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PAVIMENTOS – Informe N°03 y 04 “Ensayo de CBR en material de base y sub base”

INDICE CBR 1.

INTRODUCCION AL ENSAYO DE CBR............................................................................4

2.

OBJETIVOS............................................................................................................................4 2.1.

Objetivos principales...................................................................................................4

2.2.

Objetivos secundarios................................................................................................4

3.

EQUIPOS Y MATERIALES...................................................................................................4 3.1.

En el proceso de compactación................................................................................4

3.2.

En el proceso de compactación................................................................................7

4.

ROCEDIMIENTO....................................................................................................................9 4.1.

En el proceso de compactación................................................................................9

4.2.

Resistencia a la penetración....................................................................................13

5.

PRESENTACION DE RESULTADOS...............................................................................16

6.

CBR CON REFUERZO.......................................................................................................21 6.1.

7.

PRESENTACION DE RESULTADOS DE CBR CON REFUERZO.......................25

DISCUSION DE RESULTADOS........................................................................................26 7.1.

DISCUSION DE RESULTADOS CBR CON REFUERZO.......................................27

8.

CONCLUSIONES.................................................................................................................27

9.

REFERENCIAS....................................................................................................................27

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PAVIMENTOS – Informe N°03 y 04 “Ensayo de CBR en material de base y sub base”

INDICE DE TABLAS Tabla 1. Compactación CBR (Excel)...................................................................................16 Tabla 2. Ensayo de hinchamiento (Excel)..........................................................................17 Tabla 3. Ensayo carga - Penetración..................................................................................17 Tabla 4. Corrección de CBR.................................................................................................18 Tabla 5. Datos cono machine...............................................................................................19 Tabla 6. compactación CBR con refuerzo..........................................................................25 Tabla 7. Ensayo de hinchamiento CBR con refuerzo......................................................25 Tabla 8. Ensayo carga - penetración CBR con refuerzo.................................................25 INDICE DE CURVAS Curva 1. Molde 1 Curva esfuerzo - penetración...............................................................17 Curva 2. Molde 2 Curva esfuerzo - Penetración...............................................................18 Curva 3. Molde 3 Curva Esfuerzo - penetración...............................................................18 Curva 4. Densidad – CBR.....................................................................................................19 Curva 5. Carga - Penetración Molde1.................................................................................19 Curva 6. Carga - Penetración Molde 2................................................................................20 Curva 7. Carga - Penetración Molde 3................................................................................20 Curva 8. Esfuerzo - Penetración CBR con refuerzo.........................................................26 Curva 9. Resumen CBR.........................................................................................................26 Curva 10. CBR al 95%............................................................................................................27

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PAVIMENTOS – Informe N°03 y 04 “Ensayo de CBR en material de base y sub base”

INDICE DE IMAGENE

Imagen 1. Molde para CBR.....................................................................................................4 Imagen 2. Disco espaciador...................................................................................................5 Imagen 3. Pisón........................................................................................................................5 Imagen 4. Trípode y dial..........................................................................................................6 Imagen 5. Pesas anulares.......................................................................................................6 Imagen 6. Pistón.......................................................................................................................7 Imagen 7. Wincha.....................................................................................................................7 Imagen 8. Tamiz #4...................................................................................................................8 Imagen 9. Tanque de inmersión hidráulica..........................................................................8 Imagen 10. Procedencia de materia de base......................................................................9 Imagen 11.Pesaje de material................................................................................................9 Imagen 12. Adición del COA al suelo de base....................................................................9 Imagen 13.Mezclado homogéneo con el COA..................................................................10 Imagen 14. Obtención de humedad....................................................................................10 Imagen 15.Armado de proctor y medición........................................................................11 Imagen 16.Compactación del material en proctor...........................................................11 Imagen 17. Dial de deformación para hinchamiento.......................................................12 Imagen 18. Saturación de las muestras.............................................................................12 Imagen 19. Medición del hinchamiento..............................................................................13 Imagen 20.Colocado de muestras en el equipo...............................................................13 Imagen 21.Toma de datos para CBR...................................................................................14 Imagen 22.Especimenes ensayados..................................................................................14 Imagen 23. Colocación de cargas para la penetración...................................................15 Imagen 24. Aumento de cargas para medir la penetración............................................15 Imagen 25. Especímenes ensayados.................................................................................16 Imagen 26. Malla de refuerzo...............................................................................................21 Imagen 27. CBR con malla de refuerzo a la mitad de su altura.....................................21 Imagen 28. Saturación de CBR con refuerzo....................................................................22 Imagen 29. Ensayo de la muestra con refuerzo................................................................22 Imagen 30. Muestra ensayada con refuerzo......................................................................23 Imagen 31. Ensayo de penetración de muestra con refuerzo........................................23 Imagen 32. Medición de penetración en Cono Machine.................................................24

