247036274-CBR-2013.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERÍA

E.A.P. INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA:

MECÁNICA DE SUELOS II

DOCENTE:

ING. JULIO RIVASPLATA

INTEGRANTES:

TEMA:

“ENSAYO CBR DE LA ARENA Y AFIRMADO”

NUEVO CHIMBOTE – PERÙ

DICIEMBRE 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E.A.P. INGENIERÌA CIVIL FACULTAD DE INGENIERIA Mecánica de Suelos II 2013-II

ENSAYO C.B.R.

(Ensayo de Relación de Soporte de California)

I. OBJETIVOS:

1.1. OBJETIVO GENERAL:

Es establecer una relación entre el comportamiento de los suelos

principalmente utilizados como bases y sub. Rasantes bajo el pavimento de

carreteras y aeropistas, determinando la relación entre el valor de CBR y la

densidad seca que se alcanza en el campo de arena y afirmado.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Determinar un índice CBR, que nos permita expresar las características de

resistencia y deformación del suelo extraído (arena y afirmado).

Obtener un resultado lo más exacto posible para realizar correctamente una

expresión gráfica Fuerza v/s Penetración del ensayo de la muestra de suelo.

II. FUNDAMENTO TEORICO:

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.

Fig. 1. El asumido

mecanismo de falla del

suelo generado por el

pistón de 19.4 cm² en el

Ensayo C.B.R. La

condición de frontera es

un problema.


Definición de número CBR:

El experimento de suelos gravosos y arenosos se realiza inmediatamente, en

cambio en suelos cohesivos poco o nada plásticos y suelos cohesivos plásticos se

realiza mediante expansión se efectuará con agua en 4 días saturación más

desfavorable y la medida de expansión se realizar cada 24 horas.

El ensayo CBR (ensayo de Relación de Soporte de California), mide la resistencia

al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El

ensayo permite obtener un número de la relación de soporte pero, de la

aseveración anterior, es evidente que éste número no es constante para un suelo

dado, sino que se aplica al estado en el cuál se encontraba el suelo durante el

ensayo. De paso, es interesante comentar que el experimento puede hacerse en el

terreno o en un suelo compactado.

El número CBR (o simplemente CBR) se obtiene como la relación de la carga

unitaria (en lbs. /plg²) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración

del pistón (con un área de 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

requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra

estándar de material triturado.

El C.B.R. varía de acuerdo a la compactación del suelo su contenido de humedad

al compactar y cuando se realiza el ensayo. Los ensayos del C.B.R. pueden ser

realizados “In Sito” usando el equipo correspondiente al laboratorio tanto en

muestras inalteradas como en compactadas. Los ensayos “In sito” se realizan

solamente en el suelo con el contenido de humedad existente. Han sido pensados

procedimientos para preparar la muestra de laboratorio de diferentes clases de

suelos con el fin de reproducir las condiciones que verdaderamente se producirán

durante y después de la construcción. Estos procedimientos se aplican cuando le

contenido de humedad durante la construcción va a ser el óptimo para tener la

máxima densidad, además el suelo va a ser compactado al menos al 95%. Si se

utilizarían otros medios para controlar la compactación, los procedimientos

deberían ser modificados de acuerdo a ellos.

En forma de ecuación esto es:

CBR: Carga unitaria de ensayo x100 Carga unitaria de patrón


De ésta ecuación se puede ver que el CBR es un porcentaje de la carga unitaria

patrón. Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son los

siguientes:

PENETRACIÓN CARGA UNITARIA PATRÓN

mm Pulg. Mpa. Kg/cm² Psi.

2.54 0.1 6.9 70.00 1000

5.08 0.2 10.30 105.00 1500

7.62 0.3 13.10 133.00 1900

10.16 0.4 15.80 162.00 2300

1207 0.5 17.90 183.00 2600

El CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.5 mm. Sin

embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5.0 mm. Es mayor el ensayo debería

repetirse. Si un segundo ensayo, produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5.0

mm. De penetración, dicho valor debe aceptarse como valor final del ensayo. Los

ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de

humedad óptima para el suelo específico determinado. Utilizando el ensayo de

compactación.

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.

