR obtenidos en el laboratorio y en el campo, presentándose esta situación con mayor frecuencia en el ensayo de suelos granulares debido a la importancia que en el resultado de laboratorio ejerce el efecto de confinante de molde, mientras que en suelos finos el efecto puede ser despreciable.

Debe tenerse en cuenta, sin embargo que los valores sólo serán comparables si las condiciones de humedad y densidad del suelo son semejantes en el campo y en el laboratorio. El C.B.R. encontrado es relativamente bajo debido a la humedad del suelo; no se obtuvo una humedad óptima.

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