CBR 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P. INGENIERÍA CIVIL ASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS II DOCENTE: ING. JULIO RIVASPLATA INTEGRANTES:

TEMA: “ENSAYO CBR DE LA ARENA Y AFIRMADO”

NUEVO CHIMBOTE – PERÙ PERÙ DICIEMBRE 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA

E.A.P. INGENIERÌA CIVIL Mecánica de Suelos II 2013-II

ENSAYO C.B.R. (Ensayo de Relación de Soporte de California ) I.

OBJETIVOS: 1.1. OBJETIVO GENERAL: Es

establecer

una

relación

entre

el

comportamiento

de

los

suelos

principalmente utilizados como bases y sub. Rasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, determinando la relación entre el valor de CBR y la densidad seca que se alcanza en el campo de arena y afirmado.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características de

resistencia y deformación del suelo extraído (arena (ar ena y afirmado).  Obtener un resultado lo más exacto posible para realizar correctamente una

expresión gráfica Fuerza v/s Penetración del ensayo de la muestra de suelo.

II.

FUNDAMENTO TEORICO: 

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. es tándar. 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 suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo s uelo 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.





Definición de número CBR: El experimento de suelos gravosos y arenosos se realiza inmediatamente, en cambio en suelos cohesivos poco o nada plásticos y suelos cohesivos plásticos se realiza mediante expansión se efectuará con agua en 4 días saturación más desfavorable y la medida de expansión se realizar cada 24 horas. El ensayo CBR (ensayo de Relación de Soporte de California), mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte pero, de la aseveración anterior, 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.

El número CBR (o simplemente CBR) se obtiene como la relación de la carga unitaria (en lbs. /plg²) 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. El C.B.R. varía de acuerdo a la compactación del suelo su contenido de humedad al compactar y cuando se realiza el ensayo. Los ensayos del C.B.R. pueden ser realizados “In Sito” usando el equipo correspondiente al labora torio tanto en muestras inalteradas como en compactadas. Los ensayos “In sito” se realizan solamente en el suelo con el contenido de humedad existente. Han sido pensados procedimientos para preparar la muestra de laboratorio de diferentes clases de suelos con el fin de reproducir las condiciones que verdaderamente se producirán durante y después de la construcción. Estos procedimientos se aplican cuando le contenido de humedad durante la construcción va a ser el óptimo para tener la máxima densidad, además el suelo va a ser compactado al menos al 95%. Si se utilizarían otros medios para controlar la compactación, los procedimientos deberían ser modificados de acuerdo a ellos. En forma de ecuación esto es:

CBR:

Carga unitaria de ensayo x100 Carga unitaria de patrón



De ésta ecuación se puede ver que el CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón. Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son los siguientes:

PENE TRACI ÓN

CARGA UN I TA RI A PATRÓN

mm

Pulg.

Mpa.

Kg/cm²

Psi.

2.54

0.1

6.9

70.00

1000

5.08

0.2

10.30

105.00

1500

7.62

0.3

13.10

133.00

1900

10.16

0.4

15.80

162.00

2300

1207

0.5

17.90

183.00

2600

El CBR 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 valor de CBR 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 óptima para el suelo específico determinado. Utilizando el ensayo 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 modificado del experimento.



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





CBR - ASTM D 4429- 93: Diám. Del molde (pulg.)

6

Martillo (lb.)

10

No. de capas

5

No. golpes / capa

12

25

56

El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes: o

Determinación de la densidad y humedad.

o

Determinación de las propiedades expansivas del material.

o

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 C BR será diferente en cada caso.

A. Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados: 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. III.

EQUIPOS Y MATERIALES: 

Para la Compactación: - Molde - Disco espaciador de acero - Pisón - Trípode y extensómetro - Pesas de plomo anular



Para la Prueba de Penetración: - Pistón sección circular - Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica.



- Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros, etc.


IV.


PROCEDIMIENTO: C.B.R DE ARENA

3º Sacamos del horno a la muestra y procedemos a pesarlo 7 kg. En cada recipiente, obteniendo 3 muestras.

4ºPara la preparación de la probeta, mezclamos la muestra de suelo con la cantidad de agua que nos entregó el ensayo del Proctor modificado, con la que obtuvimos la humedad óptima.

5ºHomogenizamos bien la muestra con la cantidad de agua para nuestra muestra.



6ºLuego procedemos a ccompactar el suelo húmedo en tres moldes distintos de 56, 26 y 12 golpes por cada capa (5 capas hasta llenar el molde).

7ºDespués enrazamos el molde y se pesamos.

8ºLuego procedemos a sumergirlo, dejamos las muestras sumergidas por un día.



9º Pasado el tiempo establecido, retiramos la muestra del agua y la dejamos escurrir por 15 min. Luego lo sometemos uno a uno a evaluar cada muestra en el pistón de penetración y recopilamos los datos de la penetración cada 0.025 pulg., observamos también la lectura del dial.


