ENSAYO C.B.R.(California Bearing Ratio)

ENSAYO C.B.R.(California Bearing Ratio)

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOPPROF: ING ABRAHAM FERNANDEZ MUNDACA

INTEGRANTES:JESSICA JAHAIRA TAVARA HURTADOJUAN FRANCISCO TEQUE CUROWALTER ISMAEL HUACAL FUENTES

INTRODUCCIN

Existen una serie de parmetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier construccin u obra de ingeniera civil. Muchos de estos parmetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorio.La determinacin de la resistencia al corte de un suelo, se puede hacer por medio de un ensayo de "corte directo" de una prueba triaxial, o simplemente midiendo la resistencia a la penetracin del material.El ensayo CBR (ensayo de Relacin de Soporte de California), mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un nmero de la relacin de soporte pero, de la aseveracin anterior, es evidente que ste nmero no es constante para un suelo dado, sino que se aplica al estado en el cul se encontraba el suelo durante el ensayo. De paso, es interesante comentar que el experimento puede hacerse en el terreno o en un suelo compactado.Este mtodo 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 Amrica, el mtodo CBR se ha generalizado y es una forma de clasificacin de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construccin de carreteras.

OBJETIVO El objetivo esencial para realizar ste ensayo es el de determinar la resistencia de un suelo que est sometido a esfuerzos cortantes, adems evaluar la calidad relativa del suelo para subrasante, sub-base y base de pavimentos.

FUNDAMENTO TERICOEnsayo c.b.r. (California Bearing Ratio)

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad ptimo para un suelo especfico, determinado utilizando el ensayo de compactacin estndar o modificado del experimento. Se aplica para evaluacin de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub bases y bases granulares, que contengan solamente una pequea cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fraccin no exceda del 20%.

Definicin de CBREl CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1 0.2 de penetracin, expresada en por ciento en su respectivo valor estndar. La ASTM denomina a este ensayo, simplemente como Relacin de soporte y esta normado con el nmero ASTM D 1883-73.Tambin se dice que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controlada. El ensayo permite obtener un nmero de la relacin 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.

Definicin de nmero CBREl nmero CBR se obtiene como la relacin de la carga unitaria en Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetracin del pistn (con un rea de 19.4 centmetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrn requerida para obtener la misma profundidad de penetracin en una muestra estndar de material triturada, en ecuacin, esto se expresa:

CBR = carga unitaria de ensayo * 100carga unitaria patrn

Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuacin son:

PenetracinCarga unitaria patrn

mmPulgadaMpaKg/cm2psi

2,540,16,9070,001000

5,080,210,30105,001500

7,620,313,10133,001900

10,160,415,80162,002300

12,70,517,90183,002600

Tabla V.1 Valores de Carga Unitaria

El nmero CBR usualmente se basa en la relacin de carga para una penetracin de 2.54 mm (0,1), sin embargo, si el valor del CBR para una penetracin de 5.08 mm (0,2) es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR.

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad ptimo para el suelo especfico, determinado utilizando el ensayo de compactacin estndar. A continuacin, utilizando los mtodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 D1557-70 (para el molde de 15.5 cm de dimetro), se debe compactar muestras utilizando las siguientes energas de compactacin:

MtodoGolpesCapasPeso del martillo N

D6982 (suelos de grano fino)56324,5

4 ( suelos gruesos)56324,5

D15572 (suelos de grano fino)56544,5

4 (suelos gruesos)56544,5

Tabla V.2 Energas de CompactacinEl ensayo de CBR se utiliza para establecer una relacin entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasante bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificacin tpica:

CBRClasific. GeneralUsosSistema de Clasificacin

UnificadoAASHTO

0 - 3muy pobresubrasanteOH,CH,MH,OLA5,A6,A7

3 - 7pobre a regularsubrasanteOH,CH,MH,OLA4,A5,A6,A7

7 - 20regularsub-baseOL,CL,ML,SCA2,A4,A6,A7

SM,SP

20 - 50buenobase,subbaseGM,GC,W,SMA1b,A2-5,A3

SP,GPA2-6

> 50excelentebaseGW,GMA1-a,A2-4,A3

Tabla V.3 Clasificacin de suelos para Infraestructura de Pavimentos

Ensayo de CBR

FIGURA 01

El mtodo CBR comprende los 3 ensayos siguientes:- Determinacin de la densidad y humedad.- Determinacin de las propiedades expansivas del material.- Determinacin de la resistencia a la penetracin.

