Universidad Autnoma Toms FrasFacultad de Ingeniera Carrera de Ingeniera Civil

Carreteras II CIV-325Ensayo C.B.R.California Bearing Ratio

Docente: Ing. Oscar Miranda.Grupo 1 Nombre: Univ. Barrera Romero Nstor Walter.Semestre: II-2011Fecha de entrega: P-06/11/2011

1. Introduccin.-

No basta con especificar el grado de compactacin de un suelo. Dos suelos diferentes alcanzarn no solo densidades secas y humedades ptimas diferentes en el ensayo de compactacin, sino que el material, al estar constituido por partculas diferentes, tendr un comportamiento en trminos de ingeniera diferente. Por ello, se hace necesario un parmetro adicional que considere la capacidad de soporte del suelo en s mismo para esas condiciones de compactacin.Dentro de las aplicaciones de los suelos, es decir su gran utilizacin en diversas ramas de la ingeniera, muchos elementos con los que el suelo se encuentra en contacto, tanto fluidos y materia slida le dan a ste una gran variedad en lo que a resistencia se refiere, pero la resistencia que se ofrece se debe perfeccionar, como el suelo soporta una gran cantidad de cargas mviles es muy necesario conocer cuanto de material ser necesario compactar para lograr realizar una carretera o terrapln y las dimensiones precisas de la capa de rodadura para lograrlo.Es as que en 1929 fue propuesto por los ingenieros de T. E. Stenton y O. J. Porter del departamento de carreteras del estado de California; el mtodo del CBR (California Bearing Ratio) (Relacin de Soporte California). Durante la Segunda Guerra Mundial WWII, se utiliz mucho ste mtodo para la construccin de aeropuertosEste mtodo, es el ms generalizado y utilizado, hoy en da, para el clculo de pavimentos flexibles.2. Objetivo.- -Conocer los procedimientos para determinar el C.B.R. de un suelo analizado. -Determinar la diferencia entre cada uno de los procedimientos y pasos de la determinacin del C.B.R. de un suelo analizado. -Evaluar la capacidad se soporte de suelos de suelos de subrazante empleados en la carretera Potos Uyuni de donde viene la muestra y verificar si cumplen las condiciones para su empleo en dicha capa de pavimento. -Diferenciar entre los errores correspondientes a cada tipo de procedimiento para hallar la el C.B.R. del suelo. -Conocer los tipos de procedimientos correctos, para la determinacin del C.B.R. de un suelo, en funcin del tipo de suelo. -Familiarizar al estudiante con el mtodo para obtener aproximadamente el valor del C.B.R. de un suelo. -Conocer las frmulas utilizadas para calcular el C.B.R. del suelo. -Conocer los materiales necesarios para la prctica. -Por medio del C.B.R. conocer el como se puede utilizar el suelo como baso o sub-base de pavimento. -Conocer y determinar el volumen necesario del agua es decir su contenido de humedad para realizar la prctica del C.B.R. -Conocer las caractersticas que deben poseer los suelos analizados, al momento de realizar el ensayo. -Conocer los cuidados bsicos a la hora de utilizar los equipos del laboratorio. -Obtener conocimiento del procedimiento, equipos necesarios, tiempo de ejecucin y personal requeridos para realizar la prctica de C.B.R. -Conocer los errores que se comenten a la hora de realizar la prctica de C.B.R. -Conocer los errores dentro del ensayo tanto errores instrumentales como aleatorios.1.1. Descripcin de la muestra.-La muestra analizada del ensayo consiste en unos 10 kg de suelo, tomada del suelo de la sub-rasante de la carretera Potos-Uyuni, la cual era una muestra de suelo fino que no posea materia orgnica, cuyo color era caf.

3. Antecedentes[footnoteRef:2].- [2: Fuente: Apuntes de Mecnica de Suelos II Ing. German Lizaraz P.]

El ndice de soporte o el C.B.R. de un suelo, es una medida de resistencia al esfuerzo cortante de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas.Se denomina C.B.R. al porcentaje de la razn entre la carga unitaria que se requiere para introducir un pistn dentro del suelo, y la carga unitaria requerida para introducir el mismo pistn a la misma profundidad en una muestra tipo de piedra triturada.