Proctor Modificado ASTM D 1557:

A B C

Peso martillo (lb) 10 10 10

Diám. molde (pulg) 4 4 6

No. de capas 5 5 5

No. golpes/capa 25 25 56


CBR - ASTM D 4429- 93:

Diám. Del molde (pulg.) 6

Martillo (lb.) 10

No. de capas 5

No. golpes / capa 12 25 56

El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:

o Determinación de la densidad y humedad.

o Determinación de las propiedades expansivas del material.

o Determinación de la resistencia a la penetración.

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).El método a seguir para determinar el CBR será diferente en

cada caso.

A. Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados:

1.- Gravas y arenas sin cohesión.

2.- Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivo.

3.- Suelos cohesivos y expansivos.

B. Determinación del CBR de suelos inalterados.

C. Determinación del CBR in situ.

III. EQUIPOS Y MATERIALES:

Para la Compactación:

- Molde

- Disco espaciador de acero

- Pisón

- Trípode y extensómetro

- Pesas de plomo anular

Para la Prueba de Penetración:

- Pistón sección circular

- Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica.


- Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques para inmersión

de muestra a saturar, cronómetro, extensómetros, etc.


IV. PROCEDIMIENTO:

C.B.R DE ARENA

3º Sacamos del horno a la muestra y procedemos a pesarlo 7 kg. En cada recipiente,

obteniendo 3 muestras.

4ºPara la preparación de la probeta, mezclamos la muestra de suelo con la cantidad de

agua que nos entregó el ensayo del Proctor modificado, con la que obtuvimos la

humedad óptima.


5ºHomogenizamos bien la muestra con la cantidad de agua para nuestra muestra.

6ºLuego procedemos a ccompactar el suelo húmedo en tres moldes distintos de 56, 26 y

12 golpes por cada capa (5 capas hasta llenar el molde).

7ºDespués enrazamos el molde y se pesamos.

8ºLuego procedemos a sumergirlo, dejamos las muestras sumergidas por un día.


9º Pasado el tiempo establecido, retiramos la muestra del agua y la dejamos escurrir por

15 min. Luego lo sometemos uno a uno a evaluar cada muestra en el pistón de

penetración y recopilamos los datos de la penetración cada 0.025 pulg., observamos

también la lectura del dial.


V. CALCULOS Y RESULTADOS:

C.B.R DE ARENA

a) Ensayo preliminar de Proctor modificado:

Utilizando Energía de Compactación Standard – Método A:

Este ensayo se aplica para suelos q tienen 30% o menos en peso de sus

partículas retenidas en el tamiz de ¾´´ (19mm). Cumpliendo con lo siguiente:

METODO "A":

Molde:4 pulg. de diámetro (101,6mm).

Material: Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm).

-Capas: 5

-Golpes por capa: 25

Uso: Cuando el 20% ó menos del peso del material son retenidos en el

tamiz Nº 4 (4,75 mm).

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO ( MTC E 115-2000 - ASTM D- 1557)

MOLDE

No.I II III IV V

1 Volumen del molde (cm3) 947.871 947.871 947.871 947.871 947.871

2 Peso del molde (gr) 1768.000 1768.000 1768.000 1768.000 1768.000

3 Peso del molde + muestra húmeda (gr) 3385.000 3427.000 3473.000 3493.000 3503.000

4 Peso de la muestra húmeda (gr) 1617.000 1659.000 1705.000 1725.000 1735.000

5 Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 1.706 1.750 1.799 1.820 1.830


