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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

PAVIMENTOS: ENSAYO DE LABORATORIO CBR

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CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)

1. ORIGEN.

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 en Amrica, 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.

2. DEFINICIN DE CBR.

El 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. Tambin se dice que mide

la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad

controlada. 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.

3. OBJETIVOS:

Determinar el valor del C. B. R. de los suelos, cuando son compactados y

ensayados en el laboratorio, mediante la comparacin entre la carga de

penetracin en el suelo y aquella de un material normalizado o standard.

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.

Este ndice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de

subrasante y de las capas de base, sub-base y de afirmado.

4. DEFINICION DE NUMERO DE CBR Y ESPICIFICACIONES:

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al

contenido de humedad ptimo para un suelo especfico, determinado utilizando el

ensayo de compactacin estndar o modificado del experimento.



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5. EQUIPOS NECESARIO UTILIZADOS:

5.1. Para la compactacin:

Molde de dim.= 6, altura de 7 a 8 y un collarn de 2.



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Disco espaciador de acero dim. 5 15/16 y alt. 2.5

Pisn Peso 10 lb. y altura de cada 18.



4

Trpode y extensmetro con aprox. 0.001.

Pesas de plomo anular de 5 lbs c/u (2 pesas).

5.2. Para la prueba de penetracin:

Pistn seccin circular Dim. = 2 pulg.

Aparato para aplicar la carga: Prensa hidrulica. V= 0.05 pulg/min. Con

anillo calibrado.



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Equipo miscelneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para

inmersin de muestra a saturar, cronmetro, extensmetros, etc.

6. PROCEDIMIENTO:

El procedimiento es tal que los valores de la relacin de soporte se obtienen a partir

de especmenes de ensayo que posean el mismo peso unitario y contenido de agua

que se espera encontrar en el terreno. En general, la condicin de humedad crtica

(ms desfavorable) se tiene cuando el material est saturado. Por esta razn, el

mtodo original del Cuerpo de Ingenieros de E.U.A. contempla el ensayo de los

especmenes despus de estar sumergidos en agua por un perodo de cuatro (4)

das confinados en el molde con una sobrecarga igual al peso del pavimento que

actuar sobre el material.

6.1. Preparacin de la muestra:

Se procede como se indica en las normas mencionadas (Relaciones de peso

unitario-humedad en los suelos, con equipo estndar o modificado). Cuando

ms del 75 % en peso de la muestra pase por el tamiz de 19.1 mm (3/4"), se

utiliza para el ensayo el material que pasa por dicho tamiz. Cuando la fraccin

de la muestra retenida en el tamiz de 19.1 mm (3/4") sea superior a un 25% en

peso, se separa el material retenido en dicho tamiz y se sustituye por una

proporcin igual de material comprendido entre los tamices de 19.1 mm (3/4") y

de 4.75 mm (No. 4), obtenida tamizando otra porcin de la muestra.

De la muestra as preparada se toma la cantidad necesaria para el

ensayo de apisonado, ms unos 6 kg por cada molde CBR.



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Se determina la humedad ptima y la densidad mxima por medio del

ensayo de compactacin elegido. Se compacta un nmero suficiente de

especmenes con variacin en su contenido de agua, con el fin de

establecer definitivamente la humedad ptima y el peso unitario mximo.

Dichos especmenes se preparan con diferentes energas de

compactacin. Normalmente, se usan la energa del Proctor Estndar,

la del Proctor Modificado y una Energa Inferior al Proctor Estndar. De

esta forma, se puede estudiar la variacin de la relacin de soporte con

estos dos factores que son los que la afectan principalmente. Los

resultados se grafican en un diagrama de contenido de agua contra peso

unitario.

Se determina la humedad natural del suelo mediante secado en estufa,

segn la norma MTC E 108.

Conocida la humedad natural del suelo, se le aade la cantidad de agua

que le falte para alcanzar la humedad fijada para el ensayo,

generalmente la ptima determinada segn el ensayo de compactacin

elegido y se mezcla ntimamente con la muestra.

