Relación de soporte de california (CBR)

Relación de soporte de california (CBR)
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Recinto Universitario Pedro Arauz Palacios
UNI-RUPAP
Líder en ciencias y tecnología
FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION – FTC
DEPARTAMENTO DE SUELO
Practica Nº 10:
ENSAYE DE VALOR RELATIVO SOPORTE ó RELACION DE SOPORTE DE
CALIFORNIA (C.B.R.)
AASHTO T 193-63
ASTM D 1883-73
Integrantes:




Carnet:
Martinez Leon Wilfredo
Silva Flores Gerson
Luna Gonzalez Jener Reynaldo
Luiz
Grupo de teoría: IA-31D
Grupo de práctica: IA-31D –2
Profesor de teoría: Ing. Silvia Lindo
Profesor de práctica: Br. Pedro Dulanto
Fecha de realización: viernes, 14 de Diciembre del 2012
Fecha de entrega: miércoles, 19 de Diciembre del 2012
2010201020102010-
Relación de soporte de california (CBR)
INDICE
1. Introducción……………………………………………………………
2. Objetivos……………………………………………………………….
3. Generalidades…………………………………………………………
3.1
Condiciones de ensayo……………………………………………
3.2
Variante de ensayo C.B.R………………………………………..
3.3
Ensayo CBR sobre muestras compactadas en el laboratorio..
3.4
Ensayo de CBR sobre muestras inalteradas…………………..
3.5
Ensayo CBR de campo…………………………………………..
3.6
Selección del valor de CBR de diseño………………………....
4. Materiales y Equipo………………………………………………….
5. Procedimientos……………………………………………………….
6. Tabla de datos y cálculos……………………………………………
6.1
Tabla de datos…………………………………………………….
6.2
Cálculos……………………………………………………………
6.3
Grafica……………………………………………………………..
7. Conclusiones…………………………………………………………
INTRODUCCIÓN
Relación de soporte de california (CBR)
El presente informe contiene la práctica número diez de Mecánica de Suelos
denominada “Ensaye de valor relativo soporte o relación de soporte de california
(CBR)”, la cual se llevó a cabo el día viernes 14 de diciembre de 2012; dirigida
por el profesor Br. Pedro Dulanto un el recinto universitario Pedro Arauz Palacios
de la Universidad Nacional de Ingeniería UNI-RUPAP.
El índice CBR expresa el porcentaje de la presión requerida para hacer penetrar
un pistón en el suelo que se ensaya, hasta la misma profundidad que una muestra
patrón de piedra triturada.
Este ensaye se encarga de medir la resistencia al corte de un suelo bajo
condiciones de humedad y densidad controladas. Fue desarrollado por parte de la
división de carreteras de California como una forma de clasificación de la
capacidad de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en
construcción de carreteras. Sirve para evaluar la capacidad de soporte de los
suelos explantados; mide en un suelo las características que tiene para soportar
cargas, es decir, de que circulen vehículos por encima de él.
Por lo tanto esperamos que
información.
sea de mucha utilidad a quien requiera de esta
Relación de soporte de california (CBR)
2. OBJETIVOS
Objetivo general
Evaluar la calidad relativa del suelo, para sub-rasante, sub-base y base de
pavimento.
Objetivos específicos:
Conocer como se determina el CBR de una muestra de suelo.
Brindar una conclusión sobre la importancia que posee la determinación del
CBR para la evaluación de los suelos.
Desarrollar conocimientos prácticos en los estudiantes, prepararlos para
los retos que enfrentaremos en el campo laboral.
Relación de soporte de california (CBR)
3. GENERALIDADES
La relación de soporte
de California (California Bering Ratio), conocida
comúnmente como CBR es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de
un suelo bajo condiciones de humedad y densidad cuidadosamente controladas,
que tiene aplicación principalmente en el diseño de pavimentos flexibles. El CBR
se define como la relación entre el esfuerzo requerido para introducir un pistón
normalizado dentro del suelo que se ensaya y el esfuerzo requerido para introducir
el mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra de patrón de piedra
triturada. Esta relación se expresa en porcentaje.