CONTENIDO DE HUMEDAD Y DENSIDAD SECA

6 Peso de la tara (gr) 27.6 26.817 25.527 26.191 27.253

7 Peso de la tara + suelo húmedo (gr) 128.993 135.090 100.536 119.080 135.069

8 Peso de la tara + suelo seco (gr) 125.603 131.564 96.746 114.266 127.377

9 Peso del agua (gr) 3.390 3.526 3.790 4.814 7.692

10 Peso del suelo seco (gr) 98.003 104.747 71.219 88.075 100.124

11 Contenido de humedad (%) 2.592 2.499 4.455 4.599 6.816

12 Densidad seca de la muestra (gr/cm3) 1.663 1.664 1.676 1.673 1.684

Promedio: Contenido de humedad (%) 2.546 4.527 6.919 8.772 10.774

Densidad seca de la muestra (gr/cm3) 1.664 1.674 1.682 1.673 1.652

2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.0001.635

1.640

1.645

1.650

1.655

1.660

1.665

1.670

1.675

1.680

1.685

PROCTOR MODIFICADO

Máxima Densidad Seca: 1,683 gr/cm3

Contenido de Humedad: 6.90%


b) Compactación de los moldes CBR

Molde N° I II III

N° de capas 5 5 5

N° de golpes por capa 56 26 12

1 Peso del molde + suelo compactado [gr] 10498 10348 10224

2 Peso del molde [gr] 6766.00 6743.00 6672.00

3 Peso de suelo compactado [gr] (1)-(2) 3732.00 3605.00 3552.00

4 Volumen de molde [cm3] 2096.00 2078.00 2096.00

5 Densidad húmeda [gr/cm3] (3)/(4) 1.781 1.735 1.695


Tara N° 1 2 3

6 Peso de la tara, [gr] 17.721 19.224 23.452

7 Peso de la tara + suelo húmedo, [gr] 105.141 132.422 124.371

8 Peso de la tara + suelo seco, [gr] 99.555 125.491 118.544

9 Peso del agua, [gr] (7)-(8) 5.59 6.93 5.83

10 Peso del suelo seco, [gr] (8)-(6) 81.83 106.27 95.09

11 Contenido de humedad, [%] (9)/(10)x100 6.83 6.52 6.13

12 Densidad seca de la muestra, [gr/cm3] 5/(1+(11)/100 1.667 1.629 1.597


c) Prueba de penetración

Penetración Presión patrón Molde N° I Molde N° II Molde N° III

(pulg) (kg/cm²) Dial Presión Dial Presión Dial Presión

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

0.025 0.025 1.819 0.025 0.930 0.025 0.579

0.050 0.050 5.809 0.050 3.251 0.050 2.010

0.075 0.075 10.264 0.075 6.186 0.075 4.000

0.100 70 0.100 15.116 0.100 8.889 0.100 5.623

0.125 0.125 20.868 0.125 12.222 0.125 8.119

0.150 0.150 26.465 0.150 16.165 0.150 9.964

0.175 0.175 30.718 0.175 20.341 0.175 11.519

0.200 105 0.200 35.525 0.200 22.677 0.200 13.266

0.225 0.225 38.677 0.225 26.811 0.225 14.506

0.250 0.250 42.295 0.250 29.344 0.250 15.550

0.275 0.275 45.447 0.275 30.992 0.275 16.284

0.300 134 0.300 47.612 0.300 32.155 0.300 17.147

0.325 0.325 50.000 0.325 33.271 0.325 17.917

0.350 0.350 52.532 0.350 35.323 0.350 18.553

0.375 0.375 54.238 0.375 36.848 0.375 19.168

0.400 162 0.400 55.788 0.400 35.928 0.400 19.943


0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.4500

10

20

30

40

50

60

Molde IMolde IIMolde III

Curva C.B.R. para 0.1”:

MoldePenetración

(pulg)

Presión aplicada

(kg/cm²)

Presión aplicada

(kg/cm²)

C.B.R.

(%)

I 0.100 15.12 70.00 21.59

II 0.100 8.89 70.00 12.70

III 0.100 5.62 70.00 8.03


5.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.001.550

1.570

1.590

1.610

1.630

1.650

1.670

CBR (%)

Dens

idad

Sec

a (g

r/cm

3)

C.B.R. 100% MDS : 14.00%

CBR 95% MDS : 8.50%


C.B.R DE AFIRMADO

a) Ensayo preliminar de Proctor modificado:

Utilizando Energía de Compactación Standard – Método C:

Este ensayo se aplica para suelos q tienen 30% o menos en peso de sus partículas

retenidas en el tamiz de ¾´´ (19mm). Cumpliendo con lo siguiente:

METODO "C":

Molde: 6 pulg. (152,4mm) de diámetro.

Materiales: Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm).

Capas: 5

Golpes por Capa.- 56

Usos: Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg

(9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm).

