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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO DISEÑO DE PAVIMENTO

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1 TEMA: ENSAYO DE CBR


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1. INTRODUCCIÓN:

Existen muchos métodos para reproducir en el laboratorio las condiciones dadas de compactación de campo.

El primer método fue concebido al investigador Ing. Richard Proctor y se conoce como prueba Proctor Standard, posteriormente por acoplarla energía de compactación a la eficiencia de las máquinas modernas, el ensayo se modifica tomando precisamente el nombre de PROCTOR MODIFICADO.

Los métodos de laboratorio consisten en compactar el suelo en tres a cinco capas dentro de un molde especificado por medio de golpes de un pisón que se deja caer desde una altura dada.

La AASHTO acogió la propuesta de PROCTOR y ha establecido distintos métodos para realizar los ensayos de compactación, denominados METODOS ESTANDAR Y METODOS MODIFICADOS y cada uno a su vez tiene especificaciones agrupadas en: A, B, C y D.

Cuando se requiere menor trabajo o energía de compactación se usará el método estándar (AASHTO T-99), y

Cuando se requiere mayor trabajo o energía de compactación se usará el método modificado (AASHTO T-180).



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2. OBJETIVOS

Al terminar este trabajo en el laboratorio encontraremos:

Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características de resistencia y deformación del suelo extraído

Comprender en su totalidad el método directo del ensayo CBR. Conocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el Ensayo CBR. Precisar y señalar con exactitud la metodología y procedimientos usados en el ensayo y además

los tiempos que se requieren en algunas partes de la experiencia. Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado utilizando un

procedimiento adecuados para desarrollo del ensayo. Interpretar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que

permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado. Obtener un resultado lo más exacto posible realizar correctamente una expresión gráfica Fuerza

vs Penetración del ensayo de la muestra de suelo.



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3. FUNDAMENTO TEÓRICO

Origen

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 CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como subrasante 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.

Definición

El Ensayo CBR (California Bearing Ratio: Ensayo de Relación de Soporte de California) mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base de pavimentos.

Se efectúa bajo condiciones controladas de humedad y densidad.

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.

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 suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo.

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 cierta profundidad 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 de penetración en una muestra estándar de material triturado.

Descripción Ampliada

Diferenciamos distintos tipos de CBR en función de la calidad de suelos, a saber:

CBR suelos inalterados.



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CBR suelos remoldeados. CBR suelos gravosos y arenosos. CBR suelos cohesivos poco o nada plásticos. CBR suelos cohesivos plásticos.

Este procedimiento puede efectuarse en terreno compactado.

Este procedimiento mide la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra compactada de suelo después de haberla sumergido en agua durante cuatro días a la saturación más desfavorable y luego de haber medido su hinchamiento.

La muestra se sumerge para poder preveer la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo después de la construcción. Por ello, después de haber compactado el suelo y de haberlo sumergido, se lo penetra con un pistón el cual está conectado a un pequeño "plotter" que genera una gráfica donde se representa la carga respecto la profundidad a la que ha penetrado el pistón dentro de la muestra.

La gráfica obtenida por lo general es una curva con el tramo inicial recto y el tramo final cóncavo hacia abajo; cuando el tramo inicial no es recto se le corrige.

Con la gráfica observamos los valores de la carga que soportaba el suelo cuando el pistón se había hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en tanto por ciento ( % ), tomando como índice CBR el mayor de los porcentajes calculados.



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4. EQUIPOS Y MATERIALES EMPLEADOS:

Equipo

1. Molde de compactación para prueba de proctor modificado, método D con collarín.2. Enrasador3. Pisón compactador de 4,5 kg(10 lb)4. Balanza mecánica de 1gr de sensibilidad.5. Balanza eléctrica 0.01 gr de sensibilidad.6. Balanza de plataforma.7. Probeta graduada (500ml).8. Bandejas.9. Tamiz #410. Palustre11. Horno (temperatura 105-110 °C)12. Brocha13. Taras para contenido de humedad14. Pala.15. Retortas.16. Máquina de presión de Marshall C.B.R.17. Pistón de penetración.18. Pesas de sobrecarga.19. Calibrador pie de rey.20. Flexómetro.21. Papel.