6.2. Elaboracin de especmenes:

Se pesa el molde con su base, se coloca el collar y el disco espaciador y, sobre

ste, un disco de papel de filtro grueso del mismo dimetro.

Una vez preparado el molde, se compacta el espcimen en su interior,

aplicando un sistema dinmico de compactacin (ensayos

mencionados, dem Proctor Estndar o Modificado), pero utilizando en

cada molde la proporcin de agua y la energa (nmero de capas y de

golpes en cada capa) necesarias para que el suelo quede con la

humedad y densidad deseadas Es frecuente utilizar tres o nueve moldes

por cada muestra, segn la clase de suelo granular o cohesivo, con

grados diferentes de compactacin. Para suelos granulares, la prueba

se efecta dando 55, 26 y 10 golpes por capa y con contenido de agua

correspondiente a la ptima. Para suelos cohesivos interesa mostrar su

comportamiento sobre un intervalo amplio de humedades. Las curvas se

desarrollan para 56, 25 y 10 golpes por capa, con diferentes humedades,

con el fin de obtener una familia de curvas que muestran la relacin entre

el peso especfico, humedad y relacin de capacidad de soporte.



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Nota 1. En este procedimiento queda descrito cmo se obtiene el ndice

CBR para el suelo colocado en un solo molde, con una determinada

humedad y densidad. Sin embargo, en cada caso, al ejecutar el ensayo

deber especificarse el nmero de moldes a ensayar, as como la Humedad

y Peso Unitario a que habrn de compactarse.

Si el espcimen se va a sumergir, se toma una porcin de material, entre

100 y 500g (segn sea fino o tenga grava) antes de la compactacin y

otra al final, se mezclan y se determina la, humedad del Suelo. Si la

muestra no va a ser sumergida, la porcin de material para determinar

la humedad se toma del centro de la probeta resultante de compactar el

suelo en el molde, despus del ensayo de penetracin. Para ello el

espcimen se saca del molde y se rompe por la mitad.

Terminada la compactacin, se quita el collar y se enrasa el espcimen

por medio de un enrasador o cuchillo de hoja resistente y bien recta.

Cualquier depresin producida al eliminar partculas gruesas durante el

enrase, se rellenar con material sobrante sin gruesos, comprimindolo

con la esptula.

Se desmonta el molde y se vuelve a montar invertido, sin disco

espaciador, colocando un papel filtro entre el molde y la base. Se pesa.

6.3. Inmersin:

Se coloca sobre la superficie de la muestra invertida la placa perforada con

vstago, y, sobre sta, los anillos necesarios para completar una sobrecarga tal,

que produzca una presin equivalente a la originada por todas las capas de

materiales que hayan de ir encima del suelo que se ensaya, la aproximacin

quedar dentro de los 2,27 kg (5,5 lb) correspondientes a una pesa. En ningn

caso, la sobrecarga total ser menor de 4,54 kg (10 lb).



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Nota 2: A falta de instrucciones concretas al respecto, se puede determinar el

espesor de las capas que se han de construir por encima del suelo que se

ensaya, bien por estimacin o por algn mtodo aproximado. Cada 15cm (6")

de espesor de estructura del pavimento corresponde aproximadamente a 4,54

kg (10 lb) de sobrecarga.

Se toma la primera lectura para medir el hinchamiento colocando el

trpode de medida con sus patas sobre los bordes del molde, haciendo

coincidir el vstago del dial con el de la placa perforada. Se anota su

lectura, el da y la hora. A continuacin, se sumerge el molde en el

tanque con la sobrecarga colocada dejando libre acceso al agua por la

parte inferior y superior de la muestra. Se mantiene la probeta en estas

condiciones durante 96 horas (4 das) "con el nivel de agua

aproximadamente constante. Es admisible tambin un perodo de

inmersin ms corto si se trata de suelos granulares que se saturen de

agua rpidamente y si los ensayos muestran que esto no afecta los

resultados.