V.


CALCULOS Y RESULTADOS: C.B.R DE ARENA a) Ensayo preliminar de Proctor modificado: Utilizando Energía de Compactación Standard – Método A: Este ensayo se aplica para suelos q tienen 30% o menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de ¾´´ (19mm). Cumpliendo con lo siguiente:

METODO "A": 

Molde:4 pulg. de diámetro (101,6mm).



Material: Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm). -Capas: 5 -Golpes por capa: 25 Uso: Cuando el 20% ó menos del peso del material son retenidos en el tamiz Nº 4 (4,75 mm).

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO ( MTC E 115-2000 - ASTM D- 1557) MOLDE No.

I

II

III

IV

V

1

Volumen del molde (cm3)

947.871

947.871

947.871

947.871

947.871

2

Peso del molde (gr)

1768.000

1768.000

1768.000

1768.000

1768.000

3

Peso del molde + muestra húmeda (gr)

3385.000

3427.000

3473.000

3493.000

3503.000

4

Peso de la muestra húmeda (gr)

1617.000

1659.000

1705.000

1725.000

1735.000

5

Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3)

1.706

1.750

1.799

1.820

1.830



CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA 27.6

26.817

25.527

26.191

27.253

Peso de la tara + suelo húmedo (gr)

128.993

135.090

100.536

119.080

135.069

8

Peso de la tara + suelo seco (gr)

125.603

131.564

96.746

114.266

127.377

9

Peso del agua (gr)

3.390

3.526

3.790

4.814

7.692

10

Peso del suelo seco (gr)

98.003

104.747

71.219

88.075

100.124

11

Contenido de humedad (%)

2.592

2.499

4.455

4.599

6.816

12

Densidad seca de la muestra (gr/cm3)

1.663

1.664

1.676

1.673

1.684

6

Peso de la tara (gr)

7

Promedio:

Contenido de humedad (%)

2.546

4.527

6.919

8.772

10.774

Densidad seca de la muestra (gr/cm3) 1.664

1.674

1.682

1.673

1.652

PROCTOR MODIFICADO 1.685

1.680

1.675

1.670

1.665

1.660

1.655

1.650 2.000

3.000

4.000

5.000

Máxima Densidad Seca: 1,683 gr/cm 3 Contenido de Humedad: 6.90%

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

11.000



b) Compactación de los moldes CBR Molde N°

I

II

III

N° de capas

5

5

5

N° de golpes por capa

56

26

12

10498

10348

10224

6766.00

6743.00

6672.00

3732.00

3605.00

3552.00

2096.00

2078.00

2096.00

1.781

1.735

1.695

1

Peso del molde + suelo compactado [gr]

2

Peso del molde [gr]

3

Peso de suelo compactado [gr]

4

Volumen de molde [cm3]

5

Densidad húmeda [gr/cm3]

(1)-(2)

(3)/(4)

CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA Tara N°

1

2

3

6

Peso de la tara, [gr]

17.721

19.224

23.452

7

Peso de la tara + suelo húmedo, [gr]

105.141

132.422

124.371

8

Peso de la tara + suelo seco, [gr]

99.555

125.491

118.544

9

Peso del agua, [gr]

(7)-(8)

5.59

6.93

5.83

10 Peso del suelo seco, [gr]

(8)-(6)

81.83

106.27

95.09

11 Contenido de humedad, [%]

(9)/(10)x100

6.83

6.52

6.13

12 Densidad seca de la muestra, [gr/cm3]

5/(1+(11)/100

1.667

1.629

1.597



c) Prueba de penetración Penetración Presión patrón (pulg)

Molde N° II

Molde N° III

Dial

Presión

Dial

Presión

Dial

Presión

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.025

0.025

1.819

0.025

0.930

0.025

0.579

0.050

0.050

5.809

0.050

3.251

0.050

2.010

0.075

0.075

10.264

0.075

6.186

0.075

4.000

0.100

15.116

0.100

8.889

0.100

5.623

0.125

0.125

20.868

0.125

12.222

0.125

8.119

0.150

0.150

26.465

0.150

16.165

0.150

9.964

0.175

0.175

30.718

0.175

20.341

0.175

11.519

0.200

35.525

0.200

22.677

0.200

13.266

0.225

0.225

38.677

0.225

26.811

0.225

14.506

0.250

0.250

42.295

0.250

29.344

0.250

15.550

0.275

0.275

45.447

0.275

30.992

0.275

16.284

0.300

47.612

0.300

32.155

0.300

17.147

0.325

0.325

50.000

0.325

33.271

0.325

17.917

0.350

0.350

52.532

0.350

35.323

0.350

18.553

0.375

0.375

54.238

0.375

36.848

0.375

19.168

0.400

55.788

0.400

35.928

0.400

19.943

0.100

0.200

0.300

0.400

(kg/cm²)

Molde N° I

70

105

134

162



60

50

40

Molde I 30

Molde II Molde III

20

10

0 0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

Curva C.B.R. para 0. 1”: Penetración

Presión aplicada

Presión aplicada

C.B.R.