Los valores de carga unitaria para las diferentes profundidades de penetracin dentro de la muestra patrn estn determinados. El C.B.R. que se utiliza para proyectar el valor corresponde para una penetracin de 0.1 0.2 pulgadas.Si el C.B.R. tanto para una penetracin de 0.1 y 0.2 pulgadas son semejantes se recomienda utilizar el mayor.Si el C.B.R. correspondiente a 0.2 pulgadas, es muy superior al C.B.R. de 0.1 pulgadas se repite el ensayo, y en caso de repetirse el resultado se utiliza como valor el mayor C.B.R.Si el C.B.R. correspondiente a 0.1 pulgadas es mayor al de 0.2, se toma ste valor.Para la mayora de los suelos el valor correspondiente para 0.1 pulgadas es mucho mayor que el de 0.2 pulgadas.Los valores de la carga unitaria tipo para una muestra de piedra triturada son los siguientes:

Tipos De EnsayoLos ensayos del CBR pueden ser realizados: In situ (en obra) usando equipo especializado. En laboratorio, sobre muestras alteradas o inalteradas.

Los ensayos In situ se hacen en obra con el contenido de humedad existente, pero los ensayos en laboratorio se los puede hacer, ya sean con muestras saturadas (empapadas) o con muestras sin saturar. Siempre que sea posible, los ensayos se hacen con muestras inalteradas.Cuando se requiere el CBR de un suelo para proyectar pavimentos, hay que ensayar muestras compactadas en laboratorio, las cuales, debe reproducir las condiciones de humedad y densidades obtenidas en la compactacin en obra.-Pasos requeridos en el C.B.R.Existen principalmente 3 pasos para obtener el C.B.R. de un suelo:1.- Compactacin del Suelo.2.- Saturacin e Hinchamiento de la Muestra.3.- Penetracin del Suelo.3.1. Aplicacin.-El presente ensayo se emplea para determinar el espesor del pavimento en la construccin de carreteras y aeropuertos.Para diferentes valores del C.B.R. y cargas por rueda, o por eje se han determinado los respectivos espesores de pavimento, en base a datos experimentales.Los diferentes organismos viales y tcnicos, han elaborado curvas para facilitar ste clculo, aunque hoy en da con una simple calculadora es posible realizar el clculo del espesor en funcin del C.B.R. de un suelo.En la construccin de un pavimento se recomienda que el material para sub-base tenga un C.B.R. mayor de 15%, El material para la capa base debe tener un C.B.R. mayor de 40%, cuando las cargas por rueda son menores de 10000 libras (carreteras) y un C.B.R. mayor del 80% cuando las cargas por rueda son mayores de 10000 libras (aeropuertos).4. Equipo y materiales[footnoteRef:3].- [3: Fuente: Manual de Carreteras V4C Autor: Administradora Boliviana de Carreteras PDF; Cdigo S0404]

5.1. Prensa de ensaye.-Esta conformada por un marco de carga con una capacidad mnima de 10000 lbf. Y una gata mecnica capaz de desplazar una base metlica rgida a una velocidad uniforme y sin pulsaciones de 0.5 en un minuto, contra el pistn de penetracin. Este ltimo debe estar equipado con un dispositivo indicador de carga de 6000 lbf. que permita registrar las lecturas. El pistn debe llevar un dial de penetracin.5.2. Moldes Metlicos.-El conjunto del molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor).Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumtrica que se indican:Dimetro interno de 152.40.7 mm y altura de 177.8 0.5 mm. Debe tener un collar de expansin metlico de 50.8 mm de altura y una placa base metlica de 9.5 mm de espesor con perforaciones.5.3. Disco espaciador.-5.4. Metlico cilndrico de dimetro 150.8 mm0.8 mm y una altura de 61.40.2 mm5.5. Pisn Metlico.-De acuerdo a la tabla:

5.6. Aparato medidor de expansin.-Compuesto por:a) Una placa metlica de 1491.6 mm de dimetro, por cada molde. La placa debe tener perforaciones de un dimetro menor o igual a 1.6 mm, y estar provista de un vstago ajustable de metal en el centro, con un sistema de tornillo y contratuerca que permite regular y fijar su altura.5.7. Cargas.-Para cada molde se debe disponer de una carga metlica anular y varias ranuradas de 2.270.05kg cada una. La carga anular de dimetro exterior de 1491.6mm, debe disponer de una perforacin u orificio en el centro de aproximadamente 54mm de dimetro (ver figura S0404_1)

5.8. Pistn de penetracin.-Metlico cilndrico de dimetro 49.6 mm0.1 mm y una longitud no inferior a 101.6 mm5.9. Balanzas.-Una de 20 kg y 2 kg de capacidad, y una precisin de 1 g y otra de precisin de 0.1g, respectivamente.5.10. Horno.-5.11. Regla de Acero.-5.12. Tambor de depsito para sumersin de muestras5.13. Herramientas.-Herramientas para mezclado, cuchara, esptula, llana, etc. O un dispositivo mecnico para mezclado.