Materiales.

1. Suelo que pase el tamiz #4.2. Agua



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5. PROCEDIMIENTO:

CONTENIDO DE HUMEDAD ÓPTIMO Y DENSIDAD MÁXIMA.

1. Tamizar el material que vamos a utilizar que pase por el tamiz #4.2. Pesar el cilindro de compactación sin collarín y registrar el peso.3. Agregar la cantidad de agua estimada a la primera porción y mezclar.4. Compactar la primera capa con el número de golpes según el método (25 golpes).5. Repetir el procedimiento 4 en las siguientes 2 capas restantes.6. Retirar el collarín y enrasar el material.7. Pesar el molde con el suelo.8. Tomar dos muestras par contenido de humedad.9. Realizar este procedimiento para las 5 porciones de material restante pero añadir un

porcentaje de agua del 3% 10. Graficar los valores y obtener el contenido de humedad óptimo y densidad máxima.

C.B.R.

1. Tamizar el material que vamos a utilizar que pase por el tamiz #4.2. Pesar el cilindro de compactación sin collarín y registrar el peso.3. Agregar la cantidad de agua estimada a la primera porción y mezclar.4. Compactar la primera capa con el número de golpes según el método (56 golpes).5. Repetir el procedimiento 4 en las siguientes 4 capas restantes.6. Retirar el collarín y enrasar el material.7. Pesar el molde con el suelo.8. Invertir el molde retirando la retorta.9. Dejar la muestra en agua que este saturado y tomar los datos de esponjamiento 10. Llevar la muestra a la máquina de C.B.R.11. Colocar el pistón sobre la superficie del molde.12. Colocar las pesas en forma de anillo.13. Aplicar carga al suelo tomando lecturas ya establecidas.14. Parar la penetración cuando esté en 0,05 pg. la deformación.15. Retirar el molde de la máquina.16. Tomar muestras para contenido de humedad de la parte superior e inferior del molde para

contenido de humedad.17. Repetir los pasos desde el punto 2 para las dos restantes porciones de material con el mismo

contenido de humedad pero con 25 y 56 golpes respectivamente



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6. TABLAS Y GRÁFICOS:


MUESTRA

HUMEDAD AÑADIDA %

AGUA AUMENTADA (cc)

MOLDE #

MOLDE +SUELO HUMEDO (gr)

PESO MOLDE (gr)

PESO SUELO HUMEDO (gr)

CONT. PROM. AGUA %

CONSTANTE MOLDE (cm3)

PESO UNITARIO HÚMEDO σm

DENSIDAD HUMEDA (gr/cm3)

DENSIDAD SECA (gr/cm3)

CONTENIDO DE AGUA

TARRO # H4 H5 IX X 11 9 VIII I A B

TARRO + SUELO HUMEDO (gr) 104,3 108,1 116,5 112,9 117,1 112,2 121 113,4 116,8 124,6

TARRO + SUELO SECO (gr) 90,2 93,4 98,2 95,1 96,4 92,4 97,1 90,7 91,5 97,5

PESO AGUA (gr) 14,1 14,7 18,3 17,8 20,7 19,8 23,9 22,7 25,3 27,1

PESO TARRO (gr) 14,4 14 14,1 14,2 14,4 13,9 14 13,8 14,2 14,4

PESO SUELO SECO (gr) 75,8 79,4 84,1 80,9 82 78,5 83,1 76,9 77,3 83,1

CONTENIDO DE AGUA % 18,60 18,51 21,76 22,00 25,24 25,22 28,76 29,52 32,73 32,61

CONTENIDO PROM AGUA %

LABORATORIO DE SUELOS

CAPAS: 5 GOLPES POR CAPA: 25 PESO MARTILLO: 10 LBS. ALTURA CAIDA: 18 PLG.

