ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PAVIMENTOSCBR DE SUELOS

INTRODUCCIONLa 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 disea basndose en los ensayos al corte.Este mtodo 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 enAmrica, el mtodo CBR se ha generalizado y es una forma de clasificacin de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construccin de carreteras.Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos adopt este ensayo para utilizarlo en la construccin de aeropuertos.

Se usa en el proyecto de pavimentos flexibles auxilindose de curvas empricas. Ensayo obligado que debe hacrsele tanto al material de la sub rasante coma a la base y sub base, para determinar el diseo de los pavimentos. Determina la resistencia al esfuerzo cortante por punzonado de los materiales granulares compactados (Penetracin).

Al realizar el ensayo C.B.R uno puede darse cuenta de su importancia en la construccin de pavimentos especialmente flexibles, ya que de ello depende el buen funcionamiento y la vida til que tendr determinado pavimento, al mostrarnos un ndice de cmo se comportar frente a distintas cargas a la que va a ser sometido. Observando de cerca todo el procedimiento que se sigue para la realizacin de este ensayo.

OBJETIVOS MTC E132-2000: Describe el procedimiento de ensayo para la determinacin de un ndice de resistencia de los suelos denominado valor de la relacin de soporte, que es muy conocido, como CBR (California Bearing Ratio). El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero tambin puede operarse en forma anloga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno

El objetivo del ensayo de CBR es establecer una relacin entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasante bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, determinando la relacin entre el valor de CBR y la densidad seca que se alcanza en el campo.

MARCO TEORICOEl CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1 0.2 de penetracin, expresada en por ciento en su respectivo valor estndar. El ensayo permite obtener un nmero de la relacin de soporte, que no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo.El ndice de California (CBR) es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas.

El nmero CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relacin de la carga unitaria (lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetracin del pistn de penetracin (19.4 cm2) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrn (lbs/pulg2.) requerida para obtener la misma profundidad de penetracin en una muestra estndar de material triturado. Por lo tanto:

Los Valores para el patrn (roca triturada), se muestran a continuacin:

La relacin C.B.R. generalmente se determina para 0.1 y 0.2 de penetracin, osea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrn respectivamente. Con el fin de duplicar en el laboratorio la condicin ms crtica que se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del C.B.R se sumergen en agua hasta obtener su saturacin.

Los ensayos se hacen usualmente de acuerdo a los siguientes parametros:

El mtodo CBR comprende los 3 ensayos siguientes: Determinacin de la densidad y humedad. Determinacin de las propiedades expansivas del material. Determinacin de la resistencia a la penetracin.El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relacin entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasante bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificacin tpica:

CBRClasificacin GeneralUsosSistema de Clasificacin

UnificadoAASHTO

0 - 3muy pobresubrasanteOH,CH,MH,OLA5,A6,A7

3 - 7pobre a regularsubrasanteOH,CH,MH,OLA4,A5,A6,A7

7 - 20Regularsub-baseOL,CL,ML,SCA2,A4,A6,A7

SM,SP

20 - 50Buenobase, sub-baseGM,GC,W,SMA1b,A2-5,A3

SP,GPA2-6

> 50excelentebaseGW,GMA1-a,A2-4,A3

Tabla A.2 Clasificacin de suelos para Infraestructura de PavimentosMATERIALES Y EQUIPOSI. PARA LA COMPACTACIN Moldes cilndricos de acero de 6 de dimetro interior con un volumen de 2122 cm3 a cada molde se le acopla un collarn de 2de alto y base perforada. Un martillo de 10 libras y una altura de cada de 18. Un cuchillo para enrasar el material al molde.II. PARA EL CBR Moldes cilndricos de acero de 6 de dimetro interior, a cada molde se le acopla un collarn de 2 de alto y base perforada. Un martillo de 4.5 Kg y una altura de cada de 18. Un disco separador. Un cuchillo para enrasar el material al molde.

III. PARA LA EXPANSIN Plato y vstago: el plato tiene perforaciones a distancias iguales. Trpode y extensmetro: para medir la expansin del material, se emplea un extensmetro con aproximacin a 0.001, montado sobre un trpode Pesas de sobrecarga, se emplean una pesa anular y varias pesas cortas. En la expansin solo se emplean 3 moldes cilndricos La muestra es nueva, no se debe utilizar la misma con la cual se realizo el ensayo de compactacin. Dos papeles filtro, en cada molde

