Ensayo de CBR

5/7/2018 Ensayo de CBR - slidepdf.com

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Universidad Nacional de Ingeniería

FIC – CISMID

C.B.R.(California Bearing Ratio)

Ing. Luis Chang ChangLaboratorio GeotécnicoCentro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID)



Indice

1.- Origen

2.- Definición de CBR

3.- Definición de Número de CBR

4.- Determinación de CBR para suelos remoldados

4.1 Equipo

4.2 Preparación del material

4.3 Determinación de la densidad y humedad

4.4 Determinación de la expansión del material

4.5 Determinación de la resistencia a la penetración

5- Cálculo del CBR

1A Suelos gravosos y arenosos

2B Suelos cohesivos, plásticos, poco o nada expansivos.

3C Suelos cohesivos, plásticos y expansivos

6.- Valores referenciales, usos y suelos.



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 enAmérica, el método CBR se ha generalizado y es una forma

de clasificación de un suelo para ser utilizado como sub-

rasante o material de base en la 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.

1.- Origen



2.- Definición de 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 suelodado sino que se aplica solo al estado en el cual se

encontraba el suelo durante el ensayo.



Fig 1. El asumido mecanismo de falla del suelo

generado por el pistón de 19.4 cm2 en el Ensayo

C.B.R. La condición de frontera es un problema.



3.-Definición de número CBR3.-Definición de número CBR

El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relación de

la carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una ciertaprofundidad de penetración del pistón de penetración (19.4 cm2)

dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de

humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón

(lbs/pulg2.) requerida para obtener la misma profundidad depenetración en una muestra estándar de material triturado.



Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre

muestras compactadas al contenido de humedad

óptimo para un suelo específico, determinadoutilizando el ensayo de compactación estándar o

modificado del experimento.



Proctor Estándar ASTM D 698

A B C

Peso martillo (lb) 5.5 5.5 5.5

Diám. molde (pulg) 4 4 6

No. de capas 3 3 3

No. golpes/capa 25 25 56

Proctor Modificado ASTM D 1557

A B C

Peso martillo (lb) 10 10 10

Diám. molde (pulg) 4 4 6

No. de capas 5 5 5

No. golpes/capa 25 25 56



6Diám. del molde (pulg.)

562510

5

10

No. golpes / capa

Martillo (lb.)

No. de capas

CBR - ASTM D 4429- 93



El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:

- Determinación de la densidad y humedad.

- Determinación de las propiedades expansivas del material

- 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).

El método a seguir para determinar el CBR será

diferente en cada caso.



A. Determinación del CBR de suelos perturbados yremoldados:

1. Gravas y arenas sin cohesión.

2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada

expansivo.3. Suelos cohesivos y expansivos.

B. Determinación del CBR de suelos inalterados.

C. Determinación del CBR in situ.



4.0 Determinación del CBR de Suelos4.0 Determinación del CBR de SuelosRemoldados ASTM D 1883Remoldados ASTM D 1883

4.1 Equipo4.1 EquipoPara 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= 0.05pulg/min. Con anillo calibrado.

- Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques

para inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros,

etc.



Fig. 2. Equipo empleado para las pruebas de compactación e

hinchamiento.



Foto 1. El equipo CBR para realizar, el tamizado,

humedecimiento, la mezcla de suelo y la compactación.



4.2 Preparación del material4.2 Preparación del materiala) Secar el material al aire o calentándolo a 60o C.

b) 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.

Cantidad de material

Para cada determinación de densidad (un punto de la curva de

compactación), se necesitan 5 k de material. Para la curva con 6

puntos se necesitará 30 k de material.

Cada muestra se utiliza una sola vez.



4.3 Determinación de la densidad y humedad4.3 Determinación de la densidad y humedad

Preparar una muestra que tenga la misma densidad y humedad que se proyectaalcanzar 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. Semezcla 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 espesor 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 y el disco espaciador.

e) Se pesará el molde con la muestra, se determinará la densidad y la humedad

de la muestra.



Humedad de mezclado

Es un factor importane en suelos finos y debe controlarse

debidamente.

El contenido de humedad de la muestra amasada que se va a

compactar, deberá ser igual al correspondiente a la densidad que

se desea obtener, se ha comprobado que si esta humedad de

mezclado varía en ±0.5% de la que se desea obtener, los CBR

variarán apreciablemente aún cuando se obtenga una densidad

aproximadamente igual a la densidad deseada.