METODO A.A.S.H.T.O. MODIFICADO T-180-

COMPACTACIONMUESTRA : B Df Rasante

TABLA N°1

120 240 360 480

1 1 1 1

A B C D

3 6 9 12

29,14

5550 5350 5829 5407

4207 4207 4207 4207

E

15

480

1

5302

1,44 1,975 2,018 1,932

929,542 929,542 929,542 929,542

4207

18,56 21,88

1095

32,67

929,542

1343 1143 1622 1200

25,23

1,932

0,888

32,67

1,44 1,23 1,74 1,29 1,18

E

18,56 21,88 25,23 29,14

CONTENIDO DE HUMEDAD

1,219 1,009 1,393 1,000

A B C D


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TABLA N°1: ENSAYO DE COMPACTACIÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZOFACULTAD DE INGENIERÍA LABORATORIO DE SUELOS

TABLA N° 02

Humedad Óptima- Densidad Máx. Seca



Cont. Prom. Agua Dens. Seca (gr)

18,56 1,219

21,88 1,009

25,23 1,393

29,14 1,000

32,67 0,888


S

GRÁFICA N°1:

21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.00 29.00 30.000.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

1.600

% DE HUMEDAD

DEN

SIDA

D SE

CA

Densidad Seca vs Contenido de Humedad


TABLA N° 3

PENETRACIÓN (PULG.)

CARGA LBS./PULG2

CARGA CORREGIDA

VALORES C.B.R

0 00,05 460,1 70

0,15 890,2 105 105 10,5

0,25 1210,3 133

0,35 1450,4 157

0,45 167



S

0,5 176

PENETRACIÓN_ MOLDE 1


TABLA N° 4


CARGA LBS./PULG2

CARGA CORREGIDA

VALORES C.B.R

0 00,05 410,1 57

0,15 700,2 88 88 8,8

0,25 910,3 99

0,35 1080,4 117

0,45 1240,5 131



TABLA N° 5


CARGA LBS./PULG2

CARGA CORREGIDA

VALORES C.B.R

0 00,05 340,1 57

0,15 740,2 81 81 8,1

0,25 990,3 112

0,35 1210,4 129

0,45 136



S

0,5 143




S


GRÁFICA N° 2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.550

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

presiones (pulgs)

Pres

ione

s (lb

s/pu

lgs2

)

PENETRACIONES vs PRESIONES


TABLA N° 6

DENSIDAD MÁX. 0.95 de DENS. MÁX

1393,00 1323,35

DENSIDAD MÁX. Por el factor K



S


GRÁFICA N° 3

8 8.25 8.5 8.75 9 9.25 9.5 9.75 10 10.25 10.5 10.75 11

1200

1250

1300

1350

1400

1450

VALOR C.B.R AL 100% DE SU MAXIMA DEN-SIDAD ES 8.37%

VALORE C.B.R

dens

idad

seca

kg/

m3


8, 37; 1323,35


S

CONCLUSIONES:

Al comparar la tabla de valores referenciales de CBR, usos y suelo, con el CBR que se obtuvo de 8,37 %, se puede decir que el suelo obtenido es regular y su uso puede ser para sub-base de una construcción.

RECOMENDACIONES:

Es importante recordar que al dejar caer el martillo de compactación debe caer libremente, es decir, en caída libre sin aplicar ningún tipo de fuerza.

La mezcla del suelo con el agua se realiza hasta que la muestra tenga una humedad uniforme. La medida de las dimensiones del molde y de los pesos se tomará lo más preciso posible para

evitar que el margen de error sea significativo. Las muestras de suelo para el ensayo de CBR debe estar lo más compactado posible de tal forma

que si les damos la vuelta no se vengan hacia abajo al igual que la retorta. Para tener éxito en dicha práctica es importante que la máquina sea previamente programada

para deformación controlada.