CALCULO DEL CBRPara determinar el CBR del material se toma como comparacin el valor de la carga unitaria que soporta la piedra triturada. La resistencia a la penetracin que presenta la piedra triturada es la siguiente:PenetracinCarga unitaria patrn

mmPulgadaMpaKg/cm2psi

2,540,16,9070,001000

5,080,210,30105,001500

7,620,313,10133,001900

10,160,415,80162,002300

12,70,517,90183,002600

Tabla V.1 Valores de Carga UnitariaLa resistencia a la penetracin de la piedra triturada se toma como base o carga patrn de comparacin. El CBR de un suelo es la resistencia a la penetracin correspondiente a 0.1" 0.2" de penetracin expresada en un porcentaje del valor patrn.

EQUIPOS Y MATERIALES:

PARA LA COMPACTACINEl equipo utilizado fue:

Moldes cilndricos de acero de 7" a 8" de altura y 6" de dimetro. Se le acopla un collarn de extensin de 2" de altura y una base perforada.

FIGURA 02PARA EL CBR Moldes cilndricos de acero de 6 de dimetro interior, a cada molde se le acopla un collarn de 2 de alto y base perforada. Un martillo de 4.5 Kg y una altura de cada de 18. Un disco separador. Un cuchillo para enrasar el material al molde.

PARA LA EXPANSINPara medir el hinchamiento del material al absorber agua se utiliza el siguiente equipo: Plato y vstago: el plato tiene perforaciones a distancias iguales. Trpode y extensmetro: para medir la expansin del material, se emplea un extensmetro con aproximacin a 0.001, montado sobre un trpode Pesas de sobrecarga, se emplean una pesa anular y varias pesas cortas. En la expansin solo se emplean 3 moldes cilndricos La muestra es nueva, no se debe utilizar la misma con la cual se realizo el ensayo de compactacin. Dos papeles filtro, en cada molde

PARA LA PENETRACINPara la prueba de penetracin se requiere el siguiente equipo: Un pistn cilndrico de 3 cuadradas de seccin circular y de longitud suficiente para poder pasar a travs de las pesas y penetrar el suelo hasta Aparato para aplicar carga: se utiliza una prensa manual que esta especialmente diseada de tal forma que permite aplicar la carga a una velocidad de 0.05 pulg/min. Generalmente estos aparatos llevan anillos calibrados.

Figura N03

Figura 04

PROCEDIMIENTOPreparacin de la muestra. ENSAYO DE COMPACTACIN

El ensayo de compactacin sirve para determinar la mxima densidad seca y el contenido de humedad ptimo de un suelo. Este ensayo reproduce en forma aproximada la densidad que se obtiene en obra.Pasos:1. Se seca la muestra al aire libre. Luego se tamiza por la malla 1/4 y separamos unos 18 a 20 kg. . En nuestro caso fue 18kg.1. Luego dividimos el material en partes a cada cual se le aplicar el ensayo.1. Tomamos una porcin del material y se le agrega agua a la mezcla y lo revolvemos con el cucharn y con la mano para lograr uniformidad. Esto se asemeja al trabajo de la motoniveladora en el campo.1. Para Proctor modificado se toma 3 Kg. de muestra pasados por la malla N 4 (para suelos finos).1. Agregarle 5% de agua del total del peso de la muestra, removerlo hasta quedar la muestra totalmente uniforme en humedad dando un indicador que est lista para realizar el primer punto de compactacin.1. Agregar en el molde cilndrico una pequea capa de suelo, dar 25 golpes con martillo en forma circular, repitiendo el proceso con 5 capas.1. Sobre la mesa de trabajo se coloca una bolsa de yute (no de papel porque absorbe el agua) y se le saca la corona del molde. Con ayuda de una esptula y un cuchillo se procedi a enrasar y al respectivo pesaje de esta muestra.

1. Al retirar el anillo en cada uno de los 3 moldes y con un cuchillo se recorta la muestra al ras con el borde.1. Una vez pesado se sac muestra para hallar el contenido de humedad y se coloc en cpsula de aluminio.

