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FACULTAD DE ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y URBANISMO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN:
DISEÑO DE PAVIMENTO-MÉTODO DEL C.B.R
(California Bearing Ratio: Ensayo de Relación de Soporte de California)
ASIGNATURA : DISEÑO DE PAVIMENTOS
DOCENTE : ING. NEPTON RUÍZ SAAVEDRA
ALUMNO : CASTRO INGA ALEXANDER
MARÍN BARDALES NOE HUMBERTO
CICLO : VI
Pimentel, 20 de noviembre del 2010
I.PRESENTACIÓN
En la Construcción de una carretera pavimentada no basta con especificar el grado de compactación de un suelo. Es por ello, se hace necesario un parámetro adicional que considere la capacidad de soporte del suelo en sí mismo para esas condiciones de compactación. El ensayo de soporte de California se desarrolló por parte de la División de Carreteras de California en 1929 como una forma de clasificar la capacidad de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en construcción de carreteras.
El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número asociado a la capacidad de soporte.
Por ende en el presente trabajo de investigación se plasmará lo referente al ensayo de CBR, origen del ensayo, definición, comparaciones con otros ensayos, etc; esperando así cumplir con las expectativas de nuestro docente.
Los autores.
II. OBJETIVOS
Determinar la finalidad del ensayo del CBR.
Plasmar algunas definiciones teóricas sobre el CBR
Informar sobre la metodología del ensayo del CBR.
III.MARCO TEÓRICO
3.1. ORIGEN DEL ENSAYO DE CBR:
Este método 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
América, el método CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de un
suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construcción de
carreteras.
Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos
adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.
3.2. DEFINICIÓN DE CBR
El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de penetración,
expresada en por ciento en su respectivo valor estándar.
También se dice que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controlada. El ensayo permite obtener un número de la relación
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 método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:
Determinación de la densidad y humedad.
Determinación de las propiedades expansivas del material.
Determinación de la resistencia a la penetración.
3.3. DEFINICIÓN DE NÚMERO CBR
El número CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la relación de la carga unitaria
(lbs/pulg2.) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de
penetración (19.4 cm2) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de
humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón (lbs/pulg2.) requerida
para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material
triturado.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido
de humedad óptimo para un suelo específico, determinado utilizando el ensayo de
compactación estándar o modificado del experimento.
3.4. COMPARACIÓN ENTRE EL CBR UTILIZANDO EL PROCTOR ESTÁNDAR O
PROCTOR MODIFICADO
PROCTOR ESTÁNDAR ASTM D 698
A B CPeso martillo (lb) 5.5 5.5 5.5Diám. molde (pulg) 6 6 6No. de capas 3 3 3No. golpes/capa 25 25 56
PROCTOR MODIFICADO ASTM D 1557
A B CPeso martillo (lb) 10 10 10Diám. molde (pulg) 6 6 6No. de capas 5 5 5No. golpes/capa 25 25 56
CBR - ASTM D 4429- 93
Diám. del molde (pulg.) 6Martillo (lb.) 10
No. de capas 3No. golpes / capa
10 a 12 25 56
3.5. MÉTODOS A SEGUIR PARA LA DETERMINACIÓN DEL CBR EN SUELOS CON DIFERENTES CARACTERÍSTICAS
A. Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados: Gravas y arenas sin cohesión. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivo. Suelos cohesivos y expansivos.
B. Determinación del CBR de suelos inalterados.C. Determinación del CBR in situ.
3.5.1. DETERMINACIÓN DEL CBR DE SUELOS
A. REMOLDADOS ASTM D 1883
A.1. EQUIPO
Para la Compactación
Molde de diám.= 6”, altura de 7” a 8” y un collarín de 2”.
Disco espaciador de acero diám. 5 15/16” y alt. 2.5”
Pisón Peso 10 lb. y altura de caída 18”.
Trípode y extensómetro con aprox. 0.001”.Pesas de plomo anular de 5 lbs
c/u (2 pesas).
Para la Prueba de Penetración
Pistón sección circular Diám. = 2 pulg.
Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica. V= 0.05 pulg/min. Con
anillo calibrado.
Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para
inmersión de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros, etc.
A.2. PREPARACIÓN DEL MATERIAL
Secar el material al aire o calentándolo a 60o C.
Desmenuzar los terrones existentes y tener cuidado de no romper las partículas
individuales de la muestra.
La muestra deberá tamizarse por la malla ¾ “ y la No. 4. La fracción retenida en el
tamiz ¾” deberá descartarse y reemplazarse en igual proporción por el material
comprendido entre los tamices ¾” y No. 4. Luego se mezcla bien.
Se determina el contenido de humedad de la muestra así preparada
Cantidad de material
Para cada determinación de densidad (un punto de la curva de compactación), se
necesitan 5 k de material. Para la curva con 6 puntos se necesitará 30 k de material.
Cada muestra se utiliza una sola
vez.