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PAVIMENTOS – Informe N°03 y 04 “Ensayo de CBR en material de base y sub base”

1. INTRODUCCION AL ENSAYO DE CBR El CBR es un ensayo para evaluar la calidad de un material de suelo con base en su resistencia, medida a través de un ensayo de placa a escala.

CBR significa en español relación de soporte California, por las siglas en inglés de «California Bearing Ratio», aunque en países como México se conoce también este ensayo por las siglas VRS, de Valor Relativo del Soporte.

Aunque fue desarrollado en 1925, el ensayo comienza a aparecer en los estándares norteamericanos ASTM (por American Standards for Testing and Materials) desde 1964, en su versión para laboratorio (ASTM D 1883), y en su versión para campo (ASTM D 4429). A pesar de sus múltiples limitaciones, como se indicarán más adelante en este artículo, hoy por hoy, el CBR es uno de los ensayos más extendidos y aceptados en el mundo debido al relativo bajo costo de ejecución (si se compara con ensayos triaxiales), y a que está asociado a un número de correlaciones y métodos semi-empíricos de diseño de pavimentos. 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivos principales Con este ensayo de laboratorio se podrá obtener la resistencia al corte de los suelos bajo condiciones de humedad y densidad controlada. 2.2.

Objetivos secundarios

Nos permitirá visualizar su comportamiento en cuanto a capacidad de carga de los suelos que se utiliza para materia de base sub-base. Y su posible hinchamiento en condiciones críticas en su uso. 3. EQUIPOS Y MATERIALES 3.1. En el proceso de compactación - Molde de diámetro de D=6”, altura de 8” y un collar de 2”

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Imagen 1. Molde para CBR

-

Disco espaciador de diámetro de 5 15/16” y una altura de 2.5”

Imagen 2. Disco espaciador

-

5

Pisón (peso de 10lb. Y una altura de caída de 18”)

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Imagen 3. Pisón

-

Trípode y dial de deformación con aprox. 0.001”

Imagen 4. Trípode y dial.

-

6

Pesas anulares de 5 lbs c/u (2 pesas) Facultad de Ingeniería Civil

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Imagen 5. Pesas anulares.

3.2. -

7

En el proceso de compactación Pistón sección circular Diámetro 2 pulg.

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Imagen 6. Pistón.

-

Herramientas Varias (Wincha, papel filtro, tamices, tanque para inmersión hidráulica).

Imagen 7. Wincha.

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Imagen 8. Tamiz #4

Imagen 9. Tanque de inmersión hidráulica

4. ROCEDIMIENTO 4.1. En el proceso de compactación

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-

Se trajo el material de base y se hizo secar de la obra que esta al costado del mercado de Rosaspata.

Imagen 10. Procedencia de materia de base.

-

Desmenuzar se tamiza por la malla #4 y se pesa 20 kg Aprox. del material.

Imagen 11.Pesaje de material.

-

Agregar el contenido óptimo de agua y mezclar hasta que este homogéneo.

Imagen 12. Adición del COA al suelo de base.

-

10

Con la ayuda del cucharon y espátula mezclamos homogéneamente. Facultad de Ingeniería Civil

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Imagen 13.Mezclado homogéneo con el COA.

-

Se obtiene la humedad del material en ese mismo instante.

Imagen 14. Obtención de humedad.

11

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-

Armamos el molde con el disco espaciador y el papel filtro ( verificamos medidas)

Imagen 15.Armado de proctor y medición.

-

Se compacta el material en condición de humedad óptima conseguida a los proctors, se compacta con 12, 25, 56 golpes con 5 capas cada uno.

Imagen 16.Compactación del material en proctor.

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-

Quitamos el collarín y enrasamos las muestras.

-

Se pone en cero el dial de deformaciones para medir el hinchamiento durante la saturación.

Imagen 17. Dial de deformación para hinchamiento.

-

Se sumerge durante 96 horas para simular las peores condiciones en su vida útil.