Al final del perodo de inmersin, se vuelve a leer el deformmetro para

medir el hinchamiento. Si es posible, se deja el trpode en su posicin,

sin moverlo durante todo el perodo de inmersin; no obstante, si fuera

preciso, despus de la primera lectura puede retirarse, marcando la

posicin de las patas en el borde del molde para poderla repetir en

lecturas sucesivas. La expansin se calcula como un porcentaje de la

altura del espcimen.

Despus del periodo de inmersin 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 posicin. Se deja escurrir el



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molde durante 15 minutos en su posicin normal y a continuacin se

retira la sobrecarga y la placa perforada. Inmediatamente se pesa y se

procede al ensayo de penetracin segn el proceso del numeral

siguiente.

Es importante que no transcurra ms tiempo que el indispensable desde

cuando se retira la sobrecarga hasta cuando vuelve a colocarse para el

ensayo de penetracin.

6.4. Penetracin:

Se aplica una sobrecarga que sea suficiente, para producir una intensidad de

carga igual al peso del pavimento (con 2.27 kg de aproximacin) pero no

menor de 4.54 kg (10 lb). Para evitar el empuje hacia arriba del suelo dentro del

agujero de las pesas de sobrecarga, es conveniente asentar el pistn luego de

poner la primera sobrecarga sobre la muestra, Llvese el conjunto a la prensa

y colquese en el orificio central de la sobrecarga anular, el pistn de

penetracin y aade el resto de la sobrecarga si hubo inmersin, hasta

completar la que se utiliz en ella. Se monta el dial medidor de manera que se

pueda medir la penetracin del pistn y se aplica una carga de 50N (5 kg) para

que el pistn asiente. Seguidamente se sitan en cero las agujas de los diales

medidores, el del anillo dinamomtrico, u otro dispositivo para medir la carga, y

el de control de la penetracin. Para evitar que la lectura de penetracin se vea

afectada por la lectura del anillo de carga, el control de penetracin deber

apoyarse entre el pistn y la muestra o molde.



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Se aplica la carga sobre el pistn de penetracin mediante el gato o mecanismo

correspondiente de la prensa, con una velocidad de penetracin uniforme de

1.27 mm (0.05") por minuto. Las prensas manuales no preparadas para trabajar

a esta velocidad de forma automtica se controlarn mediante el deformmetro

de penetracin y un cronmetro. Se anotan las lecturas de la carga para las

siguientes penetraciones:



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7. CLCULOS:

Se calculan los Esfuerzos Aplicados dividiendo la carga para el rea del

pistn. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de cargas por

la constante del aparato.

Se coloca la muestra sobre la plataforma de prensa del C.B.R. La muestra

debe estar alineada con el pistn; se levanta la plataforma por medio del gato

hidrulico hasta que el pistn est en contacto con la muestra y se le est

aplicando una carga de 10 libras. Despus se vuelve a colocar en cero el

indicador de carga. Se coloca tambin el extensmetro en cero.

Se aplica la carga por medio del gato hidrulico de la prensa del C.B.R. a

una velocidad de 0.05 por minuto. Se toma la lectura de las cargas,

aplicadas a 0.025, 0.050, 0.075, 0.1, 0.3, 0.4 y 0.5 de penetracin del

pistn.

Se saca la muestra de la prensa del C.B.R. y se toma la muestra de humedad

alrededor del orificio dejado por el pistn.

Para sacar la muestra del molde se usa el extractor de muestras con la placa

de 6 de dimetro.

Se calculan los Esfuerzos Aplicados dividiendo la carga para el rea del

pistn. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de cargas por

la constante del aparato.

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.

En cada una de las curvas, el cero debe ser desplazado, para as compensar

los errores debidos a irregularidades en la superficie de las muestras y para

corregir la curva si esta empieza cncava hacia arriba.