A.3.DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD Y HUMEDAD
Preparar una muestra que tenga la misma densidad y humedad que se proyecta
alcanzar en el sitio donde se construirá el pavimento.
PROCEDIMIENTO:
En el molde cilíndrico se coloca el disco espaciador y papel filtro grueso 6”.
La muestra se humedece añadiendo una cantidad de agua calculada. Se mezcla
uniformemente. La humedad entre dos muestras debe variar en 2%.
La muestra se divide en 5 partes. Se compacta en 5 capas con 10, 25 y 56 golpes /
capa. La briqueta compactada deberá tener un espesor de 5”.
Se quita el collarín, se enrasa la parte superior del molde, se volteará el molde y se
quitará la base del molde perforada y el disco espaciador.
Se pesará el molde con la muestra, se determinará la densidad y la humedad de la
muestra.
HUMEDAD DE MEZCLADO
Es un factor importane en suelos finos y debe controlarse debidamente.
El contenido de humedad de la muestra amasada que se va a compactar, deberá ser
igual al correspondiente a la densidad que se desea obtener, se ha comprobado que
si esta humedad de mezclado varía en ±0.5% de la que se desea obtener, los CBR
variarán apreciablemente aún cuando se obtenga una densidad aproximadamente
igual a la densidad deseada.
A.4. DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN DEL MATERIAL
Determinada la densidad y humedad se coloca el papel filtro sobre la superficie
enrasada, un plato metálico perforado y se volteará el molde.
Sobre la superficie libre de la muestra se colocará papel filtro y se montará el plato
con el vástago graduable. Luego sobre el plato se colocará varias pesas de plomo.
La sobrecarga mínima será de 10 lbs.
Colocado el vástago y las pesas, se colocará el molde dentro de un tanque o
depósito lleno con agua.
Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial y se tomará
cada 24 horas.
Al cabo de las 96 horas o antes si el material es arenoso se anota la lectura final para
calcular el hinchamiento. Se calcula el % de hinchamiento que es la lectura final
menos la lectura inicial dividido entre la altura inicial de la muestra multiplicado por
100.
Los adobes, suelos orgánicos y algunos suelos cohesivos tienen expansiones muy
grandes generalmente mayor del 10%.
Disposición de las diferentes piezas, durante la ejecución de los ensayos de hinchamiento y
penetración.
Los especímenes son saturados por 96 horas, con una sobrecarga igual peso del pavimento
que se utilizará en el campo pero en ningún caso será menor que 4.50 k. Es necesario
durante este periodo tomar registros de expansión cada 24 horas y al final de la saturación
tomar el porcentaje de expansión que es:
E (%)=(Expansión /Altura delamuestra) x100
Las especificaciones establecen que los materiales de préstamo 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 más, generalmente tienen CBR < 9 %
Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen CBR ³ 15%
Suelos con hinchamiento < 1% tienen generalmente CBR > 30%.
A.6.DRENAJE
Después de saturada la muestra, se saca del cilindro y cuidadosamente se drena
durante 15 minutos el agua libre que queda. Como para drenar bien el agua es
necesario voltear el cilindro sujétese bien el disco y las pesas metálicas al hacer esta
operación. Luego remuévase el disco, las pesas y el papel filtro, pésese la muestra.
A.5. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN
Si no es necesario sumergir la muestra en agua, se colocará sobre ella la pesa anular
y se montarán las pesas de plomo, de tal modo que se obtenga una sobrecarga
semejante a la del pavimento a construirse. Pasar a c) y d).
Si la muestra ha sido sumergida en agua para medir su expansión, y después que
haya sido drenada, se colocará la pesa anular y encima de las pesas de plomo que
tenía la muestra cuando estaba sumergida en agua; o sea que la sobrecarga para la
prueba de penetración deberá ser prácticamente igual a la sobrecarga que tenía
durante el ensayo de hinchamiento.
El molde con la muestra y la sobrecarga, se coloca debajo de la prensa y se asienta
el pistón sobre la muestra, aplicando una carga de 10 lbs.
Una vez asentado el pistón, se coloca en cero el extensómetro que mide la
penetración y el dial del extensómetro también se coloca en cero.
Se hinca el pistón en incrementos de 0.025” a la velocidad de 0.05”/ minuto y se leen
las cargas totales que ha sido necesario aplicar hasta hincar el pistón 0.50 pulgada.
Una vez hincado el pistón hasta 0.50 pulgada, se suelta la carga lentamente; se retira
el molde de la prensa y se quitan las pesas y la base metálica perforada.
Finalmente se determina el contenido de humedad de la muestra. Para el control de
campo, bastará determinar el contenido de humedad correspondiente a la parte
superior de la muestra pero en el laboratorio se recomienda tomar el promedio de los
diferentes contenidos de humedad (parte superior e inferior de la muestra).
El equipo manual de CBR.
