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UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA- SEDE MOQUEGUA

DISEÑO DE PAVIMENTOS

CONTENIDO INTRODUCCIÓN........................................................................................................................... 2 1.

OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3

2.

MARCO TEORICO ................................................................................................................ 4

3.

USO DEL ENSAYO CBR ...................................................................................................... 5

4.

NORMAS ............................................................................................................................... 6

5.

MATERIALES Y EQUIPOS ................................................................................................... 7

6.

PROCEDIMIENTO ................................................................................................................ 8

7.

INFORME DE LABORATORIO ENSAYO CBR .................................................................. 11

8.

CURVA DE PENETRACION .............................................................................................. 16

9.

ENSAYO DE CBR RESULTADOS ..................................................................................... 17

 CONCLUSIONES

1

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INTRODUCCIÓN

El presente trabajo describe el procedimiento de un ensayo para la determinación de un índice de resistencia de los suelos. El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad, pero también pueden operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno, como lo es en este caso, esto nos permite conocer las condiciones del terreno para a su vez poder mejorar las características portantes y resistencia y así garantizar. 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. Es importante conocer los distintos tipos de CBR en función de la calidad de suelos, a saber: CBR suelos inalterados, CBR suelos remoldeados, CBR suelos gravosos y arenosos, CBR suelos cohesivos poco o nada plásticos, CBR suelos cohesivos plásticos.

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1. OBJETIVOS 

Determinar la relación de soporte de California (CBR) de un suelo que está sometido a esfuerzos cortantes, además evaluar la calidad relativa del suelo.



Reconocer cada uno de los parámetros y formulas usadas para la realización de este ensayo.



Garantizar las condiciones y características de suelos para dichos proyectos.



Reconocer la metodología usada en el ensayo del CBR, procedimiento y equipos y materiales usados para este.

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2. MARCO TEORICO

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 sub rasante 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. Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California en 1929 y nos permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo condiciones de Humedad y Densidad controladas.

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3. USO DEL ENSAYO CBR Mediante el ensayo de CBR se obtiene: 

La capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación variables.



La resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte.



Evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.



La

resistencia al corte de un suelo bajo condiciones

de humedad y densidad

controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte. 

Para aplicaciones en las cuales el efecto del contenido de agua de compactación sobre el CBR se desconoce, o en las cuales se desea tener en cuenta su efecto, el CBR se determina para un rango de contenidos de agua, usualmente el permitido para compactación en el campo empleando las especificaciones existentes para tal fin.



El contenido óptimo de agua de un esfuerzo de compactación especificado. La masa unitaria seca especificada corresponde, generalmente, al porcentaje mínimo de compactación permitido al usar las especificaciones para compactación en el campo.

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4. NORMAS



I.N.V. E – 169 – 07: Esta norma establece el procedimiento que se debe seguir para determinar la relación de soporte de California (CBR, California Bearing Ratio), de un suelo ensayado "in situ", mediante la comparación entre la carga de penetración del suelo y la de un material estándar de referencia. Este método de ensayo cubre la evaluación de la calidad relativa de los suelos de la subrasante, pero también es aplicable a materiales de sub-base y algunos de base. El método esta establecido para de materiales in situ y corresponde a la norma sobre especímenes de laboratorio, norma INV E – 148.



I.N.V. E – 148 – 07: Esta norma describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un índice de resistencia de los suelos denominado relación de soporte de California , que es muy conocido debido a su origen, como CBR (California Bearing Ratio). Este método de ensayo está proyectado, aunque no limitado, para la evaluación de la resistencia de materiales cohesivos que contengan tamaños máximos de partículas de menos de 19 mm (3/4”).



NTC 2122. METODO DE ENSAYO PARA CBR



ASTM D 1883 – 07: esta norma se refiere a la determinación del valor soporte relativo de suelos cuando son compactados y ensayados en laboratorio mediante la comparación entre carga de penetración en el suelo y aquella de un material normalizado. La norma se refiere a la evalucion de la calidad relativa de suelos subrasante pero es aplicable y u a subases y algunos materiales de base.

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5. MATERIALES Y EQUIPOS 

Molde de compactación de 15.2 cm de diámetro por 17.8 de altura o la equivalencia con collar



Disco espaciador de 15.1 de diámetro por 6.14 o 5.1 cm de altura



Martillo de compactación de 24.5 N



Aparato para medir la expansión con deformimetro



Pesas para sobre carga



Un tambor o depósito de capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua, ubicado en un lugar tal que ésta no alcance su punto de congelación.



