Universidad de Oriente.Nùcleo Bolívar.

Escuela de Ciencias de le Tierra.Departamento de Geotécnia.

Catedra: Ensayo de Materiales.

Ciudad Bolívar, Diciembre del 2010

Índice.

Introducción…………………………………………………….………………..3

1- OBJETIVOS1.2- Objetivo General………………………………………..…………………4

1.3- Objetivos Específicos…………………………………………..…………4

2- ASPÉCTOS TEÓRICOS:2.1- Definición del método CBR…………………………………….…………5

2.2- Numero CBR………………………………………………………..……...5

2.3- Método de CBR In Situ…………………………………………..………..7

2.4- Equipos utilizados………………………………………………….………8

2.5- Procedimiento de la practica………………………………………..………9

2.6- Recomendaciones del ensayo……………………………………………..11

2.7- Cálculos y Gráficos……………………………………………………..….11

Conclusión…………………………………………………………….……14

Bibliografía………………………………………………………………….15

Anexos………………………………………………………………………16

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INTRODUCCION

La mayor falla de los pavimentos flexibles, se deben principalmente al

desplazamiento, es decir la falla "al corte", de los materiales que componen las diferentes

capas del suelo, es por esto que se diseña este ensayo (CBR) basándose en la

determinación de la resistencia al corte de un suelo, que se puede realizar por medio del

ensayo de "corte directo", de una prueba triaxial, o simplemente midiendo la resistencia

a la penetración del material.

El método de Relación de Soporte California (CBR) fue propuesto por el

Ingeniero O.J. Portere en 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras del Estado

de California y otros organismos técnicos de carreteras, así como por el cuerpo de

Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de Norteamérica. Se establece en este

método una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su valor relativo

como base de sustentación de pavimentos flexibles. Este método, si bien es empírico, se

basa en un sin número de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los

laboratorios de ensayo de materiales, así como en el terreno, lo que permite considerarlo

como uno de los mejores métodos prácticos.

Originalmente el ensayo CBR fue utilizado como una forma de clasificación de

la capacidad de un suelo para ser utilizado como sub-rasante o material de base en

construcción de carreteras (1929). El ensayo CBR (La ASTM denomina el ensayo

simplemente un ensayo de relación de soporte) mide la resistencia al corte de un suelo

bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo se aplica solo al estado

en el cual se encuentra el suelo durante su realización. Es decir el número CBR que se

obtiene no es constante.

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OBJETIVOS.

1.1- Objetivo General:

Determinar la resistencia de un suelo que está sometido a esfuerzos cortantes y

evaluar la calidad relativa para subrasante, sub-base y base de pavimentos.

1.2- Objetivos Generales:

Definir el Método de CBR.

Decir lo que significa el numero CBR.

Explicar el Método de CBR In Situ.

Describir el procedimiento utilizado en el laboratorio explicando sus

cálculos y gráficos.

Nombrar algunas recomendaciones a la hora de aplicar el método.

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FUNDAMENTOS TEORICOS

Definición:

El ensayo CBR (ensayo de Relación de Soporte de California), consiste en someter una muestra representativa de la explanada, compactada y saturada de agua, a un ensayo de penetración o punzonamiento con un pistón cilíndrico, en el que se determina el índice CBR. A mayor índice CBR, mayor es la capacidad de soporte de la explanada, siendo CBR, igual a 5 el menor valor admitido sin ser preciso efectuar una mejora de las condiciones de la explanada (sustitución de suelos o estabilización con cemento) en otras palabras este ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas.

Existen diferente tipos de C.B.R. como son:C.B.R: suelos remoldeados.C.B.R. suelos inalterados.C.B.R. suelos gravosos y arenososC.B.R. suelos cohesivos poco o nada plásticos.C.B.R. suelos cohesivos plásticos.

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 de saturación más desfavorable y la medida de expansión se realizar cada 24 horas.

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.En forma de ecuación esto es:

CBR=Cargaunitariadel ensayoCargaunitaria patrón

X100

De ésta ecuación se puede ver que el CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón.