CBR 
Esfuerzo en el suelo ensayado
 100
Esfuerzo en la muestra patrón
Los valores de esfuerzo para las diferentes profundidades de penetración dentro
de la muestra patrón se indican en la siguiente tabla:
Penetración (pulgadas) Esfuerzo (lb/plg2)
0.1
1000
0.2
1500
0.3
1900
0.4
2300
0.5
2600
El CBR de una muestra de suelo se determina generalmente para penetraciones
del pistón dentro de él de 0.1 y 0.2 pulgadas, eligiéndose el mayor de los dos
como valor representativo de la muestra.
3.1. CONDICIONES DE ENSAYO
La resistencia de un suelo varía con su densidad, su contenido de agua cuando se
compacta y el que tiene en el momento de ser ensayado. Por lo tanto, para
reproducir las condiciones de la obra en el laboratorio, estos factores deben
controlarse cuidadosamente al preparar y penetrar las muestras.
Relación de soporte de california (CBR)
Por lo general, y con el fin de representar en el laboratorio la condición más crítica
que pudiera presentarse en el terreno, los ensayos CBR se realizan sobre
muestras
previamente
empapadas,
condición
que
es
evidentemente
representativa en zonas sujetas a la penetración de las heladas durante el invierno
y la consecuente posterior acumulación de agua en las capas del pavimento
durante el deshielo a comienzos de la primavera.
Sin embargo, existen numerosas investigaciones en áreas tropicales las cuales
han demostrado que en ellas la posibilidad de saturación de las capas granulares
y la subrasante es escasa y cuando esto ocurre es generalmente por deficiencias
en los sistemas de construcción y en los dispositivos de drenaje, que permiten la
acumulación de agua en las capas del pavimento. Por lo tanto, si se construye el
pavimento correctamente, con buenos materiales y un adecuado sistema de
drenaje superficial y subterráneo, manteniendo el nivel freático cuando menos 60
centímetros bajo la superficie subrasante, la práctica de sumergir las probetas
antes del ensayo, puede obviarse en la gran mayoría de los casos.
3.2. VARIANTES DEL ENSAYO CBR
El ensayo CBR, puede efectuarse tanto en el terreno, ensayando el suelo con su
humedad natural y sometiéndolo a saturación previa, como en el laboratorio sobre
muestras inalteradas o compactadas todas allí. Las muestras inalteradas deberían
ensayarse con su contenido natural de humedad, mientras que las compactadas
en el laboratorio pueden probarse luego de inversión o no de acuerdo a las
condiciones esperadas en el terreno.
Si en la obra durante la construcción, las condiciones de humedad y densidad
llegan a diferir en mucho de las asumidas en la etapa del proyecto, deberán
hacerse ensayos “in situ” o con muestra inalteradas a fin de hacer oportunamente
los ajustes convenientes.
Relación de soporte de california (CBR)
3.3.
ENSAYO
CBR
SOBRE
MUESTRAS
COMPACTADAS
EN
EL
LABORATORIO
Equipo para la prueba
1. Moldes para ensayo CBR (6” de diámetro por 7” de altura), con sus collares
de extensión, falsos fondos y placas de base.
2. Pisón compactador de 10 libras de peso y 18” de caída.
3. Pesas de sobrecarga de 5 libras cada una.
4. Discos perforados con vástago ajustable.
5. Trípode con dial medidor de deformaciones.
6. Máquina para aplicar carga a velocidad controlada.
7. Balanzas, regla metálica, recipientes para mezcla, horno, alberca, cámara
húmeda, cronometro, frascos, papeles de filtro, etc.
