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ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA CIVIL

CURSO

: Mecanica de Suelos II

DOCENTE : ING. Merino Martinez Marcelo

TEMA : INFORME DE LABORATORIO: ENSAYO DE CBR (CALIFORNIA BEARNING RATIO)

ALUMNOS : Ramos Salinas Sebastián Villa González Cristian Rodriguez Barreto Henry Benites Guevara Jack Carmona Prado Anaika Chavez Silva Luis TRUJILLO, ABRIL DEL 2018

INTRODUCCIÓN 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, es por esto que se diseña basándose en los ensayos al corte. La determinación de la resistencia al corte de un suelo, se puede hacer por medio de un ensayo de "corte directo" de una prueba triaxial, o simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material. Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos parámetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorio. El método de California 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 sinnúmero 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. El Ingeniero Civil debe fijar los detalles del proceso de compactación para obtener la combinación óptima de propiedades ingenieriles deseables para un proyecto con el mínimo costo. Para hacer esta selección necesita conocer las relaciones entre el comportamiento del suelo y los detalles de puesta en obradle material que se trate. Esta información se deduce de los principios de la compactación, de pruebas de laboratorio y de campo.

ENSAYO DE COMPACTACION

Las pruebas de compactación se realizan principalmente en laboratorio, debido a que son mucho más rápidas y menos costosas que las pruebas en obra. La densidad que se pueda obtener en un suelo por medios mecánicos de compactación dada, depende de su contenido de humedad. El contenido de humedad que da el más alto peso unitario en seco (densidad) se llama contenido óptimo de humedad para aquel método de compactación. En general esta es la menor que la del límite plástico y decrece al aumentar la compactación. El método de compactación de laboratorio que se describe, produce aproximadamente la misma densidad que se obtiene en obra con equipo pesado de construcción. Este método es conocido como el método modificado de la American Assiciation Of State Highway Officials (AASHTO – Modificado). REFERENCIAS:  AASHTO – 70 COMPACTACION MODIFICADO  ASTM – 70 COMPACTACION MODIFICADO 1. OBJETIVOS:  Determinar el porcentaje óptimo de agua que será necesario para compactar el suelo.  Mejoramiento de las propiedades de ingeniería de la masa del suelo. 2. VENTAJAS: - Reducción de los asentamientos debido a la disminución de relación de vacíos. Si la densidad es mayor, el suelo es más resistente. - Reducción de la contracción. 3. DESVENTAJA: - Aumento del suelo – hinchamiento (esto par suelos arcillosos). 4. EQUIPO/MATERIAL: - Probeta (Pirex 150 ml) - Cuchillo – Comba Brocha - Martillo 4.5 kg. - Balanza mecánica y electrónica - Tamiz Nº 4 - Cápsulas de aluminio - Molde de compactación con base y collar - Pizón de compactación: Peso 4.5 kg., Altura caída 45 cm.

5. PROCESO: 1. TOMA DE MUESTRA La muestra se tomó de una calicata realizada en el campus de la ciudad universitaria a una profundidad de un 1.00 m, determinado su contenido de humedad, para luego poner a secar el resto de la muestra.

2. PROCESO EN LABORATORIO Para Proctor modificado se toma 3 Kg. de muestra pasados por la malla Nº 4 (para suelos finos). Agregarle 2% de agua del total del peso de la muestra, removerlo hasta quedar la muestra totalmente uniforme en humedad dando un indicador que está lista para realizar el primer punto de compactación, agregar en el molde cilíndrico una pequeña capa de suelo, dar 25 golpes con martillo en forma circular, repitiendo el proceso con 5 capas, teniendo cuidado que antes de colocar una capa sobre la otra, raspar la anterior, para que se adhieran las dos capas y mejorar la compactación. Terminadas las cinco capas compactadas, separar el collar y con un cuchillo eliminar el material hasta quedar al ras del borde de la probeta, para luego pesar la probeta con el material. Pesada la probeta retirar una pequeña cantidad de ambos extremos de la probeta y colocarla en una cápsula para determinar su contenido de humedad.

Repita el mismo procedimiento agregando para cada probeta nueva 2% más de agua a la muestra total sobrante y compactar nuevamente la nueva probeta. El número de probetas a compactar dependerá en qué medida los vacíos del suelo se llenen de agua, observándose aquello al disminuir el peso de la última probeta con relación a la anterior. Al llenarse los vacíos con agua, esto es de menor densidad, entonces esta disminuirá y por más que se le compacte ya no se compactará. NOTA: La muestra a compactar debe estar completamente seca, después se agregará agua.

Al retirar el anillo en cada uno de los 3 moldes y con un cuchillo se recorta la muestra al ras con el borde. Se toma una muestra pequeña (20 a 50 gramos) de la capa más alta y se deposita en una cápsula para hallar el contenido de humedad.

6. RECOMENDACIONES:  Mezclar lo más uniformemente el suelo con el agua.  Golpear la probeta en su interior de manera circular.  Sacar adecuadamente las muestras de contenido de humedad de modo que estas sean significativas para cada molde tomado.  El 2% de agua debe ser del peso total del peso de la muestra.

7. CALCULOS CALCULO DE DENSIDADES:

Realizados estos cálculos y los de % de humedad en cada probeta se puede graficar los porcentajes de humedad Vs. Densidad Seca, de la cual se obtiene la máxima densidad seca para un óptimo contenido de humedad.