(pulg)

(kg/cm²)

(kg/cm²)

(%)

I

0.100

15.12

70.00

21.59

II

0.100

8.89

70.00

12.70

III

0.100

5.62

70.00

8.03

Molde



1.670

1.660

1.650 ) 3 m c 1.640 / r g ( a c e 1.630 S d a d i s 1.620 n e D

1.610

1.600

1.590 5.00

7.00

9.00

11.00

13.00

15.00

CBR (%)

C.B.R. 100% MDS :

14.00%

CBR 95% MDS :

8.50%

17.00

19.00

21.00

23.00



C.B.R DE AFIRMADO a) Ensayo preliminar de Proctor modificado: Utilizando Energía de Compactación Standard – Método C: Este ensayo se aplica para suelos q tienen 30% o menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de ¾´´ (19mm). Cumpliendo con lo siguiente:

METODO "C": Molde: 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. Materiales: Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). Capas: 5 Golpes por Capa.- 56 Usos: Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A o B.

ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE LA AFIRMADO (PROCTOR MODIFICADO) Nº MUESTRA

I

II

III

IV

V

1

2

3

4

5

1

Volumen del molde, (cm³)

2097,77

2097,77

2097,77

2097,77

2097,77

2

Peso del molde, (gr)

2824,00

2824,00

2824,00

2824,00

2824,00

3

Peso del molde, (gr) +Muestra Húmeda, (gr) 7644,00

7792,00

7877,00

7899,00

7848,00

4

Peso Muestra Húmeda, (gr)

4820

4968

5053

5075

5024

5

Densidad Húmeda de la Muestra, (gr/cm³)

2,298

2,368

2,409

2,419

2,395

CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA Recipiente

1

2

3

4

5

6

Peso de la tara (gr)

38,201

18,156

17,232

37,699

40,194

7

Peso de la tara(gr) + Suelo Húmedo (gr)

83,230

59,525

63,835

86,293

99,478



8

Peso de la tara (gr) + Suelo seco (gr)

81,895

57,624

61,139

82,910

94,612

9

Peso del agua(gr)

1,335

1,901

2,696

3,383

4,866

10

Peso Suelo seco (gr)

43,694

39,468

43,907

45,211

54,418

11

Contenido de Humedad (%)

3,055

4,817

6,140

7,483

8,942

12

Densidad seca de la Muestra (gr/cm³)

2,230

2,259

2,269

2,251

2,198

Con los cálculos obtenidos de densidad seca y contenido de humedad hacemos el siguiente gráfico, la intersección de las coordenadas en el punto de inflexión serán los resultados finales.

2.280

) 2.260 ³ m c / r g 2.240 ( a c e s d 2.220 a d i s n e D2.200

2.180 3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Contenido de Humedad (%)

Máxima Densidad Seca :

2,27 gr/cm3

Contenido de Humedad:

6,11 %

HALLANDO LA CANTIDAD DE AGUA A USAR PARA EL CBR: El contenido de humedad óptimo del Proctor Modificado fue de 8.133% y para lograr el óptimo contenido de humedad se usó más de 200 ml: 555 ml X

--------------------------

X = 555 x 6,11 6,140

6,140 6,110

9.0


X = 552.29ml


Para 5kg

Ahora: 5kg -------------- 552.29 ml 6kg

------------- X

X =6 kg x 552.29 ml 5kg

X = 662.748 ml Se utilizarápara obtener el óptimo conteni do de hu medad de los 6kg del afi rmado. Máxima Densidad Seca (gr/cm3)

2.27

Optimo Contenido de Humedad (%)

6.11

b) Compactación de los moldes CBR Molde N°

I

II

III

N° de capas

5

5

5

N° de golpes por capa

56

26

12

1

Peso del molde + suelo compactado [gr]

11570.00

11663.00

11721.00

2

Peso del molde [gr]

6766.00

6743.00

6672.00

3

Peso de suelo compactado [gr]

4804.00

4920.00

5049.00

4

Volumen de molde [cm3]

2096.00

2078.00

2096.00

5

Densidad húmeda [gr/cm3]

2.292

2.368

2.409

(1)-(2)

(3)/(4)

CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA Tara N°

1

2

3

6

Peso de la tara, [gr]

37.75

35.83

42.14

7

Peso de la tara + suelo húmedo, [gr]

71.379

77.601

82.892

8

Peso de la tara + suelo seco, [gr]

69.282

75.216

80.535

9

Peso del agua, [gr]

