UNIVERSIDAD ALAS PERUNASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILINGENIERIA CIVIL

ENSAYO CBR

MARCO TERICODEFINICIN 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.

Fig. 1. El asumido mecanismo de falla del suelo generado por el pistn de 19.4 cm2 en el Ensayo C.B.R. La condicin de frontera es un problema.

DEFINICIN DE NMERO CBR

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.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 modificada del experimento.

OBJETIVOEl objetivo del ensayo de CBR es establecer una relacin entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y sub. Rasantes 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.GENERALIDADESEl ensayo de CBR mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como Relacin de soporte y esta normado con el nmero ASTM D 1883-73.Se aplica para la evaluacin de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub. bases y bases granulares, que contengan solamente una pequea cantidad de material. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este ltimo no es muy practicado.

ENSAYO DE C.B.R. El nmero CBR se obtiene como la relacin de la carga unitaria en Kg. /cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetracin del pistn (con un rea de 19.4 centmetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrn requerida para obtener la misma profundidad de penetracin en una muestra estndar de material triturado, en ecuacin, esto se expresa:

CBR = Carga unitaria de ensayo* 100Carga unitaria patrn

MATERIALES

Los materiales utilizados en el CBR son los siguientes:

Moldes: son metlicos y de forma cilndrica, pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz, o por dos piezas semicilndricas ajustables. En el LEMCO se utilizan moldes de una sola pieza, con un rebaje en su circunferencia superior donde ajusta el collar y alas para sujetarlo a la placa base.

Collar: cada molde lleva un collar de aproximadamente 60 mm de altura, el cual tiene un rebaje de modo que ajusta firmemente al molde y alas para sujetarlo a la placa base.

Placa base: est constituida por una placa metlica en la que se asegura el molde y el collar, por medio de las alas que stos tienen, a pernos con tuerca tipo mariposa solidarios a la placa.

Pisn metlico: es un cilindro metlico con una cara circular de 50 mm y con una masa de 4500 g. Est equipado con una gua tubular para controlar la altura de cada a 460 mm. La gua tiene cuatro perforaciones de 10 mm a 20 mm de cada extremo, separadas en 90.

Probetas graduadas: son recipientes de vidrio o plstico graduados en centmetros cbicos y se usan para medir el agua que se le agrega a la muestra.

Balanzas: se usan para pesar el suelo y las muestras de cada ensayo para calcular el contenido de humedad real.

Regla de acero: se usa para enrasar el suelo al nivel del molde, luego de compactado y extrado el collar.

Disco espaciador: metlico, cilndrico con un dimetro interior de 150,8 mm y una altura de 61,4 mm.

Aparato para medir la expansin: compuesto pora.- una placa metlica provista de un vstago ajustable de metal, con perforaciones de un dimetro igual o menor que 1,6 mm.b.- un trpode metlico para sujetar el calibre comparador con indicador de dial.

Cargas, una carga metlica anular: y varias cargas metlicas ranuradas con una masa de 2,27 Kg cada una, de 149,2 mm de dimetro, con una perforacin central de 54 mm de dimetro.

Pistn de penetracin: metlico de 49,5 mm de dimetro (19,35 cm2 de rea) y no menor que 101 mm de largo. Si desde un punto de vista operacional resultara ms ventajoso utilizar un pistn de mayor longitud, se puede usar el pistn ms largo.

Calibre: dos deformmetros, comparadores con indicador de dial, con graduaciones de 0,01 mm.

Herramientas y accesorios: otros aparatos de uso general, tales como un bol para mezclas, reglas, balanzas, depsitos para remojar, estufa, papel filtro y platos.

ENSAYO REALIZADO POR PASOS

El ensayo CBR se realiza siguiendo el mtodo dado a continuacin:

1. Obtencin y preparacin de muestras.

1.1. Obtener tres muestras de ensayo de 6 Kg.

2. Preparacin de la probeta.

2.1. Homogenizar la muestra de suelo y separarla en bolsas de 6Kg.2.2. Mezclar la muestra de suelo con la cantidad de agua que nos entreg el ensayo Proctor, con la que obtuvimos la humedad ptima.2.3. Colocar el disco espaciador sobre la placa base, fijar el molde con su collar de extensin, sobre la placa. Compactar el suelo hmedo en tres moldes distintos de 56, 25 y 10 golpes por cada capa. Compactar las muestras a fin de obtener la mxima densidad y humedad optima.2.4. Retirar el collar y enrasar el suelo compactado.2.5. Sacar la placa y el disco espaciador y pesar el molde con el suelo compactado. Restar la masa del molde determinando la masa del suelo compactado.2.6. Determinar la densidad de la muestra antes de la inmersin, dividiendo la masa de suelo compactado por el volumen del molde.2.7. Colocar el disco de papel fieltro grueso sobre la placa perforada, invertir el molde y fijarlo a la placa base.2.8. Colocar el vstago ajustable y la placa sobre el suelo y aplicar cargas hasta producir una sobrecarga igual a la ejercida por el material base y el pavimento.2.9. Someter la probeta a inmersin en remojo durante 96 hrs.2.10. Sacar el agua libre dejando drenar la probeta durante 15 min, y retirar las cargas y la placa base perforada. Pesar el molde con el suelo, para luego determinar la masa del suelo compactado.2.11. Determinar la densidad de la muestra despus de la inmersin, dividiendo la masa de suelo compactado por el volumen del molde.3. PROCEDIMIENTO.

