Cbr2017.docx

I.

RESUMEN El Ensayo CBR ( Ensayo de Soporte de California) mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para su uso en subrasante, sub base y base de pavimentos. Se efectúa bajo condiciones controladas de humedad y densidad, la humedad optima que asegure un peso específico seco máximo. Este es uno de los parámetros necesarios obtenidos en los estudios geotécnicos previos a la construcción, como también lo son el Ensayo Proctor y los análisis granulométricos del terreno. Se compacta una muestra de suelo, con la humedad y energía de compactación deseadas, en un molde cilíndrico de diámetro interior y altura dadas, provisto con un collar supletorio y una base perforada. Esta muestra se sumerge en agua durante 4 días con una sobrecarga que ocasiona una compresión equivalente a la del futuro firme sobre la explanada, midiéndose el hinchamiento vertical, que se expresa en porcentaje de la altura de la muestra. La muestra se ensaya a penetración mediante una prensa y un pistón cilíndrico, que se desplaza a una velocidad uniforme. El Índice resistente CBR se define como la razón, en porcentaje, entre la presión necesaria para que el pistón penetre en el suelo hasta una profundidad determinada y la correspondiente a esa misma penetración en una muestra patrón de grava machacada. Se obtiene este índice para dos penetraciones, de 2,54 y 5,08 mm, tomándose como índice CBR el mayor valor y según tablas designamos el uso del suelo o algún tratamiento de mejora.

II.

III.

OBJETIVOS -

Medición de la expansión del suelo.

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Grafica de las curvas de esfuerzo versus deformación y de la penetración a 0.1 y 0.2 pulgadas de las tres muestras a diferentes energías de deformación.

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Hallar índice CBR y su posible aplicación en los suelos de sub-rasante y de las capas de base y sub-base.

METODO ESTANDAR USADO -

I.N.V. E – 148. ASTM D 1883 – 07

IV.

INTRODUCCION El CBR es el método de análisis de materiales desarrollado en el año de 1929 por la División de Carreteras de California, con el fin de darle una clasificación a la capacidad del suelo para ser utilizado como material de base o sub-base. También denominado ensayo de relación de soporte, es el procedimiento por medio del cual mediante pruebas de laboratorio y bajo condiciones de humedad y densidad controlada se puede medir la resistencia al corte de un suelo en el estado en que este se encuentre en ese momento. En el diseño de pavimentos flexibles utilizados en las diferentes obras de infraestructura vial, el método del CBR se convierte en pieza clave en la búsqueda de evaluar la resistencia potencial de los materiales utilizados en la base y sub-base de las estructuras y además de esto, brindando información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura e indicando la perdida de resistencia debida a la saturación en el campo. A continuación se presenta una tabla donde con base a los valores de CBR se establece una clasificación general para el suelo. Para asegurar una compactación adecuada deben realizarse canchas de prueba en terreno que permitirán definir los equipos de compactación más adecuados para esos materiales, los espesores de capa y número de pasadas del equipo seleccionado para cumplir con las especificaciones técnicas de densidad seca. El control de la obra final se realizará a través de determinaciones de los parámetros densidad seca y humedad de compactación de los rellenos colocados. Las especificaciones para la compactación en terreno exigen la obtención de una densidad mínima que es un porcentaje de la densidad máxima seca obtenida en el laboratorio. Una práctica común para numerosas obras es exigir a lo menos el 95% del Proctor Modificado. La determinación del CBR se puede llevar a cabo en muestras inalteradas y en muestras compactadas en laboratorio. El presente informe describe el método de determinación del CBR teniendo en cuenta el contenido de humedad óptimo, el cual ha sido determinado con anterioridad en el ensayo de compactación Proctor modificado y cuyo procedimiento se encuentra en la planilla de datos Proctor.

V.

