Informe-c.b.r. 2015 II

1 <<ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL-UNPRG>>

ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) (ASTM D-1883//AASHTO T-193//MTC E-132)

INDICE

I. INTRODUCCION……………………….…………………………………....…2

II. OBJETIVOS………………………………………………………………….….3

III. MARCO TEORICO……………………………………………………………..4

a. Definición de C.B.R.

b. Definición de Numero de C.B.R.

c. Normatividad

IV. EQUIPOS Y MATERIALES …………..………………………………….…..8

V. PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO……………………………….…..12

VI. DESARROLLO Y CALCULOS DE LA PRACTICA…………………...…20

VII. CONCLUSION……………………………………………………………....29

ANEXOS……………………………………………………..………………………..30



INTRODUCCIÓN

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 en América, el método C.B.R se ha generalizado y es una forma de

clasificación de un suelo, para ser utilizado como sub-rasante o evaluar la capacidad

de soporte de los suelos de las capas de base, sub-base y de afirmado, los cuales

forman parte del material base en la construcción de carreteras.

Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos

adopto este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.

Mediante muchos años de experimentación y aplicando el método de prueba – error,

se ha podido determinar que la mayor cantidad de fallas en los pavimentos flexibles,

se debe principalmente al desplazamiento, es decir la falla "al corte", de los

materiales que componen las diferentes capas del pavimento, es por esto que se

diseña el mismo, basándose en los ensayos que garanticen la resistencia al corte

de los materiales que lo constituyen.



OBJETIVOS

Determinación de un índice de resistencia de los suelos denominado valor

de la relación de soporte, que es muy conocido, como CBR (California

Bearing Ratio). El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en

el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero

también puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas

tomadas del terreno.

Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de

subrasante y de las capas de base, subbase y de afirmado.

Este modo operativo hace referencia a los ensayos para determinación de

las relaciones de Peso Unitario - Humedad, usando un equipo modificado.

Establecer la resistencia de un suelo que está sometido a esfuerzos

cortantes, además evaluar la calidad relativa del suelo para subrasante, sub-

base y base de pavimentos.



MARCO TEÓRICO

A) Definición de CBR

El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de penetración

(lbs/pulg2), expresada en por ciento en su respectivo valor estándar.

El ensayo de CBR mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo

condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo,

simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D

1883-73. El ensayo permite obtener un número de la relación 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.

Se aplica para la evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos

materiales de sub. Bases y Bases granulares, que contengan solamente una

pequeña 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 fracción no exceda del 20%.

Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este

último no es muy practicado.

El mecanismo de falla que

asumimos del suelo, generado

por el pistón de 19.4 cm2 de

sección en el Ensayo C.B.R. La

condición de frontera es un

problema



B) Definición de Numero C.B.R. El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kg. /cm2 (o en

lbs/pulg2-(psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del

pistón (con un área de 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

requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra

estándar de material triturado, en ecuación, esto se expresa:

𝐶𝐵𝑅 =𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 𝑈𝑁𝐼𝑇𝐴𝑅𝐼𝐴 𝐷𝐸 𝐸𝑁𝑆𝐴𝑌𝑂

𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 𝑈𝑁𝐼𝑇𝐴𝑅𝐼𝐴 𝑃𝐴𝑇𝑅𝑂𝑁∗ 100

De esta ecuación se puede ver que el número CBR es un porcentaje de la carga

unitaria patrón. En la práctica, el símbolo de porcentaje se quita y la relación se

presenta simplemente por el número entero. Los valores de carga unitaria que

deben utilizarse en la ecuación son los siguientes:

El numero C.B.R. usualmente se basa en la relación de carga para una penetración

de 2.5 mm. Sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5.0 mm es mayor,

el ensayo debería repetirse. Si un segundo ensayo produce nuevamente un C.B.R.

mayor de 5.0 mm de penetración, dicho valor debe aceptarse como valor final del

ensayo.

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al

contenido de humedad óptimo para el suelo específico determinado utilizando el

ensayo de compactación estándar.



A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-

70 (para el molde de 15.5 cm. de diámetro), se debe compactar muestras utilizando

las siguientes energías de compactación:

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al

contenido de humedad óptimo para un suelo específico, determinado utilizando el

ensayo de compactación estándar o modificada del experimento

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), a su granulometría y características físicas (granulares, finos,

poco plásticos).