Imagen 18. Saturación de las muestras.

13

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-

A las 96 horas se mide el hinchamiento del dial de deformación.

Imagen 19. Medición del hinchamiento.

4.2. -

Resistencia a la penetración Se deja escurrir durante 15 min y se pesa las muestras. Se coloca en el equipo de triaxial de Texas y se ajusta el dial de carga y deformación a cero para comenzar el ensayo.

Imagen 20.Colocado de muestras en el equipo.

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-

Iniciamos la penetración a una velocidad aproximada de 0.05” por min, y se hace lecturas en el dial a 25, 50, 75, 100, 200, 300, 400, 500.

Imagen 21.Toma de datos para CBR.

-

Retiramos los especímenes ensayados de 12, 25, 56 golpes.

Imagen 22.Especimenes ensayados.

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-

Posteriormente se llevó al penetro metro para medir la penetración para cargas de 10, 20, 40, 80 lbs en los 3 especímenes.

Imagen 23. Colocación de cargas para la penetración.

Imagen 24. Aumento de cargas para medir la penetración.

16

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-

Muestra de los 3 especímenes después de la penetración.

Imagen 25. Especímenes ensayados.

5. PRESENTACION DE RESULTADOS Se procesara en una hoja Excel tanto las lecturas tomadas en la penetración y las cargas. Tabla 1. Compactación CBR (Excel) MOLDE Altura Molde mm.

1

2

3

179

178

177

N° Capas

5

5

5

N°Golp x Capa

12

25

56

Cond. Muestra

ANTES DE EMPAPAR

DESPUE ANTES DE S EMPAPAR

DESPUE ANTES DE S EMPAPAR

DESPUE S

P. Húm.+ Molde

13140.00

13181.57

12070.00

12100.80

11900.00

11927.70

Peso Molde (gr) Peso Húmedo (gr)

8105.00

8105.00

7258.00

7258.00

5108.00

5108.00

5035.00

5076.57

4812.00

4842.80

6792.00

6819.70

Vol. Molde (cc) Densidad H. (gr/cc) Número de Ensayo P.Húmedo + Tara Peso Seco + Tara

3290.99

3290.99

3272.61

3272.61

3275.53

3275.53

1.53

1.54

1.47

1.48

2.07

2.08

1-A

1-B

1-C

2-A

2-B

2-C

3-A

3-B

3-C

147.20

150.30

145.50

135.50

140.20

141.20

152.30

158.10

160.20

137.90

140.70

135.50

127.20

131.30

131.70

142.40

147.80

149.60

9.30

9.60

10.00

8.30

8.90

9.50

9.90

10.30

10.60

Peso Agua (gr) Peso Tara (gr)

35.10

34.20

34.80

36.00

33.10

34.50

32.80

34.50

38.10

P. Muestra Seca

102.80

106.50

100.70

91.20

98.20

97.20

109.60

113.30

111.50

Cont. Humedad Cont.Hum.Pro m. DENSIDAD SECA

9.05%

9.01%

9.93%

9.10%

9.06%

9.77%

9.03%

9.09%

9.51%

9.03%

9.93%

9.08%

9.77%

9.06%

9.51%

1.403

1.403

1.348

1.348

1.901

1.901

17

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Tabla 2. Ensayo de hinchamiento (Excel) TIEMPO ACUMULADO (Hs)

NUMERO DE MOLDE LECTUR A (Días DEFORM ) .

HINCHAMIENTO (mm)

(%)

NUMERO DE MOLDE LECTUR A HINCHAMIENTO DEFORM . (mm) (%)

NUMERO DE MOLDE LECTUR A DEFORM .

HINCHAMIENTO (mm)

(%)

0

0

0.000

0.000

0.0000

0.000

0.000

0.0000

0.000

0.000

0.0000

24

1

0.001

0.001

0.0007

0.002

0.002

0.0009

0.002

0.002

0.0010

96

4

0.003

0.003

0.0014

0.003

0.003

0.0017

0.004

0.004

0.0020

Tabla 3. Ensayo carga - Penetración. PENETRACION (mm)

MOLDE N° 01

MOLDE N° 02

MOLDE N° 03

(pulg)