MARCO TEORICO Origen Desarrollado en 1925, el ensayo comienza a aparecer en los estándares norteamericanos ASTM ,por American Standards for Testing and Materials desde 1964, en su versión para laboratorio ASTM D 1883, pesar de sus múltiples limitaciones, como se indicarán más adelante en este informe, hoy por hoy, el CBR es uno de los ensayos más extendidos y aceptados en el mundo debido al relativo bajo costo de ejecución y a que está asociado a un número de correlaciones y métodos semi-empíricos de diseño de pavimentos.

Impulsado durante la segunda guerra mundial, los nuevos y pesados equipos de aviación pasaron a exigir densidades de sub-rasante en las aeropistas, mayores que el 100 % del Proctor Estándar. Se introdujo entonces el ensayo de compactación modificado Proctor Modificado, en el que se utiliza una mayor energía de compactación con el nuevo martillo de proctor y con ese mismo se usa para CBR tal y como lo conocemos hoy en día. Definición Ensayo que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad dadas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte pero, es evidente que éste número no es constante para un suelo dado, sino que se aplica al estado en el cuál 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. Uso El valor del CBR nos permite diseñar y evaluar un suelo y destinarla para una función como de base sub-base o también nos indicara si debemos realizar un proceso de mejoramiento ya que no todos los suelos con los que nos encontremos serán satisfactorios para las especificaciones de obra. Prioridades de CBR Lo más importante a determinar en este ensayo son: - Conocer las expansiones del suelo a diferentes energías de compactación. - Determinación de la resistencia a la penetración. Índice de CBR Los valores de CBR nos dan en un rango de 0 a 100 siendo 0 el suelo con peores propiedades de resistencia que encontremos y 100 es el mejor.

Razón de soporte CBR El valor en porcentaje de CBR se expresa en la siguiente relación: P 𝐶𝐵𝑅 = ∗ 100 P1

Dónde: P = carga obtenida del ensayo. P1 = carga unitaria normalizada. Las cargas unitarias normalizadas para 2.54mm y 5.08mm son de 6.9Mpa y 105Mpa respectivamente. Condiciones de hidratación Se refiere a la inmersión de los moldes con muestra compactada en agua durante el lapso de cuatro días esto simula las peores condiciones en las que se encuentra un suelo, además el molde cuenta con dos sobrecargas que simulan las cargas a las que estaría soportando el suelo, y un vástago en el cual podemos apoyar un deformimetro para hacer las lecturas de expansión. El suelo mientras menos compactada este mas absorberá el agua y se hinchara. Compactación En términos sencillos en una técnica de compresión del suelo, uniendo todo el material con una energía de compactación y eliminando así los vacíos que este tenga, su efectividad depende de la energía de compactación, mientras más compactado el suelo este será más resistente a esfuerzos externos y además que el agua no podrá infiltrarse en ella y escurrirá sobre ella, todo para que en obra no existan hundimientos posteriores o baches en carreteras. VI.

PARTE EXPERIMENTAL

Materiales -

Probeta graduada. Balanzas de precisión de 0.01g y 0.1g. Molde de CBR de 6 pulgadas de diámetro, con base, collarín y regla enrazadora. Disco espaciador. Sobrecargas una angular y otra ranular. Vástago. Deformimetro ensamblado en un trípode. Martillo de Proctor modificado. Penetrometro o prensa de carga CBR equipado con un pistón y anillo de dinamometrico de 50KN. Horno eléctrico de temperatura constante de 110±5°C. Recipientes para inmersión de moldes en agua. Contenedores. Papel filtro.

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Equipo de protección personal.

