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Universidad Católica del Norte Facultad de Construcción e Ingeniería Civil Departamento de Ingeniería Civil Antofagasta

Laboratorio Nº 6 Mecánica de Suelos I (IC-602) “Determinación de la capacidad de soporte de un suelo, ensayo CBR” NCh 1852 Of.81

Integrantes:

Iván Cortez Jhon Jofré Manuel Martínez Juan Torres

Fecha realización:

07.11.2013

Fecha entrega:

14.11.2013

Profesor:

Manuel Aguilera

Encargado Lab.:

Roberto Cortes J.

Ayudantes:

Marcos Ramos Margarita Villanueva

Tabla de contenido

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Introducción............................................................................................................................ 1

2

Marco teorico. ......................................................................................................................... 2 2.1

Ensayo CBR según NCh 1852 Of.81. ............................................................................ 2

2.2

Equipos utilizados ........................................................................................................... 2

2.3

Procedimiento. ................................................................................................................. 3

3

Resumen del ensayo realizado............................................................................................... 5

4

Datos Obtenidos y Resultado. ............................................................................................... 8

5

Conclusión. ............................................................................................................................ 13

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Bibliografía. .......................................................................................................................... 14

1 Introducción Para todo tipo de construcción, es necesario un estudio del suelo en donde se realizará la obra. Para ello se realizan variados ensayos en laboratorio para tener información minuciosa de determinadas propiedades del suelo. Es sabido que cada material es dirigido a un área específica dependiendo de lo que se necesite. En el caso de la realización de una carretera o pista se necesitan variados suelos para crear 3 distintas capas: la Subrasante, la Sub-base y la Base. Cada una de estas debe tener propiedades mecánicas apropiadas para cumplir las condiciones establecidas. El fin de este ensayo es determinar la capacidad de soporte (CBR) de un agregado de suelo compactado en laboratorio, con un contenido de humedad óptima y niveles de compactación variables. Este nos indicará la calidad relativa del suelo con respecto a un valor normalizado, el ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, que nos permitirá obtener un (%) de la relación de soporte. Este ensayo está dirigido netamente para el diseño de calzadas y pavimentos asfálticos u hormigón, carreteras y pistas de aterrizajes de aeropuertos, todo esto bajo las normativas de la AASHTO. La norma a utilizar es la NCh 1852 Of.81 Mecánica de Suelos – Determinación de la Razón de Soporte de Suelos Compactados en Laboratorio.

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2 Marco teorico. 2.1 Ensayo CBR según NCh 1852 Of.81.

Esta norma establece el procedimiento a seguir para determinar la razón de soporte del suelo compactado comparando la carga con la que penetra el suelo, con una que está normalizada. Esta norma se aplica a la evaluación de suelos subrasantes, materiales de sub base y de base. Siempre y cuando el suelo no contenga un alto contenido de material que pase por el tamiz 50 mm y sea retenido por el tamiz 20 mm, que se recomienda que sea menor a un 20%.

2.2 Equipos utilizados -

Prensa de ensayo de capacidad mínima de 44 KN ( »4400 Kgf), a una velocidad uniforme y sin pulsaciones de 1,25 mm/min para presionar el pistón

-

Molde metálico, cilíndrico muy parecido al molde del ensayo proctor, con la única diferencia que este debe ser más alto para que pueda contener, además de la muestra de suelo, un disco espaciador normalizado.

-

Disco espaciador metálico, cilíndrico que se utilizara para crear un espacio bajo del material, para que luego en ese espacio sea posible utilizar la carga de la prensa.

-

Pisón metálico, que estará conjunto con la prensa para poder ejercer la presión establecida.

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Deformimetro.

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Cargas metálicas con forma de anillo.

-

Herramientas y accesorios tales como; bol para mezclas, poruñas, pesa, probetas, cronometro, compactador proctor.

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2.3 Procedimiento.

a) Calibración del equipo. Este procedimiento consiste en primer lugar pesar el molde de CBR, luego llenarlo con agua y mediante un vidrio sin rugosidad se podrá determinar los espacios vacios y para esto se vuelve a echar agua para llenar dichos espacios luego con esto pesar nuevamente el molde para poder así sacar el volumen del molde, tomando la temperatura y así se logra la calibración del equipo.

b) Preparación de la muestra. Al momento de elegir la muestra se tuvo que sacar un poco de otro sector para el análisis, se tamizó esta muestra por la malla N°4, luego se peso un total de 18kg. en seco, luego a esta muestra se le hizo el cuarteo para poder llegar así al siguiente paso.

c) Preparación de la probeta. Luego del ensayo proctor se determino un 7% de humedad y 2.206 de D.M.C.S, para esta determinación cada porción de suelo se mezcló con agua. Posterior a el ensayo proctor la muestra que se extrajo de otro material se dividió en 3 probetas de CBR de 6kg cada una, luego de separarlas se mezcló con agua cada una para poder hacer el ensayo CBR con el proctor (para hacer igual a este enayo a la probeta de CBR se le ingreso un peso adicional para lograr la misma altura del ensayo proctor) para compactarlo. Posterior de la compactación se quitó el collar de extensión y se enrasó el suelo compactado al nivel del borde del molde. Luego de esto se pesa toda la probeta. Se sacó la placa base y el disco espaciador y se pesó el molde con el suelo compactado y se restó la masa del molde determinando la masa del suelo compactado.