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Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son los siguientes:

Tabla 1. Valores de penetración del ensayo de CBR

Tabla 2. Valores de carga unitaria a utilizar en la ecuación anterior

Penetración Carga unitaria Patrónmm Pulg Mpa Psi Kg/cm2

2,5 0,10 6,9 1,000 0,0705,0 0,20 10,3 1,500 0,1057,25 0,30 13,0 1,910 0,13410,0 0,40 16,0 2,300 0,16212,7 0,50 18,0 2,600 0,183

Usualmente el número CBR, se basa en la relación de carga para una penetración de 2,5 mm. (0,1"), sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5 mm. (0,2") es mayor, el ensayo debe repetirse. Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5 mm de penetración, dicho valor será aceptado como valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación Proctor.

Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo más desfavorables y para determinar su posible expansión.

En general se confeccionan 3 probetas como mínimo, las que poseen distintas energías de compactación (lo usual es con 56, 25 y 12 golpes). El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm y quede retenido en el tamiz de 20 mm se recomienda que esta fracción no exceda del 20%.

En ambos ensayos de penetración para determinar los valores de CBR se coloca una sobrecarga sobre la muestra. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos propósitos:

1. Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura.

2. Dar indicación de la pérdida de resistencia debido a la saturación en el campo.

El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una tasa de deformación unitaria de 1.27 mm/min. Se toman lecturas de carga contra penetración a cada 0.5 mm de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm a partir del cual se toman lecturas con incrementos de 2.5 mm hasta obtener una penetración total de 12.7 mm.

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El valor de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente con fines de utilización con base y sub-rasante bajo pavimentos de carreteras y aeropistas. La siguiente tabla de calificaciones típicas:

Tabla 4. Comparación entre CBR y los Sistemas Unificado y AASHTO.

CBR Clasificacióngeneral

Usos SistemaUnificado

AASTHO

0 – 3 Muy Pobre Sub-rasante OH, CH, MH, OL

A5, A6, A7

3 – 7 Pobre a Regular

Sub-rasante OH, CH, MH, OL

A4, A5, A6, A7

7 – 20 Regular Sub-base OL, CL, ML, SC, SM, SP

A2, A4, A6, A7

20 – 50 Bueno Base,Sub-base

GM, GC, SW, SM, SP, GP

A1b, A2-5, A3, A2-6

> 50 Excelente Base GW, GM A1a, A2-4, A3

Método CBR in situ.

Es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la estructura que soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos y en movimientos de tierra importantes. Básicamente la fase de penetración de este ensayo es similar a la descrita anteriormente.

Lo usual es determinar primero la densidad in situ del material en el lugar de ensayo, el cual puede ser usado bajo cualquiera de las siguientes condiciones:

- Cuando la densidad in situ y el contenido de humedad son tal que el grado de saturación es de un 80% o superior.

- Cuando el material es de granos gruesos y su cohesión es tal que no se vea afectado por cambios en la humedad.

- Cuando el material ha estado en el lugar por varios años. En estos casos la humedad no es constante pero fluctúa dentro de rangos estrechos y el ensayo CBR in situ se considera como un indicador satisfactorio de la capacidad de soporte del suelo.

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Por lo general se elige un lugar donde no haya piedras mayores a 3/4", deberá removerse el material suelto y nivelar la superficie, luego se coloca un sistema de reacción montando un gato, con anillo dinamométrico y pistón, en forma vertical, aplicando la reacción con un vehículo cargado u otro sistema. En caso de que el pistón sea colocado en forma horizontal, la reacción será dada por la pared contraria del pozo construido para este efecto. Se colocan los anillos de sobrecarga directamente al suelo y se carga el pistón al suelo con una fuerza menor que 4,54 kg. Se debe instalar un dial comparador para registrar las lecturas de deformaciones, en un punto que permanezca constante e inmóvil (por ejemplo una viga empotrada al suelo en poyos de hormigón).

La penetración se realiza en forma similar al ensayo tradicional y el ensayo se repite en otros dos puntos escogidos con anterioridad. La forma de expresar los resultados también es idéntica al método de laboratorio, es decir, trazando la curva tensión contra penetración, corrigiendo la curva si fuese necesario y calculando el CBR in situ, usando los valores de penetración de 0,1" y 0,2".

EQUIPOS EMPLEADOS EN EL ENSAYO CBR.

Molde de compactación de 15.2 cm de diámetro x 17.8 cm de altura (o equivalente, con collar).

Disco espaciador de 15.1 cm de diámetro x 6.14 cm de altura (ó 5.1 cm de altura si ese está disponible).

Martillo de compactación (bien el de 24.5 N o el de 44.5 N).