4.4 Determinación de la expansión del material4.4 Determinación de la expansión del material

a)Determinada la densidad y humedad se coloca el papel filtro sobre lasuperficie 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 mínima será de 10 lbs.

c) Colocado el vástago y las pesas, se colocará el molde dentro de un tanqueo depósito lleno con agua.

d) Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial y se

tomará cada 24 horas.

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 esla 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%.



Fig. 3. Disposición de las diferentes piezas, durante la

ejecución de los ensayos de hinchamiento y penetración.



Los especimenes son saturados por 96 horas,con una sobrecarga

igual peso del pavimento que se utilizará en el campo pero enningún 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:

E (%)= 100 xmuestralade Altura

Expansión



Las especificaciones establecen que los materiales de préstamo para:

Sub base deben tener expansiones menores de 2%

Base “ “ “ 1%

Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR:

Suelo con hinchamiento 3% o mas, generalmente tienen CBR < 9 %

Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen CBR ≥ 15%

Suelos con hinchamiento < 1% tienen generalmente CBR > 30%.

Drenaje

Después de saturada la muestra, se saca del cilindro y

cuidadosamente se drena durante 15 minutos el agua libre que

queda. Como para drenar bien el agua es necesario voltear el

cilindro sujétese bien el disco y las pesas metálicas al hacer

esta operación. Luego remuévase el disco, las pesas y el papel

filtro, pésese la muestra.



4.5 Determinación de la resistencia a la penetración4.5 Determinación de la resistencia a la penetración

a)a) Si no es necesario sumergir la muestra en agua, se colocará sobre ella lapesa anular y se montarán las pesas de plomo, de tal modo que se obtenga

una 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 deplomo 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 que tenía durante el ensayo de hinchamiento.

c) El molde con la muestra y la sobrecarga, se coloca debajo de la prensa y seasienta el pistón sobre la muestra, aplicando una 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 también se coloca en 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 dehumedad correspondiente a la parte superior de la muestra pero en

el laboratorio se recomienda tomar el promedio de los diferentes

contenidos de humedad ( parte superior e inferior de la muestra).



Foto 2. El equipo

manual de CBR.

La muestra está

instalada, el anillo

y su dial de

deformaciones, el

dial para medir

las deformaciones

y el pistón de

19.4 cm2 de área

transversal.



Foto 3. El marco de carga, el anillo y el dial

de deformaciones.



Foto 4. La muestra instalada, las columnas del marco,

el pistón y el dial de deformaciones.



Foto 5. La manijuela del equipo para correr el ensayo.



Foto 6. El extractor de la muestra de los moldes. La palanca

del gato y el marco del equipo.



5.- Cálculo del CBR5.- Cálculo del CBRLas lecturas tomadas, tanto de las penetraciones como de las cargas,

se representan gráficamente en un sistema de coordenadas como se indica

en la Fig. 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

el eje de abscisas, serán los nuevos 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 a la penetración corregida de 0.1” será de 300 lb/pulg2 en

lugar de 120 lb/pulg2, que es la correspondiente a la lectura inicial sin

corregir de 0.1”.



Fig. 4. Curvas que relacionan la hinca

del pistón con las presiones aplicadas.



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 piedratriturada que sería el 100%, es decir CBR = 100%. La resistencia a la

penetración que presenta a la hinca del pistón es la siguiente:

Penetración Carga Unitaria Patrón

mm pulg Mpa Psi k/cm22.5 0.10 6.9 1,000 70

5.0 0.20 0.3 1,500 105

7.5 0.30 13.0 1,900 133

10.0 0.40 16.0 2,300 161

12.7 0.50 18.0 2,600 182

(%)100xpatrónunitariaaargC

ensayodelunitariaaargCCBR

=



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.



Fig. 5. Curvas esfuerzo – penetración para diferentes

tipos de suelos.



1A. Suelos gravosos y arenosos

Estos suelos en la clasificación unificada, corresponden a los siguientes grupos:GW, GP, SW y SP.

- Son suelos generalmente de Ip < 2 y de compactación rápida en el campo.

- En general el CBR casi no vería apreciablemente con los cambios de humedad.

- El CBR se puede determinar sin saturar la muestra.