Métodos de ensayo en el laboratorio
Se han ideado diferentes procedimientos para preparar muestras de laboratorio
con diversos tipos de suelo, cuyo fin es representar allí las condiciones que
verosímilmente se pueden producir durante y después de la construcción. Se
pueden establecer tres procedimientos de preparación, ensayo y selección de
resistencia de los suelos de acuerdo fundamentalmente con las características de
los mismos a saber:
Método 1
Ensayo sobre gravas, arenas y suelos sin cohesión. En general, suelos que en el
método unificado clasifiquen como: GW, GP, SW y SP. También los de los grupos:
GW – GM, GP – GM, SW – SM, SP – SM, GM y SM, siempre que la fracción fina
no posea plasticidad.
Método 2
Ensayo sobre suelos de plasticidad baja y media que no poseen características
expansivas. En este grupo pueden considerarse los suelos: GM, GC, SM y SC,
ML, OL y CL, no expansivos como combinaciones de ello
Relación de soporte de california (CBR)
Método 3
Ensayo sobre suelos de características generalmente expansivas, tal es el caso
de algunos CL y los MH, OH y CH.
3.4. ENSAYO DE CBR SOBRE MUESTRAS INALTERADAS
Cuando se desea realizar el ensayo sobre una muestra con la densidad y la
humedad exactas que el suelo tiene en el terreno, conviene realizar el ensayo
sobre una muestra inalterada, como se indica a continuación:
Equipo necesario para la prueba
Molde CBR con su collar de extensión y un anillo toma muestras con borde
cortante.
Barra metálica o de madera para aplicar carga. Balanzas, horno,
cronómetro, parafina, pesas de sobrecarga, pala, etc.
Máquina para aplicar carga en el ensayo de CBR.
Preparación de la muestra
Este tipo de ensayo, aplicable básicamente a suelos finos y blandos se efectúa
así:
a. Se alisa la superficie del terreno en el lugar donde se desea tomar la
muestra y se aprieta el molde con el anillo de borde cortante contra el suelo
ejerciendo una presión moderada.
b. Se excava una zanja alrededor del cilindro.
c. Se presiona firmemente el molde contra el suelo, empleando una barra de
carga si fuese necesario y con gran cuidado se va recortando con un
cuchillo el suelo vecino al anillo, cortando hacia abajo y hacia arriba.
d. Se va profundizando la zanja alrededor del cilindro hasta que la muestra
haya penetrado totalmente dentro del molde CBR, abarcando inclusive
parte del collar de extensión.
e. Con una pala o una sierra de alambres se corta la muestra por la parte baja
del molde y se saca de la excavación.
f. Se quita el collar de extensión y se enrasa la muestra.
Relación de soporte de california (CBR)
g. Se gira el modelo de molde, se quita el anillo toma muestra y se enrasa
también por la parte inferior.
h. Se vierte parafina líquida sobre la superficie de las cargas expuestas de la
muestra con el fin de evitar pérdidas de humedad por evaporación.
La muestra queda lista para llevar al laboratorio.
Ensayo de penetración en el laboratorio
a. Se quitan las cubiertas de parafina y se pesa el molde con la muestra.
b. Sobre una de las superficies de la muestra se coloca un papel filtro y se
monta la placa de base perforada.
c. Se invierte el molde, se ajusta el collar de extensión y se colocan luego las
pesas de sobrecarga necesarias, de acuerdo al peso de la cubierta de
suelo que había sobre la muestra en el terreno.
d. Se toma una muestra del suelo, en cercanías del orificio dejado por el
pistón, se pesa, se lleva al horno a 110°C por 18 horas y se pesa
nuevamente con el fin de hallar su humedad.
Cálculos
a. Se calcula la densidad seca de la muestra ensayada, dividiendo su peso
seco por el volumen del molde CBR.