3.1. Colocar sobre la probeta, la sobrecarga utilizada durante el periodo de inmersin.3.2. Apoyar el pistn de penetracin con la carga ms pequea posible, calibrar en cero los instrumentos de tensin y deformacin.3.3. Aplicar la carga en el pistn de penetracin a una velocidad de 1.25 mm por minuto.3.4. Anotar las lecturas de la carga a intervalos de: 0.63 1.25 1.9 2.5 3.1 3.75 4.4 5 7.5 10.0 12.5 milmetros.3.5. Anotar la carga y penetracin mxima si esto se produce a una penetracin menor que 12.7 mm.

4.- CALCULOS

Los valores obtenidos en el laboratorio se muestran a continuacin en las tablas de clculos y resultados.

Tabla para clculo de densidadesMolde NABC

Capas N555

N de golpes por capa562510

CONDICION DE LA MUESTRASATURADOSATURADOSATURADO

Peso del molde + suelo hmedo10220100149792

Peso del molde 524052185216

Peso del suelo hmedo498047964576

Volumen del molde

212321232123

Densidad hmeda2.3462.2592.155

% de humedad5.055.055.05

Densidad seca2.2332.1502.052

AREA DEL PISTON3.00pulg.2

MOLDE AMOLDE BMOLDE C

PENETRACION PULGADASKgLbLb/Pulg.2KgLbLb/Pulg.2KgLbLb/Pulg.2

0.0000.00.00.00.00.00.00.00.00.0

0.025185.6408.3136.189.0195.865.360.2132.444.1

0.050352.6775.7258.6175.5386.1128.792.7203.968.0

0.075568.71251.1

417.0

267.5588.5

196.2135.2297.499.1

0.100710.51563.1521.0365.5804.1268.0175.8386.8128.9

0.150925.32035.7678.6

485.61068.3356.1235.9519.0173.0

0.2001025.22255.4751.8567.81249.2416.4278.5612.7204.2

0.2501135.42497.9832.6675.81486.8495.6310.2682.4227.5

0.3001265.82784.8928.3735.41617.9539.3345.6760.3253.4

0.400

1456.73204.71068.2825.61816.3605.4389.6857.1285.7

0.5001652.33635.11211.7924.72034.3678.1425.4935.9312.0

Tabla para clculo de penetracinPENETRACIONMOLDE

ABC

lblb/pulg.2

0.0000.00.00.0

0.025136.165.344.1

0.050258.6128.768.0

0.075417.0196.299.1

0.100521.0268.0128.9

0.150678.6356.1173.0

0.200751.8416.4204.2

0.250832.6495.6227.5

0.300928.3539.3253.4

0.4001068.2605.4285.7

0.5001211.7678.1312.0

Tabla para el clculo del porcentaje CBRN GOLPES% CBRDENSIDAD

SECA

5652.12.233

2526.82.150

1012.92.052

OPTIMO CONTENIDO HUMEDAD %2.534.456.548.48

MAXIMA DENSIDAD SECA gr/cm32.1502.2272.2132.173

MOLDE

ABC

DIAL (pulg.)00.000.000.00

HORAS450.420.680.92

% EXPANSION 0.36%0.58%0.79%

CBR AL 100% DE LA M.D.S.52.2%

CBR AL 95% DE LA M.D.S.21.8%

MDS2.231gr/cm3

OCH5.05%

%CBR100%MDS2.23152.2%

%CBR95%MDS2.11921.8%

Para el clculo del porcentaje de humedad de las muestras se us la frmula:

Los dems valores se obtuvieron con las siguientes frmulas:

Con los datos anteriores obtenemos el grfico carga versus penetracin para los tres moldes, de 10, 25 y 56 golpes por capa.

CONCLUSIONES

El ensayo CBR es muy importante en la ingeniera de caminos, carreteras y aeropuertos, y por lo tanto para el diseo estructural de estas obras u otras relacionadas, ya que representa un parmetro comnmente aceptado y difundido.

Este ensayo se basa en llevar el suelo previamente compactado a la saturacin, ya que se deja el tiempo necesario bajo el agua para que esto ocurra. Esto tiene por objeto simular las condiciones ms desfavorables con que el suelo pudiera encontrarse en la realidad.

En cuanto a los resultados obtenidos, podemos decir que no fue posible encontrar un CBR de diseo debido a que el 95 % de la densidad compactada seca para 56 golpes por capa dio un valor menor a la densidad compactada seca para 10 golpes por capa, por lo que quedaba fuera de la curva, haciendo imposible una interpolacin, adems en caso de que se pudiera extrapolar el valor de alguna manera no muy inexacta, el valor del CBR sera demasiado bajo. Si bien este resultado pudo deberse a muchos factores, entre ellos la inexperiencia de los alumnos en este ensayo, creemos que los valores obtenidos son correctos, al menos en forma aproximada, ya que se trat de seguir el mtodo normalizado para el ensayo y la muestra fue saturada durante el tiempo requerido, por lo que estos resultados son el reflejo de que nuestro suelo no era adecuado para usarlo con fines estructurales, debido principalmente a su alto contenido de materia orgnica.

DISEO MODERNO DE PAVIMENTOS