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Preparación de la muestra:  Se humedece la muestra con el contenido de humedad optimo hallado en el Proctor y se mezcla hasta que este distribuido de manera homogénea.  Guardar en bolsas plásticas de manera que la humedad no escape.  Dejar reposando según el tiempo que corresponda al tipo de suelo. Determinar la masa del molde más la base. Determinar las dimensiones del molde, el diámetro y altura. Determinar altura del disco espaciador. En los moldes con collarín asegurado colocar el disco espaciador al fondo y sobre ella un papel filtro. Compactar primeramente colocando cinco capas de muestra a 10 golpes. Enrazar para que este la muestra al nivel del molde. Desasegurar el molde y levantar para que se retire el disco espaciador, se coloca un papel filtro en la base y el molde se da la vuelta y se asegura (la altura de muestra seria la altura del molde menos la altura del disco espaciador). Pesar el molde más la base y muestra compactada. Realizar contenido de humedad con la muestra sobrante. Repetir procedimiento con los demás dos moldes pero con energía de compactación de 25 y 56 golpes. Colocar las sobrecargas y vástagos en cada molde. Proceder a sumergir en los recipientes con agua teniendo cuidado de que estén firmes, además de que estén sobre unos ladrillos para que el agua ingrese por la parte inferior también. Medir la expansión inicial con el deformimetro, es decir el 0. Medir expansiones de las tres muestras cada 24 horas por el lapso de 4 dias. Una vez terminado ese tiempo se retiran los moldes y se les deja escurrir el agua por unos 10 minutos. Pesar molde más base más muestra saturada. De nuevo colocar las sobrecargas sin el vástago. Acomodar molde en el penetrometro , el pistón de penetración debe estar medio y no clocar contra las sobrecargas, elevar hasta que la fuerza marque 0. Incorporar un deformimetro sobre una regla enrazadora apoyada sobre el molde. Y que este marque 0. Asegurar el petenetrometro con tal que el molde no gire ni se mueva. Poner en marcha el aparato, tomar lecturas de carga a deformaciones normalizadas. Una vez terminada las lecturas detener el aparato y bajar de manera cuidadosa el molde con la muestra.

Procedimiento

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VII.

Sacar muestra de la parte inferior y superior del molde y realizar contenido de humedad. Repetir procedimiento con los dos moldes faltantes. Cálculos posteriores.

CALCULOS Calculo 10 golpes - Volumen del molde. Diámetro = 15.22cm Altura molde = 17.83cm Altura disco espaciador = 6.17 V =(π*15.22²*(17.83-6.17))/4 V = 2121.38 cm^3 -

Masa de la muestra Muestra húmeda: Masa molde más base = 8333 g Masa molde más base más muestra húmeda = 12770g. Masa muestra húmeda = 12770 – 8333 Masa muestra húmeda = 4437 g. Muestra saturada: Masa molde más base = 8333 g Masa molde más base más muestra saturada = 12997g. Masa muestra saturada = 12997 – 8333 Masa muestra saturada = 4664 g.

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Calculo de densidad. ʆ = masa/volumen (g/cm^3) ʆ húmeda = 4437/2121.38 ʆ húmeda = 2.09 g/cm^3 ʆ saturada = 4664/2121.38 ʆ saturada = 2.2 g/cm^3

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Calculo peso específico. ɣ = ʆ * 9.81 (KN/m^3) ɣ húmedo = 2.09 * 9.81 ɣ húmedo = 20.52 KN/m^3

ɣ saturado = 2.20 * 9.81 ɣ saturado = 21.57 KN/m^3 -

Calculo contenidos de humedad. %w = (masa agua/masa solidos)*100 Húmedo: Masa capsula 1 = 26.86g Masa capsula 2 = 25.52g Masa capsula 1 más suelo húmedo = 69.09g Masa capsula 2 más suelo húmedo = 65.42g Masa capsula 1 más suelo seco = 66.38g Masa capsula 2 más suelo seco = 62.89g %w1 = ((69.09-66.38)/(66.38-26.86))*100 %w1 = 6.86 %w2 =((65.42-62.89)/(62.89-25.52))*100 %w2 = 6.77 %w húmedo = 6.81 Saturada: Masa capsula 1 = 26.90g Masa capsula 2 = 25.90g Masa capsula 1 más suelo húmedo = 67.60g Masa capsula 2 más suelo húmedo = 76.60g Masa capsula 1 más suelo seco = 63.15g Masa capsula 2 más suelo seco = 70.55g %w1 = ((67.60-63.15)/(63.15-26.90))*100 %w1 = 12.28 %w2 =((76.60-70.55)/(70.55-25.90))*100 %w2 = 13.55 %w saturado = 12.91