Figura S0404_16. Mtodo de la preparacin de las muestras.--Preparacin De MuestrasSe han elaborado diferentes procedimientos para preparar muestras de laboratorio de diferentes clases de suelos, a fin de reproducir las condiciones de obra que se presentaran durante y despus de la construccin.Estos procedimientos se aplican cuando el contenido de humedad, durante la construccin, va a ser el ptimo para obtener la mxima densidad AASHTO modificado y adems el suelo debe ser compactado con al menos el 95 % de sta.Existen diferentes tipos de suelos a ser usados para la construccin de capas Base, Sub bases de Calles, Carreteras, Aeropuertos, terraplenes o Presas de tierra; los cuales son: Suelos de baja plasticidad y sin hinchamiento Suelos no cohesivos Suelos que tengan hinchamiento

a) CBR De Suelos De Baja Plasticidad Y Sin HinchamientoPara suelos, tales como Arenas limosas, limos inorgnicos y limos arcillosos, les afecta grandemente la humedad de compactacin y la densidad obtenida, tanto si estn saturados o no lo estn. En estos casos, se compactan 3 muestras a diferentes densidades con el contenido de humedad ptimo, que se determin previamente por el mtodo de compactacin modificado. Se ensaya cada muestra despus de saturada y los resultados se representan en un grfico donde se calcula el CBR al 95 % de la densidad mximab) CBR De Suelos No CohesivosPara suelos, tales como Arenas limpias y gravas arenosas, el CBR no es afectado grandemente por la humedad de compactacin, debido a que estos suelos se compactan prontamente bajo el trfico que circula sobre los mismos. El ensayo se realiza con una muestra compactada a su densidad mxima.c) CBR De Suelos Sujetos A HinchamientosPara suelos, tales como Arcillas y Limos orgnicos, el CBR vara sustancialmente con la calidad. Se requiere estudios complementarios para determinar el contenido de humedad ptimo, as como el tipo de compactacin que satisfaga a estos suelos.Una vez que estos factores estn determinados, el ensayo se realiza sobre las muestras que se compactan de acuerdo a lo estudiadoEn la prctica las muestras ya se encontraban cuarteadas y tamizadas lo nico que se hizo antes de someterlas a la compactacin se procedi a mezclarlas con agua con una humedad ptima7. Realizacin y clculo.-7.1. Descripcin de la muestra.-La muestra del ensayo consiste en unos 10 kg de suelo, tomada del suelo de la subrazante de la carretera, la cual era una muestra de suelo fino que no posea materia orgnica, cuyo color era caf.7.2. Procedimiento[footnoteRef:4].- [4: Fuente: Apuntes de Mecnica de Suelos II Ing. German Lizaraz P. - Univ. Nstor Barrera R.]

N1. Una vez que tenemos la muestra se procede a compactarla, a diferencia de los procedimientos normal y modificado, la muestra se compacta en el molde de C.B.R. a la humedad ptima segn el tipo de suelo, a una pequea parte del suelo se le extrae una muestra para conocer la humedad Paso N 2. Se pesan 3 moldes del tipo C.B.R. es decir con dimetro de 6 y altura de 7 junto con el collar, en su parte baja posee una base porosa, y sobre sta se coloca un disco espaciador y encima de ste un papel filtro grueso. Paso N 3. Se compacta el suelo en 3 muestras en los 3 moldes, para la primera muestra se compacta con 56 golpes, la segunda con 25 golpes y la tercera con 12 golpes utilizando el pisn de 10 libras. Paso N 4. Colocar el molde en la balanza y pesar, luego se retira el collar y se enrasa el suelo con la regla. Paso N 5 Luego se coloca el molde en posicin invertida (se voltea) y se procede a retirar la base y el disco espaciador Paso N 6. Se coloca en la balanza y se calcula la densidad humedad, con la muestra extrada y su contenido de humedad se calcula su densidad seca.Fase de Saturacin. Paso N 7. Sobre la superficie libre donde se encontraba el anillo espaciador se coloca un papel filtro grueso y se coloca el plat y las pesas de plomo.La sobrecarga que se aplique mediante pesas debe ser igual a la correspondiente al pavimento a construirse. Una pesa de 5 libras equivale a 3 pulgadas del material situado arriba, pero el peso colocado no debe ser menos de 10 libras. Paso N 8. En cada una de las tres muestras se coloca el vstago con las pesas Paso N 9. Se introduce cada una de las muestras al agua y a estas se las coloca el trpode con el extensmetro con una lectura inicial, registrndose la hora. Paso N 10. La muestra se deja durante 96 das de saturacin, y cada da a la hora sealada se lee cunto se ha expandido la muestra, ya sea leyendo directamente en el extensmetro si se lo ha dejado en el molde o se coloca de nuevo el extensmetro en lugar marcado del molde. Paso N 11. Al cabo de las 96 horas se anota la lectura final del extensmetro y se calcula el porcentaje de expansin con la frmula.