Para hallar el peso seco se deberá restar el peso del molde del peso de este
más la muestra húmeda, dividiendo la diferencia por un valor de este número.
b. Se convierten las lecturas del dial de carga en esfuerzos y se dibuja un
gráfico esfuerzo – penetración, con ayuda del cual se determinan los
valores de CBR para penetraciones de 0.1 y 0.2 pulgadas. El mayor valor
de los dos se toma como CBR de la muestra ensayada.
3.5. ENSAYO CBR DE CAMPO
En muchas ocasiones es deseable verificar los valores de CBR obtenidos en el
laboratorio con los que se están alcanzando durante la construcción, lo que puede
hacerse con una prueba de campo.
Equipo necesario
Relación de soporte de california (CBR)
Vehículo de carga, gato hidráulico, pistón de 3 pulgadas cuadradas de área,
platina del dial medidor de deformaciones, cronómetro, pesas de
sobrecarga.
Procedimiento de ensayo
a. Se elige para el ensayo un lugar en el que no haya partículas de tamaño
mayor a ¾ “, alisándose y nivelándose una zona circular de unos 30 cm de
diámetro sobre el terreno.
b. Se colocan las pesas de sobrecarga y se coloca el dispositivo para realizar
el ensaye. El peso de los aparatos hará que el pistón quede asentado
firmemente sobre el suelo.
c. Se aplica carga a la velocidad anotándose las lecturas del dial de carga
para las penetraciones situadas allí mismo.
d. Se descarga el gato y se retiran los elementos utilizados.
e. Se efectúa un ensayo de densidad en el terreno, con el fin de determinar la
densidad y humedad para las cuales es representativo el ensayo.
Cálculos
a. Se determinan los esfuerzos correspondientes a las lecturas del dial de
carga, multiplicando este por las constantes del anillo de carga.
b. Se dibuja la curva esfuerzo – penetración y se calculan los valores de CBR
corregidos para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración, adoptándose el mayor
como representativo.
c.
Se calculan la humedad y la densidad del suelo.
3.6. SELECCIÓN DEL VALOR DE CBR DE DISEÑO
Es evidente que una sola prueba de CBR sobre un material de subrasante que
aparece en la vía por centenares o miles de metros o sobre un material de una
fuente de miles de metros cúbicos de volumen no proporciona la confianza
suficiente con respecto a la resistencia del suelo. Es por esto aconsejable realizar
varias pruebas sobre muestras cuyos resultados es de esperar que no sean
Relación de soporte de california (CBR)
idénticos por la gran cantidad de variables, tanto por la heterogeneidad del
material como por la ejecución del ensayo mismo.
Una vez determinada la resistencia de cada una de las muestras elegidas, se
encuentra el CBR de diseño, el cual según el criterio del Instituto del Asfalto se
define como aquel valor que es igualado o superado por un determinado
porcentaje de los valores de las pruebas efectuadas.
Este CBR de diseño se determina así:
a. Se ordenan los valores de CBR obtenidos de menor a mayor.
b. Para cada valor numérico diferente de CBR, comenzando desde el menor,
se calcula el número y el porcentaje de valores de CBR que son mayores o
iguales que él.
c. Se dibujan los resultados en un gráfico “CBR vs % de valores mayores o
iguales” y se unen con una curva los valores dibujados en él.
d. El CBR de diseño es el correspondiente a un valor en las ordenadas de 60,
75 u 87.5%, según si el tránsito de la vía objeto del estudio se espera que
sea liviano, medio o pesado, respectivamente.
Por ejemplo, si en un tramo de carretera de tránsito pesado se han obtenido sobre
un suelo típico de subrasante valores de CBR de 7, 9, 11, 6, 8, 8, 10 y 11, el valor
de diseño se determina así:
a. Se elabora una tabla y en ella se ordenan los valores y se efectúan los
cálculos de acuerdo a las instrucciones recién indicadas.
b. Se dibuja el gráfico “CBR vs % de valores mayores o iguales” y para un
87.5% en las ordenadas, se halla el CBR de diseño que es 7%.