IV. PARA LA PENETRACIN Un pistn cilndrico de 3 cuadradas de seccin circular y de longitud suficiente para poder pasar a travs de las pesas y penetrar el suelo hasta Aparato para aplicar carga: se utiliza una prensa manual que est especialmente diseada de tal forma que permite aplicar la carga a una velocidad de 0.05 pulg/min. Generalmente estos aparatos llevan anillos calibrados

PROCEDIMIENTO TEORICO

I. PARA LA COMPACTACIN 1st. Seleccionamos 8 Kg. de nuestra muestra pasada por la malla 2nd. La compactacin se realiz cuatro veces para poder hallar cuatro puntos y de esta manera graficar la curva de compactacin.3rd. En el primer ensayo de compactacin, se compacto la muestra con5% del peso de la muestra total, y se distribuyo la muestra en cinco capas, cada una de ellas con 56 golpes del martillo o pisn.4th. En la segunda, tercera y cuarta compactacin de la muestra, se le fue agregando el 2% ms de agua, respectivamente.5th. En cada muestra, se obtuvo el contenido de humedad, as como su densidad seca, valores con la cual se construy la grfica que nos permite hallar la mxima densidad y el ptimo contenido de humedad.

II. PARA LA EXPANSIN1st. Preparar una muestra que tenga la misma densidad y humedad que se proyecta alcanzar, para ello se mezcla con una cantidad suficiente de agua para producir en contenido de humedad necesario para obtener el mximo peso unitario seco.2nd. Se ensambla el molde cilndrico se introduce el disco espaciador y se coloca encima de este disco un papel filtro grueso de 6 de dimetro.3rd. Se compactan 3 muestras en los moldes preparados, usando para el primero 56 golpes, para el segundo 25 golpes y para el tercero 10 golpes. Se deben tomar muestras de humedad para cada molde con anticipacin.4th. Se determina la densidad y humedad de cada muestra, con el material que queda despus del enrasado, se colocara un papel filtro grueso de 6 de dimetro sobre la superficie enrasada, montando encima de esta el plato metlico perforado y se volteara el molde.5th. Sobre la superficie libre de la muestra se colocara el plato perforado. Luego sobre el plato se colocaran las pesas.6th. Posteriormente se colocara cuidadosamente el molde dentro de un tanque de agua. Para permitir el libre acceso de agua por debajo del molde, se coloco este sobre bloques metlicos y no sobre la superficie del tanque. As mismo para que la muestra se sature con facilidad por la parte superior, de la pesas, se recomienda verter agua dentro del molde hasta alcanzar un nivel superior al de las pesas.7th. Colocado el molde dentro del tanque con agua, se monta el trpode con un extensmetro tomando y registrando la lectura inicial.8th. Cada 24 horas y por un perodo de 96 horas (4dias) se toman y registran las lecturas del extensmetro.9th. Despus de saturada la muestra durante 4 das se le saca del tanque y cuidadosamente se drena durante aproximadamente 15 minutos, luego se retiran el plato, las pesas y se pesa obteniendo se tambin su contenido de humedad.

Al trmino del periodo de inmersin tomar las mediciones finales de la expansin y calcularla como un porcentaje de la altura inicial de la probeta.

Las especificaciones establecen que los materiales de prstamo para: Sub base deben tener expansiones menores de 2% Base deben tener expansiones menores de 1%

Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR: Suelo con hinchamiento 3% o mas, generalmente tienen CBR < 9 % Suelo con hinchamiento 2% como mximo tienen CBR >15% Suelos con hinchamiento < 1% tienen generalmente CBR > 30%.

III. Para la penetracin1st. El molde con la muestra que han sido extradas del noque con agua es nuevamente cargado con las pesas y se coloca debajo de la prensa asentando el pistn sobre el molde.2nd. Una vez asentado el pistn se coloca en cero el extensmetro que mide la deformacin, el extensmetro del anillo tambin se coloca en cero. Luego se hinca el pistn manteniendo una velocidad de 0.05 pulgadas por minuto, y se leen las cargas totales necesarias para hincar el pistn en incrementos de 0.025 hasta alcanzar .3rd. Hincado el pistn hasta (1.27cm) se suelta la carga lentamente, se retira el molde de la prensa, se quitan las pesas y la base metlica perforada.4th. Finalmente se determina el contenido de humedad de la muestra.5th. Este mismo procedimiento se repite para los otros dos moldes.6th. Si la lectura correspondiente a cada penetracin va progresando y la lectura de carga se repite significa que la muestra ya fallo, el pistn simplemente penetra sin que encuentre resistencia.Un suelo que es malo no ofrece resistencia, en cambio un suelo que es bueno ofrece resistencia hasta la ltima lectura.7th. La constante de la maquina es: 9.879527126 x lectura + 88.85960411.