1. Se toma una muestra pequea (gramos) de la capa ms alta y se deposita en una cpsula para hallar el contenido de humedad1. Con este contenido de humedad determinamos la densidad seca a partir de la densidad hmeda.1. Nuevamente se procede a colocar material en el molde, pero esta vez se le agrega 2% de agua y se mezcla de nuevo con la cuchara y con la mano.1. Se vuelve a compactar en 5 capas de 25 golpes cada una. 1. Si aparece una piedra grande que deje vaco al enrasar se saca y se rellena. Esto se asemeja al trabajo que hacen los ayudantes del maquinista en el campo limpindole el paso de piedras grandes.1. Despus de repetir el paso anterior, saco otra muestra y as hasta completar cuatro puntos para la grfica. Si el valor del peso no disminuyese, entonces se sacara otro punto adicional y se descartara el anterior.1. Se pesa el molde con la muestra y se determina la humedad y densidad de las muestras.

El nmero de moldes a compactar depender en medida de los vacos del suelo,ya que si los vacios se llenan de agua, pues disminuyen el peso de la ltima probeta con relacin a la anterior.Al llenarse los vacos con agua, esto es de menor densidad, entonces esta disminuir y por ms que se le trate de compactar sta ya no se compactar.

NOTA: La muestra a compactar debe estar completamente seca, despus se agregar agua.

Pasos:

1. Se coloca un papel filtro sobre la superficie enrasada y se coloca la base metlica perforada y se voltea la muestra.1. Sobre la superficie libre se coloca otro papel filtro y se montar el platillo con el vstago fijo.1. Sobre el platillo se colocar las pesas de plomo. Estas representan el peso de las capas superiores del pavimento. La sobrecarga mnima es de 10 libras equivalente a un pavimento de 5" de espesor.

EXPANSIN DEL MATERIAL

1. El trpode con el cuadrante medidor de deformaciones se coloca sobre el canto del molde y se ajusta el vstago de la placa perforada. Se registra la lectura de la esfera y se quita el trpode.

1. Con las pesas de sobrecarga se sumergen los moldes en un tanque de agua, se coloca el trpode con el extensmetro montado y se deja en saturacin por 4 das. Se anotan las lecturas para controlar el hinchamiento cada 24 horas.

1. Despus de sumergida la muestra durante cuatro das se debe drenar esta secndola y posteriormente voltendola y sujetando el platillo y las pesas durante 15 minutos.1. Se remueve el disco, las pesas y el papel filtro, y se pesan las muestras.

RESISTENCIA A LA PENETRACIN

Pasos:

1. Se colocan las pesas metlicas anulares de plomo. El molde con la muestra y la sobrecarga se coloca debajo del pistn de la prensa de carga aplicando una carga de asiento de 10 libras.

1. Se coloca el molde sobre el soporte de carga del gato (en la prensa) y se ajusta de manera que el pistn est centrado con la muestra.1. Se tienen dos extensmetros: uno nos da valores de carga (superior) y el otro nos da los valores de deformacin (inferior). Este ltimo se calibra en cero.1. La penetracin del pistn es a velocidad constante (aprox. 5 centsimos de pulgada por minuto).1. La penetracin mxima en la muestra es de pulgada. La lectura de deformacin es de un cuarto de pulgada por minuto y el otro paralelamente va marcando la carga.1. Las lecturas se dan cada: 0.64 mm; 1.27 mm; 1.91 mm; 2.54 mm; 3.18 mm; 3.81 mm; 4.45 mm; 5.08 mm; 7.62 mm; 10.16 mm, 12.70 mm.1. Las lecturas correspondientes para cada una de las pruebas se encuentran en el formato adjunto. Si la lectura de penetracin va progresando y la lectura de carga se repite significa que la muestra ya fallo, el pistn simplemente penetra sin que encuentre resistencia.Un suelo que es malo no ofrece resistencia, en cambio un suelo que es bueno ofrece resistencia hasta la ltima lectura.1. El proceso de lectura se repite con cada una de las dos muestras restantes.1. La constante de la maquina es: 9.879527126 x lectura + 88.85960411.1. Se determina los valores de la carga ya corregidos para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetracin con lo que obtendremos los valores de C.B.R. Para lo cual se divide las cargas entre la carga patrn (1000 y 1500 lbs/plg2), luego se multiplica cada relacin por 100 para obtener un porcentaje.1. El ndice de C.B.R se obtuvo como un porcentaje del esfuerzo que se requiere para hacer penetrare el pistn hasta la misma profundidad de una muestra patrn de piedra triturada.1. Una vez obtenidos los valores se grafica la curva densidad seca vs. CBR. El valore correspondiente al 95% del Proctor nos dar el valor del CBR.1. Se grafican los datos obtenidos de carga-penetracin. DETERMINACIN DEL CBR La resistencia que presenta la muestra a la hinca del pistn son las siguientes:Para 0.1de penetracin ..................1000lb/pulg2 (70 kg/cm2)Para 0.2de penetracin .................1500lb/pulg2 (105 kg/cm2)Para 0.3de penetracin ..................1900lb/pulg2 (133 kg/cm2)Para 0.4de penetracin ..................2300lb/pulg2 (161 kg/cm2)Para 0.5de penetracin ..................2600lb/pulg2 (182 kg/cm2) Por lo tanto tendramos que la resistencia a la penetracin de la roca triturada es del 100%. El C.B.R. de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1 0.2 de penetracin, expresada en porcentaje de su respectivo valor estndar. Si los C.B.R. para 0.1 y 0.2 son semejantes se recomienda usar en los clculos el c.b.r. correspondiente a 0.2.