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Se determina el valor del C.B.R. para cada molde tomando en cuenta que:

La 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.

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 de acuerdo a la Densidad Seca Mxima

obtenida en el ensayo de Compactacin, como se muestra a continuacin:



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ENSAYO DE CBR DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

MOLDE Nro. 3 2 1

No. GOLPES POR CAPA 10 25 56

CONDICION DE LA MUESTRA MOJADA MOJADA MOJADA

PESO MOLDE + SUELO HUMEDO

PESO DEL MOLDE

PESO DEL SUELO HUMEDO

VOLUMEN DEL SUELO

DENSIDAD HUMEDA

% DE HUMEDAD

DENSIDAD SECA 1.762 1.796 1.846

2,115.00

METODO ASTM D-1883

4,070.00

SIN MOJAR SIN MOJAR SIN MOJAR

11,340.00 11,410.00 11,520.00

7,270.00 7,265.00 7,250.00

1.92 1.96 2.02

4,145.00

2,115.00

4,270.00

2,115.00

9.21 9.15 9.36

TARA NRO.

TARA + SUELO HUMEDO 196.80 213.60 218.40

TARA + SUELO SECO 180.20 195.70 199.70

PESO DEL AGUA 16.60 17.90 18.70

PESO DE TARA -

PESO DEL SUELO SECO 180.20 195.70 199.70

% DE HUMEDAD 9.21 9.15 9.36

PROMEDIO DE HUMEDAD 9.21 9.15 9.36

CONTENIDO DE HUMEDAD

PENETRACIONPENETRACION MOLDE No :3 MOLDE No :2 MOLDE No :1

LECTURA CARGA LECTURA CARGA LECTURA CARGA

mm. pulg. DIAL LB LB/PG2 DIAL LB LB/PG2 DIAL LB LB/PG2

0.000 0 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0 0.00 0.00

0.025 8 75.76 25.25 9 83.23 27.74 11 98.17 32.72

0.050 16 135.52 45.17 17 142.99 47.66 22 180.34 60.11

0.075 23 187.81 62.60 26 210.22 70.07 34 269.98 89.99

0.100 31 247.57 82.52 35 277.45 92.48 45 352.15 117.38

0.200 56 434.32 144.77 59 456.73 152.24 68 523.96 174.65

0.300 76 583.72 194.57 79 606.13 202.04 98 748.06 249.35

No GOLPES POR CAPA

12 25 56

Y 82.5233 92.4833 117.3833

FACTOR 10.0000 10.0000 10.0000

CBR % 8.250 9.250 11.740

DENSIDAD SECA 1.7621 1.7955 1.8461



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RESULTADOS GRAFICOS

Kg/Cm2 Kg/Cm2 Kg/Cm2

0.1" = 8.25% 0.1" = 9.25% 0.1" = 11.74%

PENETRACION (PULG.) PENETRACION (PULG.) PENETRACION (PULG.)

12 GOLPES 25 GOLPES 56 GOLPES

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 0.1 0.2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 0.1 0.20

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0.0 0.1 0.2



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RESULTADOS:

% DE CBR

CBR AL 100.00% DE MAX. DENS. SECA

OPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD

9.360

100.00%

1.846

MAXIMA DENSIDAD SECA

% DE LA MAXIMA DENSIDAD SECA

DENS. SECA AL 100.00%

11.7

1.846

DETERMINACION DEL CBR

1.750

1.760

1.770

1.780

1.790

1.800

1.810

1.820

1.830

1.840

1.850

1.860

0 5 10 15 20 25 30

DE

NS

IDA

D S

EC

A G

R/C

M3



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8. CONCLUSIONES:

El cbr del lugar de estudio es de 11.74% con la cual se har el diseo

respectivo del pavimento o el tipo de estructura q se va emplear de acuerdo

asu necesidad.

La densidad seca mxima al 100% es de 1,846 kg/cm2.

El contenido de humedad optimo es de 9.36%.

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