CARGA

ESFUERZO

CARGA

ESFUERZO

CARGA

ESFUERZO

0.00

0.000

0

0.00

0

0.00

0

0.00

0.64

0.025

20

1.00

27

1.38

134

6.80

1.27

0.050

86

4.37

90

4.56

339

17.28

1.91

0.075

104

5.31

112

5.68

376

19.16

2.54

0.100

137

6.99

156

7.93

417

21.21

5.08

0.200

214

10.92

306

15.60

479

24.40

7.62

0.300

303

15.41

406

20.65

523

26.64

10.16

0.400

391

19.90

486

24.77

560

28.51

12.70

0.500

494

25.14

545

27.76

586

29.82

ESFUERZO (Kg/cmý)

CURVA ESFUERZO-PENETRACION (California Bearing Ratio CBR) MOLDE 1 27.50 25.00 22.50 20.00 17.50 15.00 12.50 10.00 7.50 5.00 2.50 0.00 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

PENETRACION (mm) Curva 1. Molde 1 Curva esfuerzo - penetración.

18

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0.5

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ESFUERZO (Kg/cmý)

CURVA ESFUERZO - PENETRACION (California Bearing Ratio CBR) MOLDE 2 30.00 27.50 25.00 22.50 20.00 17.50 15.00 12.50 10.00 7.50 5.00 2.50 0.00 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

PENETRACION (mm) Curva 2. Molde 2 Curva esfuerzo - Penetración.

00

30 . 00

25 . 00

20 . 00

15 . 0. 00

5. 00

10 .

ESFUERZO (Kg/cmý)

00

CURVA ESFUERZO-PENETRACION (California Bearing Ratio CBR) MOLDE 3

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

PENETRACION (mm) Curva 3. Molde 3 Curva Esfuerzo - penetración.

-

Corrección de datos para CBR. Tabla 4. Corrección de CBR.

19

DENS

0.1

0.2

CBR

MOLDE 1

1.403

106.67

47.41

47.41

MOLDE 2

1.348

106.67

71.12

71.12

MOLDE 3

1.901

213.34

118.53

118.53

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CURVA: DENSIDAD-CBR (California Bearing Ratio CBR ) DENSIDAD SECA (gr/cc)

2.000 1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 40

60

80

100

120

CBR Curva 4. Densidad – CBR

-

Procesamiento para el cono machine. Tabla 5. Datos cono machine.

CONO MACHINE

10 20 40

12A mm 9.0 15.0 38.0

12C mm 16.0 17.1 25.0

25C mm 17.0 25.0 40.0

80

57.0

60.0

51.0

CARGA (lb)

CURVA CARGA - PENETRACION (Cono machine) MOLDE 1 60.0

CAGRA (Lb)

50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0

PENETRACION (mm) Curva 5. Carga - Penetración Molde1

20

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CURVA CARGA - PENETRACION (Cono machine) MOLDE 2 70.0 60.0

CAGRA (Lb)

50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0

PENETRACION (mm) Curva 6. Carga - Penetración Molde 2

CURVA CARGA - PENETRACION (Cono machine) MOLDE 3 60.0

CAGRA (Lb)

50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0

PENETRACION (mm) Curva 7. Carga - Penetración Molde 3

21

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6. CBR CON REFUERZO -

Para este caso se reforzó con una malla hecha de fibra de un costal.

Imagen 26. Malla de refuerzo

-

Se procedió a compactar el suelo hasta la mitad donde se colocó la malla de refuerzo y se verifico con una wincha.

Imagen 27. CBR con malla de refuerzo a la mitad de su altura

-

22

Se compacto con 5 capas de 56 golpes cada uno y se saturo durante 96 horas como especifica la norma.

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Imagen 28. Saturación de CBR con refuerzo

-

Pasado las 96 horas se ensayó la muestra con refuerzo.

Imagen 29. Ensayo de la muestra con refuerzo

23

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-

Muestra ensayada con refuerzo.

Imagen 30. Muestra ensayada con refuerzo

-

La muestra se ensaya también a penetración en el cono machine

Imagen 31. Ensayo de penetración de muestra con refuerzo

24

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-

Aumento de cargas y medición de penetración en Cono Machine.

Imagen 32. Medición de penetración en Cono Machine

25

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6.1.

PRESENTACION DE RESULTADOS DE CBR CON REFUERZO Tabla 6. Compactación CBR con refuerzo con refuerzo

MOLDE Altura Molde mm.