- El CBR que se adopte podrá ser el que corresponde a su máxima densidad

o sise sigue un criterio mas conservador, el menor de los CBR obtenidos.

- El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20%.



1B Suelos cohesivos, plásticos, poco o nada expansivos

Estos suelos son los mas comunes y pertenecen a la siguiente clasificación

unificada: GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL.

A- Se aplica a condiciones climatéricas normales y a aquellos suelos cuyo

CBR no varíe apreciablemente con el contenido de humedad.

- No requiere estricto control de la humedad cuando se compacta en el

campo.

B

- Se aplica a condiciones climatéricas desfavorable y a aquellos suelos queson muy sensibles a cambios de humedad.

- Se requiere un mayor control de la humedad en el campo.



Procedimiento IA) Se determinará una curva compactación a 56 golpes.

B) Se preparan 3 muestras (56, 25, 10) a humedad óptima ± 0.5%.

C) Cada muestra se satura y se anota la expansión.

D) Después de las 96 horas se corre el ensayo.

E) El CBR de diseño será aquel correspondiente a la densidad quese especifique.



Fig. 6. Determinación del CBR para suelos poco “sensibles” a

cambios pequeños de humedad (Procedimiento I).



Procedimiento II

A) Se recomienda realizar 3 curvas de compactación cada una de ellas a

56, 25, 10 golpes/capa.

B) Se saturan por 96 horas, se determina el hinchamiento y se drena.

C) Se determina el CBR de cada muestra.

D) Las curvas correspondientes a los contenidos de humedad, densidades

y valores corregidos de los CBR se representan como en la Fig 7.

E) En la Fig. 8A, se determina la zona densidad humedad, de acuerdo a la

clase de obra y a las normas a seguirse.

F) El CBR de diseño se seleccionará de las curvas CBR - Densidad, CBR

Humedad, representadas en las Fig 8B, y 8C.

G) Generalmente la densidad que se selecciona para determinar el CBR

es la correspondiente al 95% de la MDS.



Fig. 7. Relación entre el esfuerzo de compactación por unidad de

volumen y la densidad máxima.



Fig. 8. Familia de curvas que relacionan los CBR “corregidos”

con los contenidos de humedad y densidades.



1C Suelos cohesivos, plásticos y expansivos

Estos suelos pertenecen a la clasificación unificada: MH, CH y OH.- El método que se sigue es semejante al Procedimiento II.

- Seleccionar cuidadosamente las humedades y densidades.

- No siempre la humedad óptima y la densidad máxima es la mas adecuada.

- Muchas veces el hinchamiento de estos suelos es menor cuando se compacta a

densidades y con humedades distintas a la densidad máxima y humedad óptima.- El CBR a usar es aquel en que el suelo presente menor hinchamiento.

- Para facilitar la selección del CBR de diseño, es recomendable es recomendable

representar gráficamente los % de hinchamiento vs. Los contenido de humedad

en los diferentes estados de compactación.

- La comparación de las curvas que relacionan los hinchamientos, CBR ydensidades con las humedades de compactación permitirá establecer los

límites de humedad y densidad apropiados, facilitando así la selección del CBR

de diseño.



A1a,A2-4,A-3GW, GMBaseExcelente> 50

A-1b,A2-5, A-3,A2-6

GM,GC,SW,SM,SP,GP

Sub base ybase

Bueno20 - 50

A2,A4,A6,A7OL,CL,ML,SC,S

M,SP

Sub baseRegular7 – 20

A4,A5,A6,A7OH,CH,MH,OLSub rasanteMuy pobre a regular3 – 7

A5, A6,A7OH,CH,MH,OLSub rasanteMuy pobre0 – 3

AASHTOUnificadoUsosClasificacióngeneral

No.CBR

Sistema de clasificación

6.- Valores referenciales de CBR, usos6.- Valores referenciales de CBR, usosy suelos.y suelos.