C) NORMATIVIDAD



EQUIPOS Y MATERIALES

Para la Compactación

- Molde de diámetro= 6”, altura de 7” a 8” y un collarín de 2”.

- Disco espaciador de metal (acero) de forma circular, de diámetro exterior 150.8

mm (5 15/16”) y altura de 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 El CBR

- Moldes cilíndricos de acero de 6” de diámetro interior, a cada molde se le

acopla un collarín de 2” de alto y base perforada.

- Un martillo de 10 LIBRAS (4.54Kg) y una altura de caída de 18”.

- Un disco separador.

- Un cuchillo para enrasar el material al molde.



Para la Expansión

- Para medir el hinchamiento del material al absorber agua se utiliza el

siguiente equipo:

- Plato y vástago: el plato tiene perforaciones a distancias iguales.

- Trípode y extensómetro: para medir la expansión del material, se emplea un

extensómetro con aproximación a 0.001”, montado sobre un trípode

- Pesas de sobrecarga, se emplean una pesa anular y varias pesas cortas.

- En la expansión solo se emplean 3 moldes cilíndricos

- La muestra es nueva, no se debe utilizar la misma con la cual se realizó el

ensayo de compactación.

- Dos papeles filtro, en cada molde



Para la Penetración.

- Para la prueba de penetración se requiere el siguiente equipo:

- Un pistón cilíndrico de 3” cuadradas de sección circular y de longitud

suficiente para poder pasar a través de las pesas y penetrar el suelo hasta

½”

- Aparato para aplicar carga: se utiliza una prensa manual que está

especialmente diseñada de tal forma que permite aplicar la carga a una

velocidad de 0.05 pulg/min. Generalmente estos aparatos llevan anillos

calibrados.



PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO

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.

2. Luego dividimos el material en partes a cada cual se le aplicará el ensayo.

3. Tomamos una porción del material y se le agrega agua a la mezcla y lo

revolvemos con el cucharón y con la mano para lograr uniformidad. Esto se

asemeja al trabajo de la motoniveladora en el campo.

4. Para Proctor modificado se toma 3 Kg. de muestra pasados por la malla Nº

4 (para suelos finos).



5. Agregarle 5% de agua del total del peso de la muestra, removerlo hasta

quedar la muestra totalmente uniforme en humedad, dando un indicador que

está lista para realizar el primer punto de compactación.

6. Agregar en el molde cilíndrico una pequeña capa de suelo, dar 25 golpes con

martillo en forma circular, repitiendo el proceso con 5 capas.

7. 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 espátula

y un cuchillo se procedió a enrasar y al respectivo pesaje de esta muestra.



8. Al retirar el anillo en cada uno de los 3 moldes y con un cuchillo se recorta la

muestra al ras con el borde.

9. Una vez pesado se sacó muestra para hallar el contenido de humedad y se

colocó en cápsula de aluminio.

10. Se toma una muestra pequeña (gramos) de la capa más alta y se deposita

en una cápsula para hallar el contenido de humedad

11. Con este contenido de humedad determinamos la densidad seca a partir de

la densidad húmeda.

12. 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.



13. Se vuelve a compactar en 5 capas de 25 golpes cada una.

14. Si aparece una piedra grande que deje vacío al enrasar se saca y se rellena.

Esto se asemeja al trabajo que hacen los ayudantes del maquinista en el

campo limpiándole el paso de piedras grandes.

15. Después de repetir el paso anterior, saco otra muestra y así hasta completar

cuatro puntos para la gráfica. Si el valor del peso no disminuyese, entonces

se sacaría otro punto adicional y se descartaría el anterior.

16. Se pesa el molde con la muestra y se determina la humedad y densidad de

las muestras.

El número de moldes a compactar dependerá en medida de los vacíos del suelo, ya

que si los vacíos se llenan de agua, pues disminuyen el peso de la última probeta

con relación a la anterior.

Al llenarse los vacíos con agua, esto es de menor densidad, entonces esta

disminuirá y por más que se le trate de compactar ésta ya no se compactará.