NORMATIVIDAD MTC E 132-2000 CBR ASTM D4429-93 ASTM D 698 ASTM D1557

DESARROLLO Y CALCULOS DE LA PRCTICA: 1.PROCTOR MODIFICADO

DESCRIPCIONUNIVERSIDAD NACIONAL "PEDRO RUIZ GALLO"

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

LABORATORIO DE PAVIMENTOS

ENSAYO DE COMPACTACIN

Volumen del molde =944.00cm3

Prueba N1234

1Peso molde + suelo compactado3490359537013691

2Peso molde1670167016701670

3Peso suelo compactado1820192520312021

4Densidad Hmeda1.9282.0392.1512.141

5Densidad Seca1.8431.9051.9561.893

Volumen del molde =2122

CONTENIDO DE HUMEDAD

Frasco N558455478423

1Peso frasco + suelo hmedo226.34191.22210.09214.42

2Peso frasco + suelo seco217.59180.39194.49193.18

3Peso del agua contenida8.7510.8315.6021.24

4Peso del frasco28.9426.2837.6231.02

5Peso del suelo seco188.65154.11156.87162.16

6Contenido de Humedad :4.647.039.9413.10

Nuestra muestra ha sido extraida de la parte oeste de la ciudad universitaria(UNPRG), a una profundidad de 1.5m y con aproximadamente 60 kg.De acuerdo con lo descrito anteriormente, procedemos a realizar el ensayo; primero para la obtencion de la densidad y el contenido de humedad mediante el PROCTOR MODIFICIADO; y los datos se muestran en la siguiente tabla.

Con los datos de contenido de humedad y densidad hallados, construimos la grafica 01GRAFICO 01

Del grafico n 01, al relacionar la densidad y el contenido de humedad obtenidos mediante el ensayo de Proctor modificado; tomamos la densidad mxima (siendo el punto mas alto de la grafica) y encontramos en consecuencia el contenido de humedad optimo que ser nuestro dato para realizar el ensayo de CBR. Y los valores son los siguientes:Mxima Densidad Seca1.96gr / cm3

Contenido Optimo de Humedad10.25%

2. ENSAYO DE CALIFORNIA BEARING RATIO (C.B.R)

DESCRIPCIONPosteriormente dasarrollaremos el ensayo del CBR, de acuerdo a la norma descrita anteriormente paso a paso. Empezamos con la compactacion, luego la expansion y por ultimo la penetracion. Los datos y calculos se muestran en la siguiente tabla:UNIVERSIDAD NACIONAL "PEDRO RUIZ GALLO"