Para este ensayo la mayor densidad seca es de 2.12 gr/cm3 . Con un contenido de humedad que es de 3.15%. La energía de compactación para este ensayo es de: E. Compactación = (Peso Martillo)(Altura de caída)(# capas)(# golpes) / molde

E. Compactación = (4.50Kj. x 9.8)(0.45)(5)(25) 2132

E. Compactación = 1163.52 Kj/m3 CALIFORNIA BEARNING RATIO (C.B.R.) 1. GENERALIDADES: El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883- 73. Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de sub-rasante, algunos materiales de sub – bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%. Resistencia a la penetración por punzando de un vástago (deformación) en una muestra de suelo colocada en un molde rígido. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no se realizó porque los equipos aun pasan el periodo de prueba. En el diseño de pavimentos flexibles, el C.B.R. que se utiliza es el valor que se obtiene para una penetración de 0.1” o 0.2”. de estos valores se considera el mayor, aunque para la mayoría de los suelos el valor de los suelos el valor para la penetración de 0.1” da mayor C.B.R. ENSAYO DE C.B.R. (Nch 1852 of.81) El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) 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 triturada, en ecuación, esto se expresa:

El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR.

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70 (para el molde de 15.5 cm de diámetro), se debe compactar muestras utilizando las siguientes energías de compactación:

2. OBJETIVOS: GENERALES Determinar el índice de resistencia de los suelos denominado Relación de Soporte de California (CBR) evaluando la resistencia potencial del material ya sea subrasante, base, subbase empleados en el diseño de pavimentos. Establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, determinando la relación entre el valor del CBR y la densidad seca que se alcanza en campo.

ESPECÍFICOS Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características de resistencia y deformación del suelo extraído. Obtener un resultado lo más exacto posible para realizar correctamente una expresión gráfica Fuerza vs Penetración del ensayo de la muestra de suelo. Determinar los valores de humedad, densidad seca, y CBR para cada punto de las diferentes energías de compactación. Analizar el valor obtenido en el ensayo de CBR y dar un criterio sobre su calidad y utilización en obra. 3. CONDICIONES DEL ENSAYO: Para el cálculo sea más correcto habrá que operar con la muestra en condiciones análogas a las más desfavorables del suelo en la realidad. La resistencia de este depende de los factores: densidad y humedad. La densidad deberá ser la que se espere obtener con el medio de construcción empleado, si se trata de terraplén en el cual vamos a exigir el 95 % de la máxima densidad Proctor, la muestra se habrá de compactar con la humedad óptima correspondiente. Para pistas de aeropuertos y a veces para carreteras se exige la máxima densidad Proctor modificada, que es más elevada. Si por circunstancias especiales no fuese posible alcanzar las densidades máximas normales, el ensayo habrá de realizarse con densidades análogas a las que en realidad se alcancen. La densidad del suelo se alterará si cambia la proporción de humedad y hay que prever las peores condiciones de resistencia en que el suelo podrá encontrarse en el transcurso del tiempo. 4. TIPOS DE ENSAYO: El ensayo se puede realizar sobre muestras sin perturbar o “in situ” sobre el mismo terreno o bien sobre muestras remoldeadas. Para el proyecto de pavimentos sobre terraplenes, se opera sobre muestras remoldeadas y para proyectar pavimentos sobre el suelo natural o una antigua carretera, se determina el C.B.R. “in situ” o con muestras sin perturbar. En todos los casos lo que se pretende es que la muestra ensayada sea la más representativa de las peores condiciones en que el terreno se ha de encontrar en el transcurso de su vida.

Se coloca una pesa en la base y luego un papel filtro, el cual para luego poner el suelo en 5 capas y compactar con los golpes que le tocan por anillo (56, 25, 12) con el proctor modificado. Luego se escaba y se retira el anillo superior, y se enrasa hasta dejar una superficie lisa. Se coloca un papel filtro sobre la superficie enrasada y se coloca la base metálica perforada y se voltea la muestra. Sobre la superficie libre se coloca otro papel filtro y se montará el platillo con el vástago fijo. Sobre el platillo se colocará las pesas de plomo. Estas representan el peso de las capas superiores del pavimento. La sobrecarga mínima es de 10 libras equivalente a un pavimento de 5" de espesor.

Despues de sumergida la muestra durante cuatro días se debe drenar esta secándola y posteriormente volteándola sujetando el platillo y las pesas durante 15 minutos. Se remueve el disco, las pesas y el papel filtro, y se pesan las muestras.

 mm; 4.45 mm; 5.08 mm; 7.62 mm; 10.16 mm, 12.70 mm.

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10. RECOMENDACIONES: Al agregar agua a la muestra dejar que esta se asiente completamente Agregar el agua de manera circular Al compactar cada capa limpiar la base del piston para una mejor compactación Lo peor que le puede pasar a un pavimento es que una llanta extremadamente cargada lo hunda, el tipo de resistencia que debemos buscar para que por cizallamiento no lo corte es la resistencia al corte. Lo que en realidad se calcula con este ensayo es la resistencia al corte por punzonado. Se dice que el CBR arroja un resultado empírico por ser resultado de experiencia La penetración se debe hacer con la muestra totalmente saturada, para que en obra resista las peores condiciones. Por ello se le objetó en un principio por ser demasiado conservador. No hay necesidad de sumergir en agua en el caso de suelos gravosos y arenosos. Se calcula inmediatamente después de la compactación En caso de suelos que presenten hinchamiento se deben realizar estudios específicos para determinar el contenido de humedad optimo y su método de compactación