PAVIMENTOS ENSAYO DEL CBR

2

CALCULOS: ENSAYO CBRCBR

MOLDE N7616

N DE CAPAS555

N DE GOLPES POR CAPA562512

CONDICION DE LA MUESTRASIN MOJARMOJADASIN MOJARMOJADASIN MOJARMOJADA

PESO MOLDE + SUELO HUMEDO(g)891289528949900687838870

PESO DEL MOLDE(g)425742574355435542764276

PESO DEL SUELO HUMEDO(g)465546954594465145074594

VOLUMEN DEL SUELO(g)214321432143214321432143

DENSIDAD HUMEDA(g/cm3)2.1722.1912.1442.1702.1032.144

CAPSULA N15421422314

PESO CAPSULA + SUELO HUMEDO(g)88.58128.7895.49127.8766.2098.66

PESO CAPSULA + SUELO SECO(g)80.97116.9587.24115.4360.2389.88

PESO DE AGUA CONTENIDA(g)7.6111.838.2512.445.978.78

PESO DE CAPSULA(g)19.3427.1519.3028.1721.4726.64

PESO DE SUELO SECO(g)61.6389.8067.9487.2638.7663.24

HUMEDAD (%)12.35%13.17%12.14%14.26%15.40%13.88%

DENSIDAD SECA1.9331.9361.9121.8991.8221.883

EXPANSION

MOLDE N7616

FECHAHORATIEMPODIALEXPANSIONDIALEXPANSIONDIALEXPANSION

mm.%mm.%mm.%

14-nov-11 02:13:00 p.m.0hrs6.79--------------5.56--------------5.54--------------

15-nov-11 02:13:00 p.m.24hrs6.8700.0800.0695.660.1000.0865.6800.1400.120

16-nov-11 02:13:00 p.m.48hrs7.3500.5600.4826.340.7800.6716.8401.3001.118

17-nov-11 02:13:00 p.m.72hrs7.5400.7500.6456.40.8400.7227.0501.5101.298

18-nov-11 02:13:00 p.m.96hrs7.5600.7700.6626.561.0000.8607.1201.5801.359

PENETRACION

PENETRACIONCARGAMOLDE N 7MOLDE N 6MOLDE N 16

mmESTNDARCARGACORECCIONCARGACORECCIONCARGACORECCION

(lbs/pulg)Lecturalbslbs/pulg%Lecturalbslbs/pulg%Lecturalbslbs/pulg%

0.645.00138.2646.095.00138.2646.093.00118.5039.50

1.2711.00197.5465.8510.00187.6662.559.00177.7859.26

1.9119.00276.5892.1917.00256.8285.6114.00227.1875.73

2.54100024.00325.98108.6610.8721.00296.3498.789.8818.00266.7088.908.89

3.1830.00385.26128.4229.00375.38125.1324.00325.98108.66

3.8139.00474.18158.0634.00424.78141.5929.00375.38125.13

4.4543.00513.70171.2341.00493.94164.6532.00405.02135.01

5.08150047.00553.22184.4112.2944.00523.58174.5311.6436.00444.54148.189.88

7.6260.00681.66227.2257.00652.02217.3441.00493.94164.65

10.1669.00770.58256.8667.00750.82250.2751.00592.74197.58

12.790.00978.06326.0283.00908.90302.9756.00642.14214.05

DATOS DEL PROCTOR

Humedad Optima (%)10.00

Mxima Densidad Seca (gr/cm3)2.015

100% M. D. S.2.015

Tipo de Suelo (SUCS)---

DATOS DEL C.B.R.