Un horno con circulación de aire y temperatura regulable, que permita el secado de muestras a 110 ± 5 º C.



Balanza de 20 Kg. de capacidad y precisión 1 g.



Balanza de 2 Kg. de capacidad y precisión 0,1 g.



Tamices



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

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6. PROCEDIMIENTO

1. Compactar al menos 3 probetas en un rango de 90% a 100% de la densidad máxima compactada seca determinada anteriormente.

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2. Mezclar homogéneamente con agua cada una de las tres o más porciones de suelo por ensayar, previo secado en horno a 60º C hasta masa constante. Agregue la cantidad de agua necesaria para alcanzar la humedad óptima determinada en “Relación humedaddensidad”. Luego proceda a curar la mezcla, colocando ésta en un dispositivo tapado hasta obtener una distribución uniforme de humedad.

3. Para cada molde colocar el disco espaciador sobre la placa base. Fije el molde con su collar de extensión sobre dicha placa y coloque un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador.

4. Compactar cada

una

de

las

porciones de suelo húmedo en el molde, en un número de capas igual al de las probetas usadas en el ensaye de humedad - densidad. Cada probeta se debe compactar con distinta energía de tal manera que la densidad en la cual se desee determinar la razón de soporte quede entre las densidades de dos probetas. 5. Si las muestras van a ser sometidas a inmersión, determine el contenido de humedad al comienzo y al final del procedimiento de compactación (2 muestras). Cada una de ellas debe pesar como mínimo 500g.

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6. Si las muestras no se van a someter a inmersión, obtenga la muestra para la determinación de humedad después de efectuar la penetración.

7. Retirar el collar de extensión y enrase cuidadosamente el suelo compactado con una regla al nivel del borde del molde. Rellene con material fino bajo 5mm cualquier hueco que pueda haber quedado en la superficie por eliminación de material grueso.

8. Sacar la placa base perforada y el disco espaciador y pese el molde con el suelo compactado. Determine la masa del suelo compactado (m), restando la masa del molde. Registre aproximando a 1g.

9. Determinar la densidad de la muestra antes de la inmersión (ρ), dividiendo la masa de suelo compactado (m) por la capacidad volumétrica del molde 10. Colocar un disco de papel filtro grueso sobre la placa base perforada, invierta el molde y fíjelo a dicha placa, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro.

11. Colocar el vástago ajustable y la placa perforada sobre la probeta de suelo compactado y aplique las cargas hasta producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio, redondeando a múltiplos de 2,27Kg. (5 lb). En ningún caso debe ser menor que 4,54Kg. (10 lb)

12. Colocar sobre la probeta la cantidad suficiente de cargas para producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio, redondeando a múltiplos de 2,27 Kg. (5 lb) y en ningún caso menor que 4,54 Kg. (10 lb). Si la probeta ha sido previamente sumergida, la sobrecarga debe ser igual a la aplicada durante el período de inmersión. Para evitar el solevantamiento del suelo en la cavidad

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de las cargas ranuradas, coloque en primer lugar la carga anular sobre la superficie del suelo, antes de apoyar el pistón de penetración. Luego coloque las cargas restantes

7.

INFORME DE LABORATORIO ENSAYO CBR

Para el desarrollo del informe es necesario considerar los siguientes datos de la prueba de laboratorio: 1. Identificación de la muestra:  

Numero de perforaciones: 1 Profundidad: 60,00 cm

2.

Porcentaje de material retenido en el tamiz de 19 mm en la muestra original, en el caso de que se haya producido reemplazo.



100%

3. Humedad al fabricar el espécimen. 

Humedad de Compactación: Para calcular la humedad de compactación es necesario utilizar la siguiente formula.