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Se determinó la densidad de la muestra antes de la inmersión, d9ividiendo la masa de suelo compactado por la capacidad volumétrica del molde según la siguiente ecuación:

Los cálculos se podrán ver en el punto de cálculos del presente informe, pero se registra aproximando a 0,01 g/cm3 (0,01 Kg/l). NOTA: El mismo procedimiento se realizó con las tres probetas iguales.

d) Determinación de la resistencia a la penetración. La probeta se llevó a la máquina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del camino proyectado. Luego el pistón de penetración ensayando el material con una velocidad de penetración de 1.25 mm/min. Para esto se anotó la lectura de carga que estaban anotadas en la maquina del LIEMUN. 0,63 – 1,25– 1,90 – 2,50 – 3,10 – 3,75 – 4,40 – 5,00 – 7,50 – 10,00 y 12,5 milímetros Las lecturas de carga a penetraciones se encuentran en el punto de cálculos del presente informe. Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm de espesor, Para poder determinar este punto se tuvo que esperar 24 hrs para esperar que la muestra seque en su totalidad.

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3 Resumen del ensayo realizado. 

Se pesó el molde vacío con un vidrio, sin el collarín. Donde se registró como Mm



Luego se comenzó a calibrar el molde de cbr, para poder determinar su volumen. Este consiste en llenar el molde con agua, colocando un vidrio en su parte superior para poder eliminar las burbujas de aire, esta masa se denominó Mw.



Una vez pesada la muestra con el agua se procedió a tomar su temperatura, para poder determinar su densidad .

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

Se cuarteo la muestra de suelo, donde se tomó 18kg para luego pasar la muestra por la malla nº 4.



Una vez tamizada la muestra por la malla #4, se comenzó el proceso de secado incorporando la muestra en el horno por 24 hrs.

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Se retiró la muestra del horno dejándola enfriando a temperatura ambiente, una vez enfriada la muestra se comenzó con el ensayo

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 

La muestra se dividió en 3 muestras de aproximadamente 6 kg cada una. A continuación se comenzó a humedecer las muestras con la humedad optima obtenida en laboratorio. Dejándola remojando por 30 minutos, debido a que la muestra de suelo no posee plasticidad.

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Una vez remojada la muestra se comenzó a realizar el proctor, para cada muestra con diferentes energías de compactación. Una muestra con 10 golpes, 25 golpes y 56 golpes.

 

Una vez realizado cada proctor, este fue llevado a un deformimetro para aplicarle cargas Se retiraron las muestras para determinar su peso seco, y luego determinar la densidad que se obtuvo en los ensayos de proctor.

Una vez ya obtenidos todos los resultados en laboratorio se comenzó a realizar los cálculos mediante las formulas dadas por las normas.

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4 Datos Obtenidos y Resultado.

Tabla 1. Datos calibracion

Datos calibración Peso molde 16641 gr Peso molde + vaselina 16646 gr Peso molde + agua 18756 gr T° agua 21,9 °C %w 7% DMCS 2,206

Muestra N° 1 2 3

N° de golpes 56 25 10

Tabla 2. Resultados calibracion

Resultados calibración Peso agua 2,11 kg Densidad (21,9°C) 997,7 kg/m3 Volumen 0,0021 m3

Tabla 3. Informacion piston

Área Pistón Área Pistón

19,35 cm2 1935 mm2

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Tabla 4. Datos para muestra N° 1

Datos obtenidos en resistencia a la penetración para la muestra N° 1 Tiempo Penetración L. Real L Corr. Carga Carga (min) (mm) (Div) (kgf) (kgf/mm2) (Mpa) 0,5 0,63 12 145,3 0,07509044 0,7509 1 1,25 21 249 0,12868217 1,28682 1,5 1,88 32 375 0,19379845 1,93798 2 2,50 40 471,9 0,24387597 2,43876 2,5 3,13 51 600,8 0,31049096 3,10491 3 3,75 66 776,5 0,40129199 4,01292 3,5 4,38 83 976,2 0,50449612 5,04496 4 5,00 97 1142,7 0,59054264 5,90543 4,5 5,63 110 1297,4 0,67049096 6,70491 5 6,25 121 1428,3 0,73813953 7,3814 5,5 6,88 133 1571,8 0,81229974 8,123 6 7,50 141 1667,5 0,86175711 8,61757 8 10,00 297 3560,3 1,83994832 18,3995 10 12,50 347 4177,4 2,15886305 21,5886