La muestra está instalada, el anillo y su dial
de deformaciones, el dial para medir las
deformaciones y el pistón de 19.4 cm2 de área transversal.
La manijuela del equipo para correr el ensayo
La muestra instalada, las columnas del marco,el pistón y el dial de deformaciones.
3.6. CALCULO DEL CBR
3.7.
COMENTARIOS ADICIONALES AL ENSAYO
A. SUELOS GRAVOSOS Y ARENOSOS
Estos suelos en la clasificación unificada, corresponden a los siguientes grupos:
GW, GP, SW y SP.
Son suelos generalmente de Ip < 2 y de compactación rápida en el campo.
En general el CBR casi no vería apreciablemente con los cambios de humedad.
El CBR se puede determinar sin saturar la muestra.
El CBR que se adopte podrá ser el que corresponde a su máxima densidad o
sise sigue un criterio más conservador, el menor de los CBR obtenidos.
El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20%.
B. SUELOS COHESIVOS, PLÁSTICOS, POCO O NADA EXPANSIVOS
Estos suelos son los mas comunes y pertenecen a la siguiente clasificación
unificada: GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL.
Se aplica a condiciones climatéricas normales y a aquellos suelos cuyo CBR no
varíe apreciablemente con el contenido de humedad.
No requiere estricto control de la humedad cuando se compacta en el campo.
Se aplica a condiciones climatéricas desfavorable y a aquellos suelos que son
muy sensibles a cambios de humedad.
Se requiere un mayor control de la humedad en el campo.
C. SUELOS COHESIVOS, PLÁSTICOS Y EXPANSIVOS
Estos suelos pertenecen a la clasificación unificada: MH, CH y OH.
El método que se sigue es semejante al Procedimiento II.
Seleccionar cuidadosamente las humedades y densidades.
No siempre la humedad óptima y la densidad máxima es la mas adecuada.
Muchas veces el hinchamiento de estos suelos es menor cuando se compacta a
densidades y con humedades distintas a la densidad máxima y humedad óptima.
El CBR a usar es aquel en que el suelo presente menor hinchamiento.
Para facilitar la selección del CBR de diseño, es recomendable es recomendable
representar gráficamente los % de hinchamiento vs. Los contenido de humedad
en los diferentes estados de compactación.
La comparación de las curvas que relacionan los hinchamientos, CBR y
densidades con las humedades de compactación permitirá establecer los límites
de humedad y densidad apropiados, facilitando así la selección del CBR de
diseño.
3.8. VALORES REFERENCIALES DE CBR Y USOS DE SUELOS
3.9. EJEMPLO DE DISEÑO DE PAVIMENTO CON EL MÉTODO DEL CBR
Se construye una carretera sobre un terreno con un CBR=5%. Determinar el espesor del
pavimento para cargas por rueda de 45040 Kg(10 000lb).
SOLUCIÓN:
Como el CBR del terreno de fundación es bajo, necesitaremos los siguientes materiales:
a. Un Material de préstamo cuyo CBR se igual o mayor del 15% para utilizarlo como
SUB-BASE.
b. Un material para capa Base, cuyo CBR sea superior a 40%.
Supongamos que analizamos estos materiales de la SUB-BASE y BASE, se obtengan
los siguientes valores.
Material de Préstamo CBR=18% (Para SUB-BASE)
Material Base CBR=65 % (Para BASE)
Según el gráfico de la figuras IV-17 tendríamos para una carga por rueda de 4540 Kg y
un CBR de 5% , espesor combinado de 42 cm aproximadamente.
Como material de préstamos tiene un CBR de 18% encima de este material sería de 20
cm. Luego, tendríamos 42-20 cm=22 cm de material de préstamo.
Además como el material para la base tiene un CBR de 65%, el espesor encima de la
base (capa de rodamiento) sería 9cm.
Por lo tanto:
Resumiendo 20-9=11cm de Base
Espesor de la Sub-base 22cm
Espesor De la Base 11cm
Espesor de la Capa de Rodamiento 9 cm
Espesor Total del Pavimento 42 cm
3.10. TABLAS UTILIZADAS:
4. CONCLUSIONES
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al
contenido de humedad óptimo para un suelo específico, determinado utilizando el
ensayo de compactación estándar o modificado.
El ensayo de CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de un suelo
para ser utilizado como subrasante o material de base en la construcción de
carreteras.
Este es uno de los parámetros necesarios obtenidos en los estudios geotécnicos
previos a la construcción, como también lo son el Ensayo Proctor y los análisis
granulométricos del terreno.
El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de alteración
(inalterado y alterado) y a su granulometría y características físicas (granulares, finos,
poco plásticos).
5. REFERENCIAS WEB
http://www.constructorcivil.org/2010/02/ensayo-cbr-california-bearing-ratio.html
http://www.grippo.com/post/537762.html
http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo32_p.pdf
http://foros.construaprende.com/ensayo-cbr-vt2656.html