El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A

o B.

ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE LA AFIRMADO (PROCTOR MODIFICADO)

Nº MUESTRA I II III IV V

1 2 3 4 5

2097,77 2097,77 2097,77 2097,77 2097,771 Volumen del molde, (cm³)

2 Peso del molde, (gr) 2824,00 2824,00 2824,00 2824,00 2824,00

3 Peso del molde, (gr) +Muestra Húmeda, (gr) 7644,00 7792,00 7877,00 7899,00 7848,00

4 Peso Muestra Húmeda, (gr) 4820 4968 5053 5075 5024

5 Densidad Húmeda de la Muestra, (gr/cm³) 2,298 2,368 2,409 2,419 2,395


Recipiente 1 2 3 4 5

6 Peso de la tara (gr) 38,201 18,156 17,232 37,699 40,194


7 Peso de la tara(gr) + Suelo Húmedo (gr) 83,230 59,525 63,835 86,293 99,478

8 Peso de la tara (gr) + Suelo seco (gr) 81,895 57,624 61,139 82,910 94,612

9 Peso del agua(gr) 1,335 1,901 2,696 3,383 4,866

10 Peso Suelo seco (gr) 43,694 39,468 43,907 45,211 54,418

11 Contenido de Humedad (%) 3,055 4,817 6,140 7,483 8,942

12 Densidad seca de la Muestra (gr/cm³) 2,230 2,259 2,269 2,251 2,198

Con los cálculos obtenidos de densidad seca y contenido de humedad hacemos el

siguiente gráfico, la intersección de las coordenadas en el punto de inflexión serán

los resultados finales.

3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.02.180

2.190

2.200

2.210

2.220

2.230

2.240

2.250

2.260

2.270

2.280

Contenido de Humedad (%)

Dens

idad

seca

(gr/

cm³ )

HALLANDO LA CANTIDAD DE AGUA A USAR PARA EL CBR:

El contenido de humedad óptimo del Proctor Modificado fue de 8.133% y para

lograr el óptimo contenido de humedad se usó más de 200 ml:

555 ml -------------- 6,140

X ------------- 6,110

X = 555 x 6,11

Máxima Densidad Seca : 2,27 gr/cm3

Contenido de Humedad: 6,11 %


6,140

X = 552.29ml Para 5kg

Ahora:

5kg -------------- 552.29 ml

6kg ------------- X

X =6 kg x 552.29 ml

5kg

Se utilizará para obtener el óptimo contenido de humedad de los

6kg del afirmado.