Relación de soporte de california (CBR)
4. MATERIALES Y EQUIPO
1. Suelo
2. Tamiz N°4
3. Charola
4. Cuchara
5. Cilindro o molde de compactación
6. Pisón o martillo
7. Probeta de 500 ml
8. Regla metálica
9. Cincel de acero liso
10. Brocha de 4”
11. Maso de 2 ½ libra de peso
12. Taras para el contenido de humedad
13. Balanza con precisión de 1.0 gramo y capacidad de 25 kg
14. Balanza con precisión de 0.1 gramoy capacidad de 2.0 kg
15. Horno con temperatura constante de 100 – 110º C.
5. PROCEDIMIENTOS
1) Se tamizo el suelo por la malla N°4.
2) A continuación se pesaron 5 Kg del material tamizado.
3) Por medio de una regla de tres determinamos el contenido de humedad
óptima para preparar la muestra (para 500 gr de suelo utilizamos 91.7 ml de
agua).
4) A los 5 Kg de suelo se le agregamos 917 ml de agua y mezclamos
uniformemente.
5) Se pesaron el cilindro o molde de compactación.
6) Se deposito la primera capa de suelo y le dimos 56 golpes; las 5 capas las
llenamos a 1/5 de la altura del cilindro dando los 56 golpes por cada capa
respectivamente.
7) Después del proceso de compactación se quito el collarín y enrasamos.
8) Se pesamos el molde más el material compactado.
9) Luego se llevo el molde más el material compactado a la maquina C.B.R y
se anotaron cada lecturas según los intervalos orientados en la guía y las
medidas de carga.
10) Después el material compactado del cilindro y se tomo una muestra del
interior para determinar la humedad.
11) Se peso e identifico la tara.
12) Pesamos tara más material húmeda.
Relación de soporte de california (CBR)
13) Se introdujo la muestra al horno y se dejo secar
aproximadamente.
por 24 horas
La resistencia de un terreno varía con su densidad, su contenido de agua cuando
se compacta y es por ello que con el fin de representar en el laboratorio la
condición más crítica que pudiera presentarse en el terreno la prueba de CBR se
realiza sobre muestras previamente empapada especialmente para zonas
húmedas.
1. Retirar la muestra y escurrir por 15 minutos, luego colocarla en la máquina
del CBR y ajustarla de manera que el pistón de esta quede centrado con la
muestra y luego aplicar carga de 10 libras. Ajustar en cero el dial medidor
de carga, dar manivela la gato de modo que el pistón penetre dentro del
suelo a velocidad aproximada de 0.05 plg/min registrando lectura
correspondiente del dial de carga cuando la penetración sea: 0.1, 0.2, 0.3,
0.4, 0.5 pulgadas.
6. TABLA DE DATOS Y CALCULOS
6.1. Datos de ensaye de carga del CBR
Penetración
Mm
pulga
1.27
2.54
3.81
5.08
7.62
10.16
12.70
0.05
0.10
0.15
0.20
0.30
0.40
0.50
Lect. del
Carga
Carga unitaria
deformimetro constante
kilogramo patrón(kg/cm2)
de carga (N)
1.30
4.5kg
0.133
2.50
4.5kg
0.255
70.31
4.25
4.5kg
0.433
6
4.5kg
0.612
105.46
9.5
4.5kg
0.968
12.50
4.5kg
1.274
15.50
4.5kg
1.580
%C.B.R
0.018
0.030
Relación de soporte de california (CBR)
Wmolde (gr)
Wmolde + material (gr)
Tara
Wtara (gr)
Wm + tara (gr)
Ws + tara (gr)
hmolde (cm)
molde (cm)
4086.0
8129.0
IP
31.6
159.45
136.36
17.5
15.2
6.2. CÁLCULOS
Formulas a Usar
Calculo de Peso del Material
Cálculo de volumen del Material
Vm 
Wm  Wmaterialmolde  Wmolde
Calculo de Humedad
W
 Ws tara
%w  mtara
*100
Ws tara  Wtara
4
(hmolde )
Cálculo de Densidad del material
Wm
m 
Vm
Calculo de Densidad Seca
m
d 
%w
1
100
Cálculo de CBR
 2
CBR 
unitaria
*100
patron
Simbología Utilizada
Wm: Peso del material
Vm:
Volumen del Material
hmolde: Altura del molde
%w:
Humedad Reproducida
d:
Densidad Seca
Ws+tara: Peso de la muestra seca + tara
Wm+tara: Peso de la muestra + tara
Wmolde: Peso del molde
:
Diámetro del Molde
hlibre: Altura libre
Wtara: Peso de la Tara
dmax: Densidad seca Máxima
Relación de soporte de california (CBR)
Valores Constantes
Área del pistón: 19.4cm2
dmax:
De Compactación Estática (1520Kg/m2)
Wdisco=8553.0 gr.