Expansión del Material

1. Se coloca un papel filtro sobre la superficie enrasada y se coloca la base

metálica perforada y se voltea la muestra.



2. Sobre la superficie libre se coloca otro papel filtro y se montará el platillo

con el vástago fijo.

3. Sobre el platillo se colocará las pesas de plomo. Estas representan el

peso de las capas superiores del pavimento. La sobrecarga mínima es de

10 libras equivalente a un pavimento de 5" de espesor.

4. El trípode con el cuadrante medidor de deformaciones se coloca sobre el

canto del molde y se ajusta el vástago de la placa perforada. Se registra

la lectura de la esfera y se quita el trípode

5. Con las pesas de sobrecarga se sumergen los moldes en un tanque de

agua, se coloca el trípode con el extensómetro montado y se deja en

saturación por 4 días. Se anotan las lecturas para controlar el

hinchamiento cada 24 horas.

6. Después de sumergida la muestra durante cuatro días se debe drenar

está secándola y posteriormente volteándola y sujetando el platillo y las

pesas durante 15 minutos.

7. Se remueve el disco, las pesas y el papel filtro, y se pesan las muestras.

Resistencia a la Penetración

1. Se colocan las pesas metálicas anulares de plomo. El molde con la

muestra y la sobrecarga se coloca debajo del pistón de la prensa de

carga aplicando una carga de asiento de 10 libras.

2. Se coloca el molde sobre el soporte de carga del gato (en la prensa)

y se ajusta de manera que el pistón esté centrado con la muestra.

3. Se tienen dos extensómetros: uno nos da valores de carga (superior)

y el otro nos da los valores de deformación (inferior). Este último se

calibra en cero.

4. La penetración del pistón es a velocidad constante (aprox. 5

centésimos de pulgada por minuto).



5. La penetración máxima en la muestra es de ½ pulgada. La lectura de

deformación es de un cuarto de pulgada por minuto y el otro

paralelamente va marcando la carga.

6. 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.

7. Las lecturas correspondientes para cada una de las pruebas se

encuentran en el formato adjunto. Si la lectura de penetración va

progresando y la lectura de carga se repite significa que la muestra ya

fallo, el pistón simplemente penetra sin que encuentre resistencia.

8. Un suelo que es malo no ofrece resistencia, en cambio un suelo que

es bueno ofrece resistencia hasta la última lectura.

9. El proceso de lectura se repite con cada una de las dos muestras

restantes.

10. La constante de la maquina es: 9.879527126 x lectura + 88.85960411.

11. Se determina los valores de la carga ya corregidos para 0.1 y 0.2

pulgadas de penetración con lo que obtendremos los valores de

C.B.R. Para lo cual se divide las cargas entre la carga patrón (1000 y

1500 lbs/plg2), luego se multiplica cada relación por 100 para obtener

un porcentaje.

12. El índice de C.B.R se obtuvo como un porcentaje del esfuerzo que se

requiere para hacer penetrare el pistón hasta la misma profundidad de

una muestra patrón de piedra triturada.

13. Una vez obtenidos los valores se grafica la curva densidad seca vs.

CBR. El valore correspondiente al 95% del Proctor nos dará el valor

del CBR.

14. Se grafican los datos obtenidos de carga-penetración.

Determinación del CBR

La resistencia que presenta la muestra a la hinca del pistón son las

siguientes:



Para 0.1”de penetración ..................1000lb/pulg2 (70 kg/cm2)

Para 0.2”de penetración .................1500lb/pulg2 (105 kg/cm2)




Por lo tanto tendríamos que la resistencia a la penetración de la roca triturada

es del 100%.

El C.B.R. de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de

penetración, expresada en porcentaje de su respectivo valor estándar.

Si los C.B.R. para 0.1” y 0.2” son semejantes se recomienda usar en los

cálculos el C.B.R. correspondiente a 0.2”.

.







DESCRIPCION

- Nuestra muestra ha sido extraida de la parte oeste de la ciudad universitaria

(UNPRG), a una profundidad de 1.5m y con aproximadamente 60 kg.