Donde h corresponde a la diferencia de alturas es decir el hinchamiento y H es la altura inicial de la muestra.Esta fase de saturacin es para controlar si el tipo de suelo ser adecuado para utilizar como base o sub-base de pavimento.Los materiales de prstamo para sub-base deben tener porcentajes de expansin menores al 2% y para bases menores al 1%, al cabo de las 96 horas de saturacin obviamente. Paso N 12. Despus de sacar del agua las muestras saturadas se las dejas escurrir por 15 minutos en posicin horizontal, luego se pesa la muestra.Paso N 13. Registrados todos estos valores, se retira el vstago y se coloca pesas de sobrecarga sobre la muestra a ensayar que equivalgan al peso del espesor del pavimento que descansar sobre el suelo de donde proviene la muestra.Fase de Penetracin. Paso N14. Se coloca el molde sobre debajo de la prensa hidrulica y se siente el pistn de tal manera de no que la aguja de las cargas no se mueva y el pistn est de manera paralela al eje del molde y est en el centro de la muestra. Paso N 15. Se coloca el cuadrante o medidor de deformacin de tal forma que el vstago se apoye en el borde del molde colocando la lectura en cero. Paso N 16. Se aplica la carga suavemente por medio de la prensa hidrulica de tal forma de que la velocidad sea de 0.05 pulgadas en un minuto, la cual observando la penetracin en el cuadrante y midiendo el tiempo con un cronmetro es posible alcanzar dicha velocidad y que de una vuelta en dos minutos. Paso N 17. Se registran los valores de la carga para las deformaciones que se debern medir en intervalos de 0.025 pulgadas de penetracin hasta 0.1 pulgadas luego se lee para intervalos de 0.1 pulgadas hasta que llegue a la penetracin de 0.5 pulgadas entonces se finaliza la penetracin. Paso N18. Luego se descarga el gato hidrulico y se retira el molde de la prensa se quitan las pesas y la base perforada, y se extrae la muestra por medio de otra gata hidrulica. Paso N19. Se extrae una muestra para calcular el contenido de humedad. Paso N 20. Finalmente se traza una curva esfuerzo-penetracin la cual es necesario corregirla en caso de no estar uniforme. Y se leen los valores 0.1 y 0.2 pulgadas de penetracin, para estos se calcula su C.B.R. correspondiente. Paso N 21. Al tener los valores se grafica la curva densidad seca en funcin del CBR y se calcula el CBR de diseo con el porcentaje de la densidad seca de diseo generalmente 95% y se encuentra nuestro CBR de diseo.

7.3. Clculos.-

Organizando lo datos en una tabla tenemos:Para el clculo de contenido de humedad antes de sumergir la muestraMuestraN1CapsulaWcapWcap+WmhWcap+msWhWms% de humedad

n Golpesgramosgramosgramosgramosgramos%Promedio

5613-A20,844,05422,0521,29,6698113218,690837864

5628-A20,584,0579,54,55597,711864407

25333-A208781,25,861,29,4771241838,532188799

25444-A20,19186565,97,587253414

12546-A20,594,289,84,469,36,3492063499,341586097

12648-A20,88073,56,552,712,33396584

Para el clculo de humedad despus de sumergir la muestraTenemos los siguientes datos:MuestraN1CapsulaWcapWcap+WmhWcap+msWhWms% de humedad