Cálculos
Calculo de Peso del Material
Cálculo de volumen del Material
Vm 
(hmolde )
4
 * (15.2cm) 2
17.5cm 
Vm 
4
Vm  3175.52cm 3  3.176  10 3 m 3
Wm  Wmaterial molde  Wmolde
Wm  8129 gr  4086 gr
Wm  4043gr  4.043KG
Calculo de Densidad
Wm
m 
Vm
4043 gr
m 
3175.52cm 3
m  1.27 gr / cm 3
Calculo de Densidad Seca
m
d 
%w
1
100
1.27 gr / cm 3
d 
22.07
1
100
 d  1.04 gr / cm 3
Calculo de Esfuerzos
C arg a

Areapiston
0.255kg.
1 
 0.013kg / cm 2
19.4cm 2
Cálculo de CBR
 2
Cálculo de Humedad
W
 Ws tara
% w  mtara
*100
Ws tara  Wtara
159.45 gr  136.36 gr
*100
136.36 gr  31.76 gr
% w  22.07%
%w 
Cálculo de Grado de Compactación
Gc 
d
 d max
*100
1.04 gr / cm 3
*100
1.52 gr / cm 3
Gc  68.42%
Gc 
2 
0.612kg.
 0.032kg. / cm 2
19.4cm 2
Relación de soporte de california (CBR)
unitaria
*100
patron
CBR 
0.013kg / cm 2
*100
70.31kg / cm 2
 0.018%
0.032kg / cm 2
*100
105.46kg / cm 2
 0.03%
CBR0.1" 
CBR0.2" 
CBR0.1"
CBR0.2"
6.3. GRAFICA
penetracion vs carga
1.8
1.6
1.4
carga
1.2
1
0.8
carga
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
penetracion
Observación: Los resultados que se obtuvieron para el C.B.R. que se
muestran en la tabla, de estos solo se analizo para un C.B.R0.1 y C.B.R.0.2
Relación de soporte de california (CBR)
7. CONCLUSIONES
La realización de dicho laboratorio ha cumplido con los objetivos propuestos, ya
que se conoció como se determinar el CBR, así como también su importancia, de
manera teórica, dado que fue imposible aplicar de manera práctica los conceptos
expuestos anteriormente.
En ocasiones no existe una correlación precisa entre los valores de CBR
obtenidos en el laboratorio y en el campo, presentándose esta situación con mayor
frecuencia en el ensayo de suelos granulares debido a la importancia que en el
resultado de laboratorio ejerce el efecto de confinante de molde, mientras que en
suelos finos el efecto puede ser despreciable.
Debe tenerse en cuenta, sin embargo que los valores sólo serán comparables si
las condiciones de humedad y densidad del suelo son semejantes en el campo y
en el laboratorio.
El C.B.R. encontrado es relativamente bajo debido a la humedad del suelo; no se
obtuvo una humedad óptima.