BIBLIOGRAFÍA:

http://www.monografias.com/trabajos15/compactacion/compactacion.shtml http://html.rincondelvago.com/compactacion-de-suelos.html http://www.google.com.ec/url?sa=t&source=web&cd=9&ved=0CFAQFjAI&url=http%3A%2F

%2Fwww.galeon.com%2Fgeomecanica%2Fcap14.pdf&rct=j&q=compactacion%20proctor&ei=Nh8aTfrIGoH98AbT9oCJDg&usg=AFQjCNEa-56doE86DSQtSQSKF16g4jXHuA&cad=rja

http://www.google.com.ec/url?sa=t&source=web&cd=1&ved=0CBEQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.unalmed.edu.co%2F~geotecni%2FGG-17.pdf&rct=j&q=compactacion%20proctor&ei=Nh8aTfrIGoH98AbT9oCJDg&usg=AFQjCNEKoCKV-SqwhNIZb8-ImWEf0zeq2A&cad=rja

Bowles, Joseph E. (1981), “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil”. Mc Graw-Hill Book Company.

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



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ANEXOS:

ANEXO 1.- Cálculos Típicos

Para completar la tabla respectiva se realizó los siguientes cálculos:

Volumen del molde V:

V= π∗Di2

4∗H

V=π∗(15,30cm)2

4∗12,67 cm

V=2329,43cm3=Vm

Peso del suelo húmedo Wm:

Wm= (pesomolde+suelo hú medo )−pesomolde

Wm=5550 g−4207 g

Wm=1343 g

Peso unitario húmedo γm:

γm=WmVm

γm= 1343 g

329,54 cm3

γm=1,44 g/cm3

Para encontrar el peso del suelo húmedo y el peso unitario húmedo para las muestras 2, 3 y 4 se realiza el mismo procedimiento de la muestra 1.

CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso del agua Ww:

Ww1=(rec+suelo húmedo )−(rec+suelo seco )



S

Ww1=104,3g−90,2 g

Ww1=14,1g

Ww2=(rec+suelo húmedo )−(rec+suelo seco )

Ww2=106,1g−93,4 g

Ww2=14,7 g

Peso del suelo seco Ws:

Ws1=(rec+suelo seco)−Wrec

Ws1=90,2 g−14,4 g

Ws1=75,8 g

Ws2=(rec+suelo seco)−Wrec

Ws2=93,4 g−14 g

Ws2=79,4 g

Contenido de humedad W%:

W%1=WwWs

∗100

W%1=14,1g75,8g

∗100

W%1=18,60%

W%2=WwWs

∗100

W%2=14 g79,4 g

∗100

W%2=18,51%Contenido de humedad promedio W%:

W%=W%1+W %2

2

W%=18,60%+18,51%2

W%=18,56%

Densidad seca γd:

γd= γm1+W

γd=1,219 g/cm3



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ANEXO 2.- Fotografías

A continuación se presentan algunas imágenes de los equipos y materiales que se utilizó para el desarrollo de la presente práctica así como del procedimiento:

EQUIPOS

Martillo de compactación de 10lb

Bandejas metálicas cuadradas

Recipientes metálicos

Probeta graduada de 50ml

Balanza mecánica

Balanza electrónica

Recipientes metálicos para contenido de humedad


Horno para secado de muestras

Calibrador pie de rey

Palustre

Enrazador

Carretilla

Palas

Tamiz #4

Máquina de compresión simple


MATERIALES

Suelo tamizado

PROCEDIMIENTO

Toma de la muestra de suelo

Tamizada del suelo en el tamiz #4


Medida de los diámetros y alturas de los moldes con el calibrados

Peso de las muestras de suelo

Mezcla del suelo con el porcentaje de agua estimado

Compactación de las muestras de suelo con proctor modificado


Enrasada y retiro del exceso de las muestras de suelo ya compactada

Ensayo de las muestras de suelo compactadas en la máquina de compresión simple

Toma de los pesos de los recipientes con y sin las muestras para contenido de humedad

Secado de las muestras en el horno

Anexo 3.- tabla de CBR


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