gramosgramosgramosgramosgramos%

56148-A20,880,870,610,249,820,48192771

25336-A20,5106,890,9215,8870,4222,55041181

12544-A206250,7211,2830,7236,71875

Fase de Saturacin de la Muestra.-Calculo de pesos de las muestras

56 golpes25 golpes12 golpes

a) Peso molde421841684153

b) Peso molde y muestra humeda compactada en gr915290829305

c) Peso molde ymuestra saturada compactada en gr921591959108

d) (b-a) Peso muestra humeda compactada en gr493449149305

e) (c-a) Peso muestra saturada compactada en gr499750275152

Calculo de Densidad y expansin de la muestra

56 golpes25 golpes12 golpes

a) Peso molde421841684153

b) Peso muestra humeda compactada en gr493449149305

c) Peso muestra saturada compactada en gr499750275152

d) Volumen molde cm32316,666592316,666592316,66659

e)(b/d) Densidad antes de sumercin (g/cm3)2,129784242,121151154,01654689

f) (c/d)Densidad despus de sumercin (g/cm3)2,156978482,169928132,22388496

g) Lectura inicial mm9867,557

h) lectura final mm110161160

i) Altura de muestra mm127127127

j) Expansin % (g-h)/(i)*1009,448818973,622047281,1023622

k) porcentaje de humedad promedio antes de sumergir8,690837868,53218889,3415861

l) Densidad seca (e/(1+w/100)1,959488291,95439823,67339366

rea pistn =3 in2

Graficando tenemos la curva corregida y sin corregir:

Para 56 golpes

Para 25 golpes

Para 12 golpes

7. Conclusiones.-Al terminar de realizar el ensayo, podemos realizar las siguientes conclusiones:Al terminar de realizar el ensayo, podemos realizar las siguientes conclusiones: El mtodo del C.B.R. para diseo de pavimentos flexibles es muy til pero depende del tipo de suelo del banco de prstamo a utilizar. El valor del C.B.R. para 56 golpes fue de % El valor del C.B.R. para 25 golpes fue de % El valor del C.B.R. para 12 golpes fue de % Es muy importante calcular la densidad a la cual la muestra fue penetrada con el pistn, como tambin su contenido de humedad ya que para calcular el C.B.R. de diseo necesitamos la densidad seca de las muestras y su C.B.R. respectivo; por lo que el ensayo estuvo incompleto. El valor del C.B.R. de diseo se calcula con la densidad seca mxima y el porcentaje de compactacin en obtenido en campo. El porcentaje del hinchamiento es un valor que nos indica para que tipo de capa base es til el material del banco de prstamo, en una carretera puede utilizarse como capa base o sub-base de pavimento cabe reiterar, que C.B.R. tiene su aplicacin en el diseo de pavimentos flexibles. El C.B.R. es un ensayo de laboratorio en el cual es necesario realizarlo en 3 moldes a diferentes nmeros de golpes, pero la prctica indica que el criterio del ingeniero puede determinar cuntos ensayos debe realizarse. Si una muestra fue saturada durante mas de 96 horas es necesario que el molde se deje en posicin horizontal (es decir al escurrir) durante por lo menos 15 minutos y en casos de una saturacin mayor aproximadamente 1 hora.

8. Recomendaciones.- Como ya se mencion anteriormente, la muestra se compacta, por lo que en caso de ser compactada con una humedad ptima pues se lograr un ensayo con un menor porcentaje de error. El uso del extensmetro es muy necesario para ste ensayo, por lo que debe estar perfectamente calibrado y armado de forma de que no se produzcan errores instrumentales. En el molde del C.B.R, donde se mantiene la muestra existe la capa porosa la cual debe ser estar limpia para que se pueda saturar de una manera uniforme. No importa sobre que tipo de agua este la muestra de C.B.R. El ensayo se realiz en una muestra de suelo que no posea mucha cantidad de arcilla, ya que su expansin la arcilla es muy alta y ocasiona que el ensayo tarde mucho en completarse. La muestra de suelo contena cierta cantidad de humedad ptima la cual no siempre es la exacta pero es necesario que el valor de la humedad ptima est en un intervalo de 5%. El ensayo se realiz para exactamente 96 horas de saturacin, la primera vez ocurri que lo dejamos mas de ese tiempo y la muestra se sobre-saturo, por o que no se pudo realizar el ensayo.

Univ. Nstor W. Barrera Romero. Carreteras II CIV-325Hoja1PenetracinCarga tipomminPSIKg/cm2Mpa2.540.1100069.75013950036.975013955.080.21500104.625209250410.4625209257.620.31900132.525265050513.252526505110.160.42300160.425320850616.042532085112.70.52600181.350362700718.1350362701

Hoja1PenetracinTiempoLectura del deformmetro (P) [lb]Esfuerzo [psi] =s=P/3 in2inmin56 golpes25 golpes12 golpes56 golpes25 golpes12 golpes000000000.0250.51502001505066.6666666667500.051350400450116.6666666667133.33333333331500.0751.5750620800250206.6666666667266.66666666670.1211007001300366.6666666667233.3333333333433.33333333330.24285013003100950433.33333333331033.33333333330.364300165047001433.33333333335501566.66666666670.485500200058001833.3333333333666.66666666671933.33333333330.51060002250600020007502000