• Author / Uploaded
• Nicoll Tarazona B

• Categories
• Densidad
• Laboratorios
• Humedad
• Pistón
• Naturaleza

Citation preview

ENSAYO RELACIÓN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) I.N.V. E – 148 – 07

Presentado por: María Alejandra Pinzón Ardila 14201227 Johan Sebastián Cadena Gómez 14201119 Andrés Felipe De La Parra Quintero 14201216

PRESENTADO A: ING. GUILLERMO GALINDO DOCENTE

ASIGNATURA: LABORATORIO DE PAVIMENTOS

UNIVERSIDAD DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL BUCARAMANGA 2016

1. INTRODUCCIÓN 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. Es un método desarrollado por la división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos. El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte. El (%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón de material chancado. La expresión que define al CBR, es la siguiente: CBR= (carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) * 100 (%) De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero. 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.

2. OBJETIVOS Objetivo General 

Medir la resistencia a corte de un suelo bajo las condiciones de humedad y densidad controlada obteniendo así la capacidad de soporte del suelo.

Objetivos Específicos 

Identificar la importancia de la determinación del CBR para un diseño de pavimento y sus aplicaciones.



Establecer las condiciones que se deben garantizar durante el ensayo de CBR para la obtención de buenos resultados.



Aplicar los criterios teóricos establecidos para que con los datos obtenidos en el laboratorio se pueda determinar el par4metro de CBR.

3. MARCO TEORICO 3.1 Generalidades No basta con especificar el grado de compactación de un suelo. Dos suelos diferentes alcanzarán no solo densidades secas y humedades óptimas diferentes en el ensayo de compactación, sino que el material al estar constituido por partículas diferentes, tendrá un comportamiento en términos de ingeniería diferente. Por ello, se hace necesario un parámetro adicional que considere la capacidad de soporte del suelo en sí mismo para esas condiciones de compactación. El ensayo de soporte de California se desarrolló por parte de la División de Carreteras de California en 1929 como una forma de clasificar la capacidad de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en construcción de carreteras.

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 permite obtener un número asociado a la capacidad de soporte. 3.2

Definiciones

El CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria (por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración dentro de la muestra de suelo compactada 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 se puede expresar como:

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo determinado utilizando el ensayo de compactación estándar (o modificada). A menudo se compactan dos moldes de suelo: uno para penetración inmediata y otro para penetración después de dejarlo saturar por un periodo de 96 horas; este último se sobrecarga con un peso similar al del pavimento pero en ningún caso menor que 4.5 kg. Es necesario durante este periodo tomar registros de expansión para instantes escogidos arbitrariamente. En ambos ensayos, se coloca una sobrecarga sobre la muestra de la misma magnitud de la que se utiliza durante el ensayo de expansión. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos propósitos: 

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



Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la saturación en el campo. El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una velocidad de deformación unitaria de 1.27 mm/min. Se toman lecturas de carga versus penetración cada 0.64 mm de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm a partir del cual se toman lecturas con velocidades de penetración de 2.5 mm/min hasta obtener una penetración total de 12.7mm. El valor del CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos, principalmente con fines de utilización como base y subrasante bajo pavimentos de carreteras y aeropistas. 4. MATERIALES 

Prensa

Similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El pistón se aloja en el cabezal y sus características deben ajustarse a las especificadas. Debe tener una capacidad suficiente para penetrar el pistón en el espécimen a una velocidad de 1.27 mm/min (0.05”/min) y hasta una profundidad de 12.7 mm (0.5”). 

Moldes

De metal, cilíndricos, de 152,4 mm ± 0.66 mm (6 ±0.026") de diámetro interior y de 177,8 ± 0.46 mm (7 ± 0.018") de altura, provisto de un collar suplementario de 51 mm (2.0") de altura y una placa de base perforada de 9.53 mm (3/8") de espesor. 

Disco espaciador

De forma circular, metálico, de 150.8 ± 0.8mm (5 15/16”± 1/32”) de diámetro y de 61.37 ± 0.25 mm (2.416 ± 0.01") de espesor, para insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación.



Martillo compactación

Se utiliza para compactar la muestra del suelo en los moldes Proctor modificado. Diámetro Pesa: 50,8 mm ± 0,13 mm; Masa: 4,536 kg ± 0,01 kg; Caída libre: 457,2 mm (18”). 