ENSAYO DE LA RELACION DE SOPORTE DE CALIFORNIA - C. B. R.(ASTM - D1883)



: LG01-159

: MTC - PRT - PERT

: Evaluación de la Carretera Corral Quemado - Río Nieva

: Dpto. Amazonas

: Enero, 2002

: 306 + 000 Profundidad (m) : 1.30

: Suelo Natural Clasific. (SUCS) : CL

Humedad (%)Densidad Seca (g/cm³)

( mm )0.000.641.271.912.543.815.086.357.62

10.1612.70

Penetración (Pulg)Presión (lb/pulg²)C.B.R. (%)

0.200

( pulg )0.000

0.075

0.150

0.050

8.6

5330

Molde I

6.6

Densidad seca (g/cm³)

13

5

Molde II

Molde II( % )

UBICACIONFECHA

Humedad final (% )

INFORME NºSOLICITANTEPROYECTO

Identificación del molde

Progresiva (km)Tipo de capa

ENSAYO PRELIMINAR : PROCTOR MODIFICADO ( ASTM - D1557 A )

0.500

Número de capasGolpes por capa

0.025

Humedad inicial (% )

0.2500.3000.400

Penetración

0.100

Molde I Molde II

14.5

62.9

6.3

95.9

0.2

216.9

0.20.1

1.9911.989 2.061 2.061

Molde IIIETAPA DE COMPACTACION

5

204.4

9.7

1.89

47.2

33.0

19.0

4.05

95.9

113.2

132.0

3.12

18.9

62.9

80.2

28.3

55.0

86.5

2.79

0.00.0

172.9

44.0

69.2

97.5

111.6 125.8

169.8

ETAPA DE APLICACIÓN DE PRESIÓNMolde I

(lb/pulg²)

10.7 12.4

17.3

1.99

5

56

9.7

216.9

Molde II(lb/pulg²)

Molde III(lb/pulg²)

0.0

149.3

188.6

259.4224.8

301.8

385.1

465.3

0.1 0.2

254.7

301.8

345.8

0.1

Molde IIIETAPA DE CORRECCIÓN DE LA PRESIONIdentificación del molde

6.4 12.6

125.8

12.6

111.6

11.2

188.6

Molde III( % )

TIEMPO( min )

27

9.7

2.07

15.6

ETAPA DE EXPANSIONMolde I( % )



FORME Nº : LG01-159 Progresiva (km) : 306 + 000

OLICITANTE : MTC - PRT - PERT Tipo de capa : Suelo Natural

ROYECTO : Evaluación de la Carretera Corral Quemado - Río Nieva Profundidad (m) : 1.30

BICACION : Dpto. Amazonas Clasific. (SUCS) : CL

ECHA : Enero, 2002 Ensayo preliminar : Proctor Modificado

CURVA DE PENETRACION

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Penetración (pulg.)

P r e s i ó n ( l b / p u l g ² )

Molde I : 13 Golpes

Molde II : 27 Golpes

Molde III : 56 Golpes

CURVA CORREGIDA DE PENETRACION

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Penetración (pulg.)

P r e s i ó n ( l b / p u l g ² )

Molde I : 13 GolpesMolde II : 27 GolpesMolde III : 56 Golpes



INFORME Nº : LG01-159 Progresiva (km) : 306 + 000

SOLICITANTE : MTC - PRT - PERT Tipo de capa : Suelo Natural

PROYECTO : Evaluación de la Carretera Corral Quemado - Río Nieva Profundidad (m) : 1.30

UBICACION : Dpto. Amazonas Clasific. (SUCS) : CL

FECHA : Enero, 2002 Ensayo preliminar : Proctor Modificado

CURVA DE C.B.R.

Molde I

Molde II

Molde III

95 % M.D.S.

98 % M.D.S.

1.88

1.90

1.92

1.94

1.96

1.98

2.00

2.02

2.04

2.06

2.08

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

C.B.R. (%)

D e n s i d a d S e c a ( g / c m ³ )

0.1 Pulg.

0.2 Pulg.

CURVA DE COMPACTACION

O . C . H .

M. D. S.

1.98

1.99

2.00

2.01

2.02

2.03

2.04

2.05

2.06

2.07

2.08

6 7 8 9 10 11 12 13

Humedad (%)

D e n s i d a d S e c a ( g / c m ³ )

RESULTADOS10.4 %C. B. R. (95%) =

12.1 %C. B. R. (98%) =

RESULTADOSO. C. H. = 9.7 %

M. D. S. = 2.073 g/cm³



Bibliografía

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- Bowles, Joseph E. (1984), “Physical and Geotechnical Properties of Soils”. McGraw-Hill Book Company.

- Das, Braja M. (2001), “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”, Thomson Learning.

- Das, Braja M. (2001), “Principios de Ingeniería de Cimentaciones”, International Thomson Editores.

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