Aparato para medir la expansión con deformímetro de carátula con precisión de 0.01 mm.

Pesos para sobrecarga.

Máquina de compresión equipada con pistón de penetración CBR (diámetro de 4.953 cm con sección transversal de 19.4 cm2) y capaz de penetrar a una taza de 1.27 mm/min.

Estanque lleno de agua.

Bandeja de mescla.

Papel Filtro

Tamices.

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PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

1. Preparar aproximadamente 20 kg de suelo de grano fino menor que el tamiz Nº 4, al contenido de humedad óptima del suelo determinado con el esfuerzo de compactación adecuado (ensayo de compactación).

2. Antes de compactar el suelo en un molde se debe tomar una muestra representativa para determinar su contenido de humedad

3. Pesar el molde sin su base ni el collar.

4. Ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador (el disco redondo sólido de 15.1 x 5.1 cm) en el molde y cubrirlo con un disco de papel de filtro.

5. Compactar el suelo de acuerdo con la norma ASTM D698 ó D1557. Tomar una muestra representativa para determinar el contenido de humedad final del suelo remanente.

6. Quitar el collar y enrasar la muestra suavemente hasta nivelarla en el molde. Llenar con suelos finos los pequeños huecos que se hayan podido formar en la operación anterior de nivelación de la muestra. Para suelos de grano grueso se pueden utilizar partículas de suelo ligeramente menores que el agujero para completar el volumen en el sitio requerido.

7. Retirar la base y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y determinar el peso unitario total del suelo.

8. Colocar un disco de papel de filtro sobre la base, invertir la muestra de forma que el espacio de 5.1 cm dejado por el disco espaciador quede en la parte superior), y asegurar el molde a la base de forma que el suelo quede en contacto con el papel de filtro.

Para muestras no saturadas, llevar a cabo los pasos 9 a 11 que se presentan a continuación:

9. Colocar suficientes pesas ranuradas (no menos de 4.5 kg) sobre la muestra de suelo para simular la presión de sobre carga requerida.

10. Colocar la muestra en la máquina de compresión y sentar el pistón sobre la superficie de suelo utilizando una carga inicial no mayor de 4.5 kg. Fijar el cero en los deformímetros de medida de carga y de penetración (o deformación).

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11. Hacer lecturas de deformación o penetración y tomar las respectivas lecturas del deformímetro de carga. Extraer la muestra del molde y tomar dos muestras representativas adicionales para contenido de humedad.

Para muestras saturadas, llevar a cabo los pasos 12 a 18 que se presentan a continuación:

12. Colocar la placa perforada con el vástago ajustable sobre el suelo compactado y aplicar suficientes pesas ranuradas adicionales para obtener la sobrecarga deseada dentro de una aproximación de 2.2 kg, cuidando de que la sobrecarga total no sea inferior a 4.5 kg. Registrar la sobrecarga total (asegurarse de incluir la placa perforada como parte del peso de sobrecarga). También asegurarse de usar un disco de papel de filtro entre la base perforada del vástago y el suelo para evitar que el suelo se pegue a la base del vástago.

13. Sumergir el molde y las pesas en un recipiente de agua de forma que el agua tenga acceso tanto a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y ajustar el deformímetro de carátula (con lecturas al 0.01 mm) en su respectivo soporte. Marcar sobre el molde los puntos donde se apoya el soporte de forma que pueda removerse y volverse a localizar sobre el molde en el mismo sitio cuando se desee hacer una lectura.

14. Ajustar en cero el deformímetro de expansión y registrar el tiempo de comienzo del ensayo. Tomar las lecturas ha: 0, 1, 2, 4, 8, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 horas de tiempo transcurrido. El ensayo de expansión puede terminarse después de 48 horas si las lecturas en el deformímetro de expansión se mantienen constantes por lo menos durante 24 horas.

15. Al final de las 96 horas de inmersión, sacar la muestra y dejarla drenar por espacio de 15 min. Secar completamente la superficie superior de la muestra con toallas de papel.

16. Pesar la muestra sumergida incluyendo el molde.

17. Hacer los pasos 9 a 11 (es decir, tomar lecturas de penetración y carga).

18. Tomar muestras para contenido de humedad del espécimen saturado de la siguiente forma:

Dos dentro de los 3 cm superiores del suelo.Dos dentro de los 3 cm inferiores del suelo.Dos en el centro de la muestra de suelo.