Donde: Ww = masa de agua a añadir Wo = % de humedad inicial Wp = % de humedad prefijada Wh = masa húmeda de la porción de suelo. Formulas empleadas Peso húmedo de la muestra: 212 Peso del recipiente: 38 %𝑊𝑜 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 212 − 38 = 174 Peso seco muestra – recipiente = 174-38=136 %Wo = (174/136)-1*100= 28%

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Ww = (1𝑊 +100 𝑊 ℎ0) ∗ (𝑊𝑝 100 −𝑊𝑜) Ww = (1𝑊 +100 𝑊 ℎ0)

4. Masa unitaria de cada espécimen compactado. Masa unitaria es igual a la masa del espécimen sobre el volumen ocupado.

Donde: w = Porcentaje de humedad en la muestra con base en la masa seca del suelo en el horno A = Masa del recipiente y del suelo húmedo B = Masa del recipiente y del suelo seco C = Masa del recipiente ɖ d= Masa unitaria seca , en Kg./m³ ɖh= Masa unitaria húmeda, en Kg./m³

𝑊=

𝐴−𝐵 𝑥 100 𝐵−𝐶

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𝛿𝑑

=

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𝛿ℎ 𝑥 100 𝑤 + 100

5. Sobrecarga de saturación y penetración que se realiza ala muestra .

Donde L1 = Lectura inicial en mm L2 = Lectura final en mm. L2 – L1 = Cambio de altura del espécimen durante la inmersión, mm Como no se observan datos en los ejemplos se emplea la siguiente formula:

% 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 =

12.7 − 0.13 𝑥 100 = 10.8 116.43

6. Humedad después de la saturación. Instituto Nacional de Vías E 148–15 Si el espécimen va a ser sometido a inmersión, se toma una muestra representativa del material para la determinación de humedad al comienzo de la compactación de cada espécimen y otra muestra del material restante, después de la compactación. Usar la norma INV E – 122 para determinar el contenido de humedad.

Al final del período de inmersión, se vuelve a leer el deformímetro para medir el hinchamiento. Si es posible, se deja el trípode en su posición, sin moverlo durante todo el período de inmersión; no obstante, si fuera preciso, después de la primera lectura se puede retirar, marcando la posición de las patas en el borde del molde para poderla repetir en lecturas sucesivas. La expansión se calcula como un porcentaje de la altura inicial del espécimen. Después del período de inmersión se saca el molde del tanque y se vierte el agua retenida en la parte superior del mismo, sosteniendo firmemente la placa y sobrecarga en su posición. Se deja escurrir el molde durante 15 minutos en su posición normal y, a continuación, se retiran las sobrecargas y la placa perforada. Inmediatamente, se pesa y se procede al ensayo de penetración según el proceso descrito en la Sección siguiente. Es importante que no transcurra más tiempo que el indispensable desde cuando se retira la sobrecarga hasta cuando se vuelve

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a colocar para el ensayo de penetración.

7. Humedad óptima y densidad máxima determinados mediante la norma INV E – 141 o INV E – 142, según corresponda. Relación de soporte al contenido óptimo de humedad La masa unitaria seca máxima obtenida de la prueba de compactación hecha en un molde con diámetro de 101.6 mm (4”), puede ser ligeramente mayor que la máxima unitaria seca obtenida por la compactación en un molde de 152.1 mm (6”) de diámetro o molde CBR. Relación de soporte para un rango de humedades Usando los especímenes de 6.8 kg (15 lb) preparados como se describe en las pruebas de compactación INV E – 141 o INV E – 142, se determina el contenido óptimo de humedad y la densidad seca máxima de acuerdo con el método de compactación especificado en estas normas (método D), excepto que se deben usar los moldes de CBR y cada espécimen será penetrado para la determinación de su CBR. Además, se deberán establecer curvas de relación humedaddensidad para 25 golpes y 10 golpes por cada y cada espécimen de prueba compactado deberán ser penetrados. Todas las compactaciones se deben realizar en moldes de CBR. En casos en los cuales la masa unitaria especificada está en o cerca del 100% de la masa unitaria seca máxima, puede ser necesario incluir un esfuerzo de compactación mayor de 56 golpes por capa.

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8. CURVAS PRESIÓN-PENETRACIÓN

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9. ENSAYOS DE CBR RESULTADOS

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CONCLUSIONES



El ensayo de Proctor modificado nos ayuda a representar en el laboratorio las técnicas de compactación utilizadas en campo



La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades algunos suelosque se utilizan en obras de construcción La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades algunos suelos que se utilizan en obras de construcción

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Conocer el contenido de humedad optimo es de mucha importancia ya que agregan utidad ala hora de buscar una solución para mejorar las propiedades de resistencia al contante de densidad y otras del suelo

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