179

N° Capas

5

N°Golp x Capa

56

Cond. Muestra

ANTES DE EMPAPAR

DESPUES

P. Húm.+ Molde

12350.00

12398.00

Peso Molde (gr)

7050.00

7050.00

Peso Húmedo (gr)

5300.00

5348.00

Vol. Molde (cc)

3290.99

3290.99

1.61

1.63

Densidad H.(gr/cc) Número de Ensayo

1-A

1-B

1-C

P.Húmedo + Tara

147.20

150.30

145.00

Peso Seco + Tara

137.90

140.70

135.20

Peso Agua (gr)

9.30

9.60

9.80

Peso Tara (gr)

35.10

34.20

34.80

P. Muestra Seca

102.80

106.50

100.40

Cont. Humedad

9.05%

9.01%

9.76%

Cont.Hum.Prom.

9.03%

9.76%

DENSIDAD SECA

1.477

1.481

Tabla 7. Ensayo de hinchamiento CBR con refuerzo

TIEMPO

NUMERO DE MOLDE

ACUMULADO

LECTURA

HINCHAMIENTO

(Hs)

(Días)

DEFORM.

(mm)

(%)

0

0

0.000

0.000

0.0000

24

1

0.015

0.015

0.0084

96

4

0.025

0.025

0.0140

Tabla 8. Ensayo carga - penetración CBR con refuerzo PENETRACION (mm)

26

(pulg)

MOLDE N° 01 CARGA

ESFUERZO

0.00

0.000

0

0.00

0.64

0.025

20

1.00

1.27

0.050

31

1.56

1.91

0.075

45

2.31

2.54

0.100

71

3.62

5.08

0.200

174

8.86

7.62

0.300

428

21.78

10.16

0.400

733

37.31

12.70

0.500

997

50.78

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PAVIMENTOS – Informe N°03 y 04 “Ensayo de CBR en material de base y sub base”

ESFUERZO (Kg/cmý)

CURVA ESFUERZO - PENETRACION (California Bearing Ratio CBR) MOLDE CON REFUERZO 0 .5 52 0 .0 45 0 .5 37 0 .0 30 0 .5 22 0 .0 15 50 7. 00 0. 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

PENETRACION (mm) Curva 8. Esfuerzo - Penetración CBR con refuerzo.

7. DISCUSION DE RESULTADOS La interpretación de los resultados obtenidos anteriormente y compararlos con la teoría de bibliografía consultada se muestra un resumen de la curva esfuerzo – penetración tienen relación directa con el nivel de compactación que se dio a cada molde.

ESFUERZO (Kg/cmý)

CURVA ESFUERZO-PENETRACION (California Bearing Ratio CBR) MOLDE 1,2,3

0 .0 30 0 .0 25 0 .0 20 0 .0 15 0 .0 10 00 5. 00 0. 0.0

0.1

0.2

0.3

PENETRACION (mm) Curva 9. Resumen CBR.

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0.4

0.5

PAVIMENTOS – Informe N°03 y 04 “Ensayo de CBR en material de base y sub base”

DENSIDAD SECA (gr/cc)

CURVA: DENSIDAD-CBR (California Bearing Ratio CBR ) 2.000 1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 40

50

60

70

80

90

100

110

120

CBR Curva 10. CBR al 95%

El CBR de diseño se establece normalmente en el 95% de la DMS (densidad media seca). 7.1. -

DISCUSION DE RESULTADOS CBR CON REFUERZO Al colocar una malla de refuerzo se mejora la resistencia del suelo como se muestran en las tablas de 29.82 kg/cm2 hasta 50.78kg/cm2.

8. CONCLUSIONES - Antes de hacer el ensayo debemos conocer el material a ensayar. - El CBR de diseño es un valor que está asociado a una región de aceptación donde varias combinaciones de humedad y densidad producen la resistencia requerida. - El ensayo de CBR a pesar de sus limitaciones es muy práctico para determinar la calidad de un material de suelo y relacionarlo con el diseño de pavimentos. - Para su aplicación debemos preestablecer las condiciones de hidratación y sobrecarga. - Con el CBR determinamos el índice de calidad de un material de suelo orientado a su utilización en rellenos para estructuras y carreteras. - Las mallas de refuerzo mejoran en gran medida la calidad de suelo. 9. REFERENCIAS -

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Norma ASTM-D 1883 -05 Metodo estandar para CBR relación de soporte California, de suelos conpactados en laboratorio. Norma ASTM D 4429 versión de campo.

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