Tabla 5. Datos para muestra N° 2

Datos obtenidos en resistencia a la penetración para la muestra N° 2 Tiempo Penetración L. Real L Corr. Carga Carga (min) (mm) (Div) (kgf) (kgf/mm2) (Mpa) 0,5 0,63 6 72,1 0,03726098 0,37261 1 1,25 12 145,3 0,07509044 0,7509 1,5 1,88 23 272,2 0,14067183 1,40672 2 2,50 33 386,8 0,19989664 1,99897 2,5 3,13 40 471,9 0,24387597 2,43876 3 3,75 50 589,1 0,30444444 3,04444 3,5 4,38 59 694,5 0,35891473 3,58915 4 5,00 70 823,4 0,42552972 4,2553 4,5 5,63 78 917,1 0,47395349 4,73953 5 6,25 90 1059,5 0,54754522 5,47545 5,5 6,88 102 1202,2 0,62129199 6,21292 6 7,50 111 1309,2 0,67658915 6,76589 8 10,00 130 1535,9 0,79374677 7,93747 10 12,50 166 1967,3 1,01669251 10,1669

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Tabla 6. Datos para muestra N° 3

Datos obtenidos en resistencia a la penetración para la muestra N° 3 Tiempo Penetración L. Real L Corr. Carga Carga (min) (mm) (Div) (kgf) (kgf/mm2) (Mpa) 0,5 0,63 5 59,7 0,03085271 0,30853 1 1,25 7 84,4 0,04361757 0,43618 1,5 1,88 9 109,2 0,05643411 0,56434 2 2,50 12 145,3 0,07509044 0,7509 2,5 3,13 15 181,7 0,09390181 0,93902 3 3,75 19 225,3 0,11643411 1,16434 3,5 4,38 22 260,6 0,134677 1,34677 4 5,00 27 314,4 0,16248062 1,62481 4,5 5,63 32 363 0,1875969 1,87597 5 6,25 36 420,8 0,2174677 2,17468 5,5 6,88 38 443,7 0,22930233 2,29302 6 7,50 41 483,6 0,24992248 2,49922 8 10,00 53 624,2 0,32258398 3,22584 10 12,50 69 811,6 0,41943152 4,19432 Tabla 7 Muestra de suelo

Muestras Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

Muestras de suelo (gr) Peso húmedo Peso seco Peso agua % humedad 77 65 12 18,46% 60 50 10 20,00% 99 82 17 20,73% Tabla 8 Calculo CBR con 2.54 mm

Muestras Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

sigma obt 2,44 2,00 0,75

2,54 mm sigma patron 6,9 6,9 6,9

CBR 35% 29% 11%

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Tabla 9. Calculo CBR con 5.08 mm

Muestras Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

sigma obt 5,91 4,26 1,62

5,08 mm sigma patron 10,3 10,3 10,3

CBR 57% 41% 16%

Tabla 10. Calculo Densidad

Muestras Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

Masa suelo (kg) 6 6 6

Masa suelo seca (kg) 4,89 4,80 4,76

Densidad (kg/m3) Densidad (gr/cm3) 2313,30 2,313296391 2269,65 2,269649289 2248,89 2,248890302

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Ilustración 1 Penetración (X) v/s Carga (Y)

Ilustración 2 CBR (Y) v/s Densidad (X)

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5 Conclusión. El C.B.R. obtenido mediante los cálculos realizados tiene un valor mas allá del 100 %, valor que indica que la muestra de suelo entra en la clasificación de excelente, por lo que este tipo de suelo tendría su uso en cuanto a construcción de pavimentos en la parte base. Los resultados obtenidos en este informe no son confiables porque se debería haber hecho al menos 3 ensayos para cada molde esto nos da la opción de descartar los ensayos mal realizados ,en la práctica realizada se hizo un ensayo para cada molde por lo tanto se tomaron estos valores como únicos. Una recomendación basada en nuestras experiencias es llevar la muestra de suelo totalmente seca, ya que la humedad insitu del suelo puede hacer variar la humedad óptima de compactación y afectaría a nuestros resultados.

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6 Bibliografía. -MOP. Manual de carreteras, volumen 8 Especificaciones y métodos de muestreo, Ensaye y control, 8.102.11. Chile: MOP, 2012.

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