(7)-(8)

2.10

2.39

2.36

10 Peso del suelo seco, [gr]

(8)-(6)

31.53

39.38

38.40



11 Contenido de humedad, [%]

(9)/(10)x100

6.65

6.06

6.14

12 Densidad seca de la muestra, [gr/cm3]

5/(1+(11)/100

2.149

2.232

2.270

c) Prueba de penetración

Penetración (pulg)

Presión patrón

Molde N° II

Molde N° III

Dial

Presión

Dial

Presión

Dial

Presión

0.000

0.000

0.00

0.000

0.00

0.000

0.00

0.025

0.025

2.10

0.025

3.58

0.025

2.82

0.050

0.050

5.08

0.050

7.20

0.050

11.61

0.075

0.075

10.24

0.075

10.78

0.075

22.39

0.100

19.81

0.100

32.61

0.100

39.12

0.125

0.125

35.21

0.125

49.48

0.125

54.92

0.150

0.150

56.42

0.150

79.52

0.150

87.99

0.175

0.175

77.85

0.175

101.99

0.175

105.11

0.200

102.21

0.200

123.50

0.200

128.88

0.225

0.225

126.62

0.225

140.44

0.225

151.03

0.250

0.250

150.72

0.250

162.08

0.250

176.67

0.275

0.275

174.05

0.275

179.45

0.275

195.10

0.300

185.57

0.300

186.27

0.300

207.67

0.325

0.325

195.75

0.325

205.02

0.325

227.77

0.350

0.350

212.13

0.350

215.85

0.350

232.34

0.375

0.375

225.84

0.375

227.77

0.375

235.85

0.400

237.60

0.400

240.55

0.400

242.45

0.100

0.200

0.300

0.400

(kg/cm²)

Molde N° I

70

105

134

162



300.00

250.00

200.00 Molde I 150.00

Molde II Molde III

100.00

50.00

0.00 0.000

0.050

0.100

0.150

0.200

0.250

0.300

0.350

0.400

0.450

Penetración

Presión aplicada

Presión aplicada

C.B.R.

(pulg)

(kg/cm²)

(kg/cm²)

(%)

I

0.100

19.81

70.00

28.30

II

0.100

32.61

70.00

46.59

III

0.100

39.12

70.00

55.89

0.00

10.00

Molde

2.280 2.260 ) 3 2.240 m c / r g ( 2.220 a c e s d 2.200 a d i s n e 2.180 D

2.160 2.140 20.00

30.00

CBR (%)

C.B.R. 100% MDS: 55.90% CBR 95% MDS: 30.10%

40.00

50.00

60.00


VI.


CONCLUSIONES: C.B.R. (Arena) El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20% y en esta caso para 0.1” es 25%, para 0.2” 60.5%. En general el CBR casi no vería apreciablemente con los cambios de humedad si no que mantiene su rango que va desde 1.37 gr/cm³ a 1.88 gr/cm³. El CBR se puede determinar sin saturar la muestra. El CBR que se adopte podrá ser el que corresponde a su máxima densidad. Si se sigue un criterio más conservador, el menor de los CBR obtenidos.

C.B.R. (Afirmado) el material para ser usado como Base CBR>80% el material para ser usado como Sub-base CBR>40%, esto debe ir en las conclusiones que el material no puede ser usado como sub-base El ensayo CBR es muy importante en la ingeniería de caminos, carreteras y aeropuertos, y por lo tanto para los diseños estructurales de estas obras u otras relacionados, ya que representa un parámetro comúnmente aceptado y difundido. Este ensayo se basa en llevar el suelo previamente compactado a la saturación, ya que se deja el tiempo necesario bajo el agua para que esto ocurra. Esto tiene por objeto simular las condiciones más desfavorables con que el suelo pudiera encontrarse en la realidad.

VII.

RECOMENDACIONES: Se debe Calibrar las balanzas antes de usar para no obtener resultados erróneos. No pesar las taras inmediatamente después de sacar del horno, sino dejarlas enfriar un poco. Al realizar el golpeado en el molde de compactación debe de cerciorarse que se den los golpes necesarios, para obtener una buena compactación. Se recomienda tener mucho cuidado en el mezclado del suelo con el agua y en la completa destrucción de los gramos del suelo. También debe cuidarse de repartir uniformemente los golpes del pisón sobre la superficie de la muestra.




VIII.


BIBLIOGRAFIA: JUAREZ BADILLO, teoría y aplicaciones de la mecánica de suelos, Tomo I. Editorial Limusa, México 1977. Manual de ensayos de laboratorio del ministerio de transportes. MTC E 132 2000 CBR de suelos (laboratorio). Universidad Nacional de Ingeniería FIC – CISMID, Ing. Luis Chang ChangLaboratorio Geotécnico “Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres” (CISMID).

CBR 2013

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