C.B.R. al 100%: 0,1"10.87

C.B.R. al 95% de M.D.S. (%)9.04

GRAFICO DEL PROCTOR

lbs/pulg2

0.0000.000.000.00

0.02546.0946.0939.50

0.05065.8562.5559.26

0.07592.1985.6175.73

0.100108.6698.7888.90

0.125128.42125.13108.66

0.150158.06141.59125.13

0.175171.23164.65135.01

0.200184.41174.53148.18

0.300227.22217.34164.65

0.400256.86250.27197.58

0.500326.02302.97214.05

0.1"

GRAFICO C.B.R.

%Densidad Seca

10.871.933

9.881.91

8.891.82

0.2"

GRAFICO C.B.R.

%Densidad Seca

12.291.93

11.641.91

9.881.82

GRAFICOS: ENSAYO CALIFORNIA BEARNING RATIO

GRAFICO: CBR

C.B.R. al 100%

01.93310.871.8012.29

12.291.93310.871.93312.29

C.B.R. al 95%( 0.2")

01.8370.2"1.74

9.041.837GRAFICO C.B.R.1.8365

C.B.R. al 95%( 0.1")

01.83711.641.56

9.041.8379.881.837

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Del ensayo del Prctor Modificado se concluye : El optimo contenido de humedad de la muestra de suelo en estudio es de 10.00%. La mxima densidad seca con un prctor modificado de 95%, es de 2.015 gr/cm3. El espesor de las capas del pavimento est en funcin del CBR. De la grafica de mxima densidad seca y CBR se ha obtenido el CBR de diseo que para nuestro caso es el sgte:Para 1....................................39.19%Para 2....................................69.62% Como la diferencia entre estos valores no fue muy grande no fue necesario realizar el ensayo nuevamente. Segn la Tabla V.3 (Clasificacin de suelos para Infraestructura de Pavimentos), de los porcentajes obtenidos en el ensayo de CBR podemos deducir que el tipo de suelo en estudio presenta un CBR regular , ya que nuestro CBR, nos dio 39.19%. Para la determinacin del CBR se tomo como comparacin el valor de la carga unitaria que soporta la piedra triturada.Carga(lbs/pulg^2)Penetracin.

1000 0.1"

1500 0.2"

El valor CBR = Resistencia a la penetracin correspond. a 0.1" 0.2" (%)Carga patrn correspondiente a 0.1" 0.2"

ANEXOS:

PROCTOR MODIFICADO:Por medio de este ensayo se pretende obtener un dato terico de la relacin entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde la cual ayudar a obtener en un futuro un grado de compactacin siendo esta relacionada con lo anteriormente dicho respecto al terreno

Para la realizacin de este ensayo se utiliz material base granular B-200, el cual posee propiedades que lo hacen ptimo en la construccin de vas o edificaciones, por su alta resistencia al corte cuando es sometido a esfuerzos de compresin. Estas propiedades se hacen mucho ms efectivas, en el caso de la compactacin del material. Este ensayo trata de simular las condiciones a las que el material est sometido en la vida real, bajo una carga esttica y el desarrollo de estos clculos provee informacin valiosa para que el ingeniero disponga cuales son las condiciones ideales de compactacin del material y cual su humedad optima.

Compactacin con base y collarPesando 3kg. de muestra que paso el tamiz N 4

Compactando 5 capas, 25 golpes por capaProctor modificado

Enrasando la parte superior de la muestra compactada

Molde + suelo compactado

ACERCA DEL CBR: Se ha credo conveniente anexar un artculo, en los cuales diferentes autores atribuyen un concepto al Ensayo CBR.

Crtica del Ensayo CBR

CBR es un nmero que carece de significado fsico Porter (1950): CBR no es una medida directa del valor soporte de los materiales Turnbull (1950): CBR no es ms que un simple ensayo de corte, siendo til como indicador de la resistencia al corte de los suelos Simposio de la ASCE (1950): CBR debe ser considerado como un ensayo indicativo de resistencia al corte... principios de diseo de pavimentos estn basados en prevencin de la falla al corte de las subrasante de los pavimentos Mtodo de compactacin en ensayo Mtodo de compactacin de campo (estructuras distintas) Mtodo de aplicacin de carga de ensayo (esttico) Aplicacin de carga real al pavimento (trnsito) respuestas mecnicas diferentes CBR parmetro de diseo de pavimento rpido .

Referencias bibliogrficas:http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo32_p.pdf