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RECOMENDACIONES DEL ENSAYO.

Utilizar varias taras para determinar la densidad humedad de la muestra para obtener un buen promedio de la misma.

Al momento de compactar llegar un poco más arriba de la línea del collarín, para garantizar una buena compactación.

Tapar la muestra húmeda cuando se estén realizando las compactaciones, para evitar pérdidas de humedad que puedan afectar los resultados del ensayo.

Intentar que el espesor de cada capa al momento de compactar sean lo más semejantes posible.

Al momento de realizar la compresión colocar pesas no menores de 4.5 kg.

Dejar escurrir bien el material luego de realizar la inmersión.

Tratar de añadir la cantidad correcta de agua al material para hacerlo llegar a su humedad optima.

Seguir y cumplir estrictamente las normas establecidas para la elaboración del ensayo.

Cálculos y gráficos

1-Dibujar una curva de resistencia a la penetración (la ordenada) en kilopascales (kpa) contra la penetración en mm tanto para la muestra recién compactada como para la muestra saturada. Si la curva no es esencialmente lineal a través del origen, extender una línea desde la porción recta de la curva para tratar de interceptar el eje de las abscisas. La diferencia entre este valor y la penetración correspondiente a cero es una corrección que debe utilizarse para calcular el valor de CBR. Las curvas para ambas muestras (la saturada y la recién compactada) deben dibujarse en la misma grafica con su identificación adecuada, junto con los valores de corrección de las curvas, de forma que se pueda apreciar fácilmente el efecto de saturación en la muestra.

2-Obtener la resistencia a la penetración para 2.5 y 5.0 mm de la curva (utilizando las correcciones del paso 1 anterior si se necesitan) y calcular el valor de CBR.NOTA: cuando se trata de trabajo de laboratorio para estudiantes, si el CBR a 5.0 mm es mayor que el correspondiente a una penetración de 2.5 mm el ensayo no debe repetirse, pero ambos valores de CBR deben registrarse en el informe.

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3- Calcular los contenidos de humedad y las densidades secas de las muestras antes de saturar y en la condición final luego de saturadas. Para la muestra saturada, utilizar los datos del paso 18 del procedimiento A. Usando los datos obtenidos, se dibuja la curva CBR contra densidad seca (si se trata de suelos granulares, se graficará la curva solo con la penetración de 5 mm.; en cambio para suelos arcillosos, se graficarán la de 2,5 y 5 mm. de penetración). Con ella se puede determinar el CBR correspondiente a una densidad seca preestablecida.

4- Calcular el porcentaje de expansión sobre la base de la altura nominal inicial de la muestra. Dibujar una curva de porcentaje de expansión (ordenada) contra el tiempo transcurrido en una grafica separada.

Calcular la densidad inicial de la muestra (µi) antes de ser sumergida, mediante la

siguiente expresión:

µi = (W1 - Wm) / Vm (gr. /cc)

Donde:

W1 = peso del molde más el suelo compactado (gr.)

Wm = peso del molde (gr.)

Vm = capacidad volumétrica del molde (cm3)

- Calcular la densidad saturada de la muestra (µs) luego de ser sumergida, mediante la

siguiente expresión:

µs = (W2 - Wm) / Vm (gr. /cc)

Donde:

W2= peso del molde y el suelo compactado y saturado (grs.)

- Calcular la expansión de la muestra, como porcentaje de la altura inicial (%E),

mediante la siguiente expresión:

% E = E / 116,4 * 100 (%)

Donde:

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E = expansión en mm. (Diferencia de lecturas del dial de deformación (Lf - Li))

116,4 = altura de la probeta en mm. (Altura del molde menos altura del disco

espaciador)

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CONCLUSION

El Ensayo CBR 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. 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 proveer la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo después de la construcción.

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 calculado.

La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación variables.

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BIBLIOGRAFIA.

BOWLES, Joseph E. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. Editorial McGraw Hill Inc. USA. 1978. 2da. Edición.

www.unalmed.edu.co/~geotecni/GG-17.pdf .

www.ingenieracivil.com/.../ ensayo -de- cbr .htm .

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ANEXOS

Molde de compactación

Martillo de compactación

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Aparato para medir la expansión con deformímetro de carátula con precisión de 0.01

mm.

Juego de tamices

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