Calculo 25 golpes - Volumen del molde. Diámetro = 15.10cm

Altura molde = 17.82cm Altura disco espaciador = 6.17 V =(π*15.10²*(17.82-6.17))/4 V = 2086,27cm^3 -

Masa de la muestra Muestra húmeda: Masa molde más base = 8296 g Masa molde más base más muestra húmeda = 12924g. Masa muestra húmeda = 12924 – 8296 Masa muestra húmeda = 4628 g. Muestra saturada: Masa molde más base = 8296 g Masa molde más base más muestra saturada = 13088g. Masa muestra saturada = 13088 – 8296 Masa muestra saturada = 4792 g.

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Calculo de densidad. ʆ = masa/volumen (g/cm^3) ʆ húmeda = 4628/2086.27 ʆ húmeda = 2.22 g/cm^3 ʆ saturada = 4792/2086.27 ʆ saturada = 2.30 g/cm^3

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Calculo peso específico. ɣ = ʆ * 9.81 (KN/m^3) ɣ húmedo = 2.22 * 9.81 ɣ húmedo = 21.76 KN/m^3 ɣ saturado = 2.30 * 9.81 ɣ saturado = 22.53 KN/m^3

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Calculo contenidos de humedad. %w = (masa agua/masa solidos)*100 Húmedo: Masa capsula 1 = 26.37g Masa capsula 2 = 26.67g Masa capsula 1 más suelo húmedo = 75.74g Masa capsula 2 más suelo húmedo = 78.07g

Masa capsula 1 más suelo seco = 72.58g Masa capsula 2 más suelo seco = 74.76g %w1 = ((75.74-72.58)/(72.58-26.37))*100 %w1 = 6.84 %w2 =((78.07-74.76)/(74.76-26.67))*100 %w2 = 6.88 %w húmedo = 6.86 Saturada: Masa capsula 1 = 26.90g Masa capsula 2 = 25.20g Masa capsula 1 más suelo húmedo = 84.20g Masa capsula 2 más suelo húmedo = 82g Masa capsula 1 más suelo seco = 79.32g Masa capsula 2 más suelo seco = 77.47g %w1 = ((84.20-79.32)/(79.32-26.90))*100 %w1 = 9.31 %w2 =((82-77.47)/(77.47-25.20))*100 %w2 = 8.67 %w saturado = 8.99

Calculo 56 golpes - Volumen del molde. Diámetro = 15.16cm Altura molde = 17.81cm Altura disco espaciador = 6.17 V =(π*15.16²*(17.81-6.17))/4 V = 2101.07 cm^3 -

Masa de la muestra Muestra húmeda: Masa molde más base = 8376 g Masa molde más base más muestra húmeda = 13082g.

Masa muestra húmeda = 13082 – 8376 Masa muestra húmeda = 4706 g. Muestra saturada: Masa molde más base = 8376 g Masa molde más base más muestra saturada = 13217g. Masa muestra saturada = 13217 – 8376 Masa muestra saturada = 4841 g. -

Calculo de densidad. ʆ = masa/volumen (g/cm^3) ʆ húmeda = 4706/2101.07 ʆ húmeda = 2.24 g/cm^3 ʆ saturada = 4841/2101.07 ʆ saturada = 2.30 g/cm^3

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Calculo peso específico. ɣ = ʆ * 9.81 (KN/m^3) ɣ húmedo = 2.24 * 9.81 ɣ húmedo = 21.97 KN/m^3 ɣ saturado = 2.30 * 9.81 ɣ saturado = 22.60 KN/m^3