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

LABORATORIO DE PAVIMENTOS

ENSAYO CALIFORNIA BEARNING RATIO

INFORME N :1LP - FICSA

SOLICITADO :G-2 PAVIMENTOS

OPT. HUMEDAD10.25%MAX. DESIDAD SECA :1.96gr/cm3N DE CAPAS : 5

0.95 MDS :1.862gr/cm3C.B.R.:01" =4.59

02" =4.77

CBR- COMPACTACIONMOLDE N986

N DE CAPAS555

N DE GOLPES POR CAPA562512

CONDICION DE LA MUESTRASIN MOJAR

MOJADA

SIN MOJAR

MOJADA

SIN MOJAR

MOJADA

PESO MOLDE + SUELO HUMEDO (g)881992308211910179898939

PESO DEL MOLDE(g)434543454321432143454345

PESO DEL SUELO HUMEDO (g)447448853890478036444594

VOLUMEN DEL SUELO (g)214321432143214321432143

DENSIDAD HUMEDA (g/cm3)2.0882.2801.8152.2311.7002.144

CAPSULA151723204232

PESO CAPSULA + SUELO HUMEDO(g)112.7282.2982.1590.8395.66121.36

PESO CAPSULA + SUELO SECO (g)108.2371.7078.6478.9091.29100.10

PESO DE AGUA CONTENIDA (g)4.4910.593.5111.934.3721.26

PESO DE CAPSULA(g)26.8128.1027.1028.4027.3928.90

PESO DE SUELO SECO (g)81.4243.6051.5450.5063.9071.20

HUMEDAD (%)5.51%24.29%6.81%23.62%6.84%29.86%

DENSIDAD SECA1.9791.8341.6991.8051.5911.651

EXPANSION

MOLDE N986

FECHA

HORA

TIEMPO

DIALEXPANSIONDIALEXPANSIONDIALEXPANSION

mm.%mm.%mm.%

16-oct-1211:22 a.m.0 hrs0--------------0--------------0--------------

17-oct-1211:22 a.m.24 hrs0.0300.0300.0260.040.0400.0340.0800.0800.069

18-oct-1211:22 a.m.48 hrs1.1951.1951.0271.2281.2281.0551.3701.3701.177

19-oct-1211:22 a.m.72 hrs1.4711.4711.2641.2431.2431.0681.3781.3781.184

20-oct-1211:22 a.m.96 hrs1.6001.6001.3751.2651.2651.0871.3801.3801.186

PENETRACION

PENETRACIONCARGAMOLDE N 9MOLDE N8MOLDE N6

mmESTNDARCARGACORECCIONCARGACORECCIONCARGACORECCION

(lbs/pulg)Lecturalbslbs/pulg%Lecturalbslbs/pulg%Lecturalbslbs/pulg%

0.641.50103.6834.560.2090.8430.281.1099.7333.24

1.273.10119.4939.832.00108.6236.212.00108.6236.21

1.916.10149.1349.713.00118.5039.502.90117.5139.17

2.5410009.80185.6861.896.193.80126.4042.134.213.50123.4441.154.12

3.1812.00207.4269.144.90137.2745.764.40132.3344.11

3.8114.50232.1277.375.80146.1648.725.00138.2646.09

4.4516.80254.8484.957.00158.0252.675.50143.2047.73

5.08150019.80284.4894.836.328.00167.9055.973.736.00148.1449.383.29

7.6229.80383.28127.7610.90196.5565.527.10159.0153.00

10.1638.40468.25156.0815.70243.9881.338.60173.8357.94

12.747.00553.22184.4119.00276.5892.199.30180.7460.25

Como podemos observar, se calculan losEsfuerzos Aplicadosdividiendo la carga para el rea del pistn. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de cargas por la constante del aparato, la que fue mencionada anteriormente.De acuerdo a la norma y a nuestros clculos, procedemos a construir las graficas, se dibujan las curvas Esfuerzo vs. Penetracin para cada molde, colocando en las abscisas cada una de los valores de penetracin y en las ordenadas los respectivos esfuerzos. GRAFICA 02, GRAFICA 03 y GRAFICA 04.

GRAFICA N 02

GRAFICA N 03

GRAFICA N 04

Luego debemos obtener de estas curvas los valores de los esfuerzos necesarias para lograr una penetracin de 0.1 y 0.2; y son los siguientes:carga56 golpes25 golpes12 golpes

0.1"100061.8942.1341.15

0.2"15006.3255.9749.38

Se determina el valor del C.B.R. para cada molde tomando en cuenta que a relacin C.B.R. generalmente se determina para 1 y 2 de penetracin, osea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrn, respectivamente. De estos dos valores se usa el que sea mayor. Estos valores se muestran calculados en la tabla superior ( en la penetracion).Se grafican los valores respectivos de Densidad Seca (antes de saturar) y C.B.R. de cada molde. Se determina el C.B.R. de la muestra, como se muestra a continuacin:

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo a los calculos, los valores para el PROCTOR en cuanto al optimo contenido de humedad es de 10.25 %, con una densidad seca de 1.96 g/cm3. Por tanto la maxima densidad seca para un proctor al 95% es de 1.862 g/cm3. Del grafico del CBR, obtenemos:CBR- 95%CBR 100%

0.14.5875.501

0.24.7696.004

Por tanto el CBR de dsieo a 0.1 es de 4.587 o 45.87%. Yde acuerdo a la tabla A.2 el suelo seria clasificado como muy pobre o regular y para un uso de subrasante. Estas representan de manera simblica el peso de las capas superiores del pavimento. La sobrecarga mnima es de 10 libras equivalente a un pavimento de 5" de espesor. Si los CBR para 0.1 y 0.2 son semejantes se recomienda usar en los clculos, el CBR correspondiente a 0.2. Si el CBR correspondiente a 0.2 es muy superior al CBR correspondiente al 0.1, deber repetirse el ensayo .De acuerdo con esto y a nuestros resultados, el valor de CBR no es muy superior. De acuerdo con lo establecido en las expansiones, el suelo posee expansiones menores a 2%, por ende se acepta como sub base.

REFERENCIAS

MTC E 132-2000. http://www.constructorcivil.org/2010/02/ensayo-cbr-california-bearing-ratio.html http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo32_p.pdf Bowles, Joseph E. (1981), Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniera Civil . Mc Graw-Hill Book Company.

ANEXOS

MUESTRA TAMIZADA, SELECCIONADA, Y PESADA

PREPARACIN DEL MOLDE ENRASADO

TOMA DE LA EXPANSION

UNPRGFICSA