- De acuerdo con lo descrito anteriormente, procedemos a realizar el ensayo;

primero para la obtencion de la densidad y el contenido de humedad

mediante el PROCTOR MODIFICIADO; y los datos se muestran en la

siguiente tabla

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO

(ASTM D-1557, MTC E 115)

UBICACIÓN : CIUDAD UNIVERSITARIA

MATERIAL : ARENA CON GRAVA amarillo

PROCEDENCIA : PICACHO

USO : DISEÑO

FECHA : SETIEMBRE 2015

VOLUMEN DEL MOLDE : 2132 cm³

PRUEBA N° 1 2 3 4

1. Peso de molde + suelo compactado 7183 7370 7547 7363

2. Peso del molde 3010 3010 3010 3010

3. Peso del suelo compactado (1-2) 4173 4360 4537 4353

4. Densidad húmeda 1.957 2.045 2.128 2.042

5. Densidad seca 1.803 1.847 1.880 1.752

CONTENIDO DE HUMEDAD

FRASCO N° 253 271 293 30

1. Peso de frasco + suelo húmedo 113.38 100.28 94.44 97.42

2. Peso de frasco + suelo seco 106.14 92.54 85.98 86.64

3. Peso de agua contenida (1-2) 7.24 7.74 8.46 10.78

4. Peso del frasco 21.36 20.42 21.94 21.36

5. Peso del suelo seco (2-4) 84.78 72.12 64.04 65.28

6. Contenido de humedad (3/5 * 100) 8.54 10.73 13.21 16.51



Con los datos de contenido de humedad y densidad hallados, construimos la grafica

01

GRAFICA 01

Del grafico n° 01, al relacionar la densidad y el contenido de humedad obtenidos

mediante el ensayo de Proctor modificado; tomamos la densidad máxima (siendo el

punto más alto de la gráfica) y encontramos en consecuencia el contenido de

humedad optimo que será nuestro dato para realizar el ensayo de CBR. Y los

valores son los siguientes:

Máxima Densidad Seca 1.88 gr/cm3

Optimo Contenido de Humedad 13.14 %

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0

Den

sid

ad S

eca

(g/c

m3

)

Contenido de Humedad (%)





DESCRIPCION

Posteriormente dasarrollaremos el ensayo del CBR, de acuerdo a la norma descrita

anteriormente paso a paso. Empezamos con la compactacion, luego la expansion y

por ultimo la penetracion. Los datos y calculos se muestran en la siguiente tabla:

CBR- COMPACTACION

EXPANSION



PENETRACION

Como podemos observar, se calculan losEsfuerzos Aplicadosdividiendo la carga

para el área del pistón. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de

cargas por la constante del aparato, la que fue mencionada anteriormente.

De acuerdo a la norma y a nuestros cálculos, procedemos a construir las graficas,

se dibujan las curvas Esfuerzo vs. Penetración para cada molde, colocando en las

abscisas cada una de los valores de penetración y en las ordenadas los respectivos

esfuerzos. GRAFICA 02, GRAFICA 03 y GRAFICA 04.



GRAFICA N 02

GRAFICA N 03



GRAFICA N 04

Luego debemos obtener de estas curvas los valores de los esfuerzos necesarias

para lograr una penetración de 0.1” y 0.2”; y son los siguientes:





CONCLUSIONES

Del ensayo del Próctor Modificado se concluye :

El óptimo contenido de humedad de la muestra de suelo en

estudio es de 13.14%

La máxima densidad seca con un próctor modificado de 95%, es

de 1.786 gr/cm3.

El espesor de las capas del pavimento está en función del CBR.

De la gráfica de máxima densidad seca y CBR se ha obtenido el

CBR de diseño que para nuestro caso es el siguiente:

Para 0,1” ……………… 15%

Para 0,2” ……………… 30%

Como la diferencia entre estos valores no fue muy grande no fue

necesario realizar el ensayo nuevamente.

Según la Tabla V.3 (Clasificación 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

bueno, ya que nuestro CBR, nos dio 30%.

Para la determinación del CBR se tomó como comparación el valor

de la carga unitaria que soporta la piedra triturada.

Carga(lbs/pulg^2) Penetración.

1000 0.1"

1500 0.2"

El valor CBR = Resistencia a la penetración correspond. a 0.1" ó 0.2" (%) Carga patrón correspondiente a 0.1" ó 0.2"



ANEXOS





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