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Calculo contenidos de humedad. %w = (masa agua/masa solidos)*100 Húmedo: Masa capsula 1 = 26.59g Masa capsula 2 = 26.61g Masa capsula 1 más suelo húmedo = 65.82g Masa capsula 2 más suelo húmedo = 77.70g Masa capsula 1 más suelo seco = 63.30g Masa capsula 2 más suelo seco = 74.47g %w1 = ((65.82-63.30)/(63.30-26.59))*100 %w1 = 6.86 %w2 =((77.70-74.47)/(74.47-26.61))*100 %w2 = 6.75 %w húmedo = 6.81

Saturada: Masa capsula 1 = 25.80g Masa capsula 2 = 26.60g Masa capsula 1 más suelo húmedo = 70.76g Masa capsula 2 más suelo húmedo = 72.80g Masa capsula 1 más suelo seco = 67.25g Masa capsula 2 más suelo seco = 69.45g %w1 = ((70.76-67.25)/(67.25-25.80))*100 %w1 = 8.08 %w2 =((72.80-69.45)/(69.45-26.60))*100 %w2 = 7.82 %w saturado = 7.95 

Peso especifico seco. ɣd = ɣ/(1+w) 10 golpes ɣd humedo = 20.52/(1+0.0681) ɣd humedo = 19.21 KN/m^3 ɣd saturado = 21.57/(1+0.1291) ɣd saturado = 19.10 KN/m^3 25 golpes ɣd humedo = 21.76/(1+0.0686) ɣd humedo = 20.36 KN/m^3 ɣd saturado = 22.53/(1+0. 0899) ɣd saturado = 20.67 KN/m^3 56 golpes ɣd humedo = 21.97/(1+0.0681) ɣd humedo = 20.57 KN/m^3 ɣd saturado = 22.60/(1+0. 0795) ɣd saturado = 20.94 KN/m^3



Realizar la lectura de fuerza a penetraciones determinadas y convertir a esfuerzo según ábaco. Deformaciones:

mm 0,000 0,064 0,127 0,191 0,254 0,318 0,381 0,445 0,508 0,762 Lectura a 10 golpes y esfuerzo:

LECTURA DE 10 GOLPES 0 41 65 89 103 134 154 174 190 228 Lectura a 25 golpes y esfuerzo:

FUERZA ESFUERZO (Kn) (Mpa) 0,0000 0,9192 1,4573 1,9955 2,3094 3,0044 3,4529 3,9013 4,2600 5,1111

0,0000 0,4641 0,7358 1,0075 1,1660 1,5170 1,7434 1,9698 2,1509 2,5806

LECTURA DE 25 GOLPES 0 62 70 110 157 219 265 304 350 504

FUERZA ESFUERZO( (Kn) Mpa) 0,0000 1,3901 1,5695 2,4663 3,5201 4,9103 5,9333 6,7999 7,8222 11,2334

0,0000 0,7019 0,7925 1,2453 1,7773 2,4793 2,9958 3,4333 3,9495 5,6719

Lectura a 56 golpes y esfuerzo:

LECTURA DE 56 GOLPES 0 85 205 320 385 540 634 708 770 1020



FUERZA ESFUERZO( (Kn) Mpa) 0,0000 1,9058 4,5964 7,1555 8,5999 12,0264 14,0969 15,7205 17,0742 22,5438

0,0000 0,9623 2,3208 3,6129 4,3422 6,0723 7,1177 7,9374 8,6209 11,3826

Grafica de deformación versus esfuerzo de las tres muestras. Y las escuaciones de sus líneas de tendencia

esfuerzo Mpa 12.0000 11.0000 10.0000 9.0000 8.0000 7.0000 6.0000 5.0000 4.0000 3.0000 2.0000 1.0000 0.0000

y = -10.145x3 + 2.8038x2 + 18.788x 0.1013

y = -8.3381x3 + 9.2842x2 + 5.0774x + 0.0984

y = -0.7263x3 - 2.0815x2 + 5.3273x + 0.0573 0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00 deformacion mm

VIII.

RESULTADOS Y OBSERVACIONES

IX.

DISCUSIONES Y CONCLUSIONES