Máxima Densidad Seca (gr/cm3) 2.27

Optimo Contenido de Humedad (%) 6.11

b) Compactación de los moldes CBR

Molde N° I II III

N° de capas 5 5 5

N° de golpes por capa 56 26 12

1 Peso del molde + suelo compactado [gr] 11570.00 11663.00 11721.00

2 Peso del molde [gr] 6766.00 6743.00 6672.00

3 Peso de suelo compactado [gr] (1)-(2) 4804.00 4920.00 5049.00

4 Volumen de molde [cm3] 2096.00 2078.00 2096.00

5 Densidad húmeda [gr/cm3] (3)/(4) 2.292 2.368 2.409


Tara N° 1 2 3

6 Peso de la tara, [gr] 37.75 35.83 42.14

7 Peso de la tara + suelo húmedo, [gr] 71.379 77.601 82.892

8 Peso de la tara + suelo seco, [gr] 69.282 75.216 80.535

9 Peso del agua, [gr] (7)-(8) 2.10 2.39 2.36

10 Peso del suelo seco, [gr] (8)-(6) 31.53 39.38 38.40

X = 662.748 ml


11 Contenido de humedad, [%] (9)/(10)x100 6.65 6.06 6.14

12 Densidad seca de la muestra, [gr/cm3] 5/(1+(11)/100 2.149 2.232 2.270

c) Prueba de penetración

PenetraciónPresión

patrónMolde N° I Molde N° II Molde N° III

(pulg) (kg/cm²) Dial Presión Dial Presión Dial Presión

0.000 0.000 0.00 0.000 0.00 0.000 0.00

0.025 0.025 2.10 0.025 3.58 0.025 2.82

0.050 0.050 5.08 0.050 7.20 0.050 11.61

0.075 0.075 10.24 0.075 10.78 0.075 22.39

0.100 70 0.100 19.81 0.100 32.61 0.100 39.12

0.125 0.125 35.21 0.125 49.48 0.125 54.92

0.150 0.150 56.42 0.150 79.52 0.150 87.99

0.175 0.175 77.85 0.175 101.99 0.175 105.11

0.200 105 0.200 102.21 0.200 123.50 0.200 128.88

0.225 0.225 126.62 0.225 140.44 0.225 151.03

0.250 0.250 150.72 0.250 162.08 0.250 176.67

0.275 0.275 174.05 0.275 179.45 0.275 195.10

0.300 134 0.300 185.57 0.300 186.27 0.300 207.67

0.325 0.325 195.75 0.325 205.02 0.325 227.77

0.350 0.350 212.13 0.350 215.85 0.350 232.34

0.375 0.375 225.84 0.375 227.77 0.375 235.85

0.400 162 0.400 237.60 0.400 240.55 0.400 242.45


0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.4500.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

Molde IMolde IIMolde III

MoldePenetración Presión aplicada Presión aplicada C.B.R.

(pulg) (kg/cm²) (kg/cm²) (%)

I 0.100 19.81 70.00 28.30

II 0.100 32.61 70.00 46.59

III 0.100 39.12 70.00 55.89

20.00 30.00 40.00 50.00 60.002.080

2.100

2.120

2.140

2.160

2.180

2.200

2.220

2.240

2.260

2.280

CBR (%)

Dens

idad

seca

(gr/

cm3)

C.B.R. 100% MDS: 55.90%

CBR 95% MDS: 30.10%


VI. CONCLUSIONES:

C.B.R. (Arena)

El CBR de estos suelos granulares es generalmente mayor de 20% y en esta caso

para 0.1” es 25%, para 0.2” 60.5%.

En general el CBR casi no vería apreciablemente con los cambios de humedad si

no que mantiene su rango que va desde 1.37 gr/cm³ a 1.88 gr/cm³.

El CBR se puede determinar sin saturar la muestra.

El CBR que se adopte podrá ser el que corresponde a su máxima densidad.

Si se sigue un criterio más conservador, el menor de los CBR obtenidos.

C.B.R. (Afirmado)

el material para ser usado como Base CBR>80% el material para ser usado

como Sub-base CBR>40%, esto debe ir en las conclusiones que el material no

puede ser usado como sub-base

El ensayo CBR es muy importante en la ingeniería de caminos, carreteras y

aeropuertos, y por lo tanto para los diseños estructurales de estas obras u otras

relacionados, ya que representa un parámetro comúnmente aceptado y

difundido.

Este ensayo se basa en llevar el suelo previamente compactado a la saturación,

ya que se deja el tiempo necesario bajo el agua para que esto ocurra. Esto tiene

por objeto simular las condiciones más desfavorables con que el suelo pudiera

encontrarse en la realidad.

VII. RECOMENDACIONES:

Se debe Calibrar las balanzas antes de usar para no obtener resultados erróneos.

No pesar las taras inmediatamente después de sacar del horno, sino dejarlas

enfriar un poco.

Al realizar el golpeado en el molde de compactación debe de cerciorarse que se

den los golpes necesarios, para obtener una buena compactación.

Se recomienda tener mucho cuidado en el mezclado del suelo con el agua y en la

completa destrucción de los gramos del suelo.

También debe cuidarse de repartir uniformemente los golpes del pisón sobre la

superficie de la muestra.


VIII. BIBLIOGRAFIA:

JUAREZ BADILLO, teoría y aplicaciones de la mecánica de suelos, Tomo I.

Editorial Limusa, México 1977.

Manual de ensayos de laboratorio del ministerio de transportes. MTC E 132 -

2000 CBR de suelos (laboratorio).

Universidad Nacional de Ingeniería FIC – CISMID, Ing. Luis Chang

ChangLaboratorio Geotécnico “Centro Peruano Japonés de Investigaciones

Sísmicas y Mitigación de Desastres” (CISMID).

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247036274-CBR-2013.docx