Deformimetro

Con recorrido mínimo de 25 mm (1") y divisiones en 0.025 mm (0.001"), uno de ellos provisto de una pieza que permita su acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la muestra. 

Tanque

Con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua. 

Horno

Termostáticamente controlado, regulable a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) 

Balanzas

Una de 20 kg de capacidad, y otra de 1000 g con sensibilidades de 5 g y 0.1 g respectivamente. 

Tamiz

El tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz o colador. 5. PROCEDIMIENTO (PAUTAS EN CLASE) 1) Hornear 2100 gr del material a una temperatura de 110°C durante 24 horas. 2) Pasar el material por el tamiz N°4. 3) Agregar 8,6% de agua al material y mezclar hasta que quede homogéneo. 4) Dividir el material en tres (3) partes iguales y cada una de las partes se divide en 5 para así empezar a ser compactadas.

5) Se coloca el falso fondo en el molde y se agrega la muestra dando 12 golpes con el martillo para cada capa. 6) Luego se quita el anillo y voltea para retirar el falso fondo. 7) Se pesa el molde con el material compactado y luego se coloca los discos para volver a pesar y se sumerge en agua por 4 días y tomando una lectura por cada día. 8) Se repite el procedimiento en los dos moldes restantes, sin embargo el paso 5 para el segundo molde el número de golpes por capa son 25 golpes y para el tercero 56.

6. ANALISIS DE RESULTADOS. En el laboratorio se trabajó con 23000 gr de muestra, la cual fue debidamente secada en el horno, después de secada su peso es de 18012 gr. Por lo tanto, fue tamizada en el tamiz N°4. 

Se realizó la determinación del diámetro de cada molde con su respectiva altura.



Volumen del cilindro #1, 56 golpes: 𝜋 𝑣 = ∗ 𝑑2 ∗ ℎ 4 𝜋 𝑣 = ∗ (15,24)2 ∗ (11,7) 4 𝑣 = 2134 𝑐𝑚3



Humedad óptima: 12%, resultado obtenido del ensayo de Proctor.



Humedad natural: 1,7%



Humedad adicional 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 = 12 − 1,7 = 10,30 %

Nota: Se realiza los mismos pasos para los moldes 2 y 3 (25 y 12 golpes respectivamente). 

Después de realizar los 56,25 y 12 golpes en cada molde respectivamente, se tomó una muestra por cada uno.



Peso de la tara para los 56 golpes = 11 gr.



Peso de la muestra Suelo H= 45 -11 = 34 gr



Peso de la muestra Suelo S= 29 – 11 = 18 gr



Densidad Seca 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝐷𝑒𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 = 1 + ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑜𝑝𝑡𝑖𝑚𝑎 100 4814 𝐷𝑒𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 = 2134 1 + 12 100 𝐷𝑒𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 = 2,01 𝑔𝑟/𝑐𝑚3



Se tomaron tres lecturas para cada molde, el % de expansión se calcula por la diferencia entre las lecturas del deformimetro.



A continuación se completó la tabla con la correspondiente información generadas al fallar cada espécimen



Se grafican los valores de presión vs penetración



Grafica de valores CBR corregido (%) vs Densidad Seca (gr/cm3)

7. CONCLUSIONES 

En el ensayo del CBR la muestra es sumergida para prever la hipotética acumulación de humedad en el suelo después de la construcción.



En los resultados se observa claramente que la muestra que fue compactada con los 56 golpes es el que mejor resultado arroja ya que se reduce la relación de vacíos que existe en la muestra.



El comportamiento de la gráfica del CBR tuvo un comportamiento parabólico, lo que significa que la relación entre CBR y la densidad no es directamente proporcional.



El material correspondiente para este tipo de ensayo y que se ha escogido para realizar los procesos, no debe ser mayor a ¾”.



El % de expansión para el especimen#1 es igual a 9,98.



El porcentaje del CBR para un 95% es igual a 28% según la clasificación establecida por algunos sistemas de clasificación de suelos, se puede afirmar que el material en estudio puede ser utilizado como material de la sub-rasante, clasificado como un suelo excelente, presentando buena tolerancia para niveles de transito elevados.

8. BIBLIOGRAFIAS 

Norma INVIAS E - 148 – 07



https://es.slideshare.net/spectro92/cbr-final



https://es.slideshare.net/Leonardoca9/informe-ensayo-de-cbr



https://es.scribd.com/doc/5256272/INFORME-CBR