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- 1. LABORATORIO Nº 02 ENSAYO DE CBR OBJETIVO El objetivo del ensayo de CBR 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. GENERALIDADES El 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 “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883-73. Se aplica para la evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub. bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy practicado. ENSAYO DE C.B.R. (NCH 1852) El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kg. /cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) 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, en ecuación, esto se expresa: CBR = Carga unitaria de ensayo * 100 Carga unitaria patrón CBR = Carga unitaria de ensayo * 100 Carga unitaria patrón
- 2. Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son: PENETRACIÓN CARGA UNITARIA PATRÓN mm Pulgada Mpa Kg. /cm2 psi 2,54 0,1 6,90 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 12,7 0,5 17,90 183,00 2600 Valores de Carga Unitaria El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR. Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 ó D1557-70 (para el molde de 15.5 cm. de diámetro), se debe compactar muestras utilizando las siguientes energías de compactación: MÉTODO GOLPES CAPAS PESO DEL MARTILLO N D698 2 (suelos de grano fino) 56 3 24,5 4 ( suelos gruesos) 56 3 24,5 D1557 2 (suelos de grano fino) 56 5 44,5 4 (suelos gruesos) 56 5 44,5 Energías de Compactación El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y sub. rasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica:
- 3. CBR CLASIFICACIÓN GENERAL USOS SISTEMA DE CLASIFICACIÓN UNIFICADO AASHTO 0 - 3 muy pobre subrasante OH, CH, MH, OL A5,A6,A7 3 - 7 pobre a regular subrasante OH, CH, MH, OL A4,A5,A6,A7 7 - 20 regular sub.-base OL, CL, ML, SC A2,A4,A6,A7 SM, SP 20 - 50 bueno Base, sub. base GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3 SP,GP A2-6 > 50 excelente base GW, GM A1-a, A2-4,A3 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos EQUIPO EMPLEADO 1. SELECCIÓN DEL MÉTODO DE PRÓCTOR 2. OBTENCION DEL OCH Y LA MDS • Un molde, de diámetro 101.6 mm y volumen de 936.6 cm3. Este molde va unido a una placa de base y una extensión en la parte superior • Un pisón mecánico, según las normas tiene un peso de 44.5 N y una altura de caída de 457.2mm. • Una bandeja • Taras • Balanza 3. COMPACTACIÓN DE MOLDES • Disco espaciador • Moldes • Pisón mecánico • Una bandeja • Taras • Balanza • Papel filtro • Prensa de Ensayo • Cargas • Pistón de penetración
- 4. • Aparato para medir expansión PROCEDIMIENTO 1. Muestras • Las muestras deben prepararse de acuerdo con la NCh 1534/1 ó 1534/2. • Obtener dos o mas muestras de ensayo representativas con un tamaño de aproximadamente 4.5 Kg. En el caso de suelo fino y de 5.5 kg en el caso de suelos granulares, y mezclar homogéneamente con agua. 2. Preparación de las probetas • Si las muestras de ensayo van a ser sometidas a inmersión, sacar una muestra representativa del material para determinar su humedad (igual o mayor a 100 g para suelos finos y de 500 g para suelos granulares) al indicar la compactación y otra muestra de material restante, después de efectuarse la compactación. • Si las muestras no se van a someter a inmersión, obtener la muestra para la determinación de humedad de una de las caras cortadas después de efectuar la penetración, y para ello sacar la humedad de la capa superior en un espesor de 25 mm. • Si se desea determinar la humedad promedio sacar una muestra que comprenda toda la altura del molde. • Colocar el disco espaciador sobre la placa base. Fijar el molde, con su collar de extensión, sobre dicha placa y colocar un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador. Compactar el suelo húmedo en el molde de acuerdo al Proctor con el fin de obtener la humedad optima (Wop) y la densidad máxima (dmax). Generalmente se utilizan como mínimo 3 muestras con 56, 25 y 10 golpes. • Retirar el collar de extensión y enrasar cuidadosamente el suelo compactado con la regla al nivel del borde del molde. Rellenar con material de tamaño menor cualquier hueco que pueda haber quedado en la superficie por la eliminación de material grueso. • Sacar la placa base perforada y el disco espaciador y pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde determinando la masa del suelo compactado (M).
- 5. • Determinar la densidad de la muestra antes de la inmersión, dividiendo la masa de suelo compactado por la capacidad volumétrica del molde (v). )/(............ 3 cmg v M MUESTRA ⇒=γ • Colocar un disco de papel filtro grueso sobre la base perforada, invertir el molde y fijarlo a la placa base, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro. • Colocar el vástago ajustable y la placa perforada sobre la probeta de suelo compactado y aplicar las cargas hasta producir una sobrecarga, redondeada en múltiplos de 2.27 kg y mayor o igual a 4.54 kg. • Si la muestra va a ser sometida a inmersión, colocar el molde con las cargas en agua, permitiendo el libre acceso del agua a la parte superior e inferior de la probeta. Tomar mediciones iniciales para la expansión o asentamiento y dejar la probeta en remojo durante 96 hrs. Mantener la muestra sumergida a un nivel de agua constante durante este periodo. • Al término del periodo de inmersión tomar las mediciones finales de la expansión y calcularla como un porcentaje de la altura inicial de la probeta. 4.116 exp exp% ansión ancion = expansión en mm • Sacar el agua libre dejando drenar la probeta a través de las perforaciones de la placa base durante 15 min. Cuidar de no alterar la superficie de la probeta mientras se saca el agua superficial. • Retira las cargas y la placa base perforada, pesar el molde con el suelo. Restar la masa del molde determinando la masa del suelo compactado después de la inmersión (Mi). • Obtener la densidad correspondiente, dividiendo la masa de suelo compactado por la capacidad volumétrica del molde (v): V Mi i =γ
- 6. 3. Penetración • Colocar sobre la probeta, la cantidad suficiente de cargas para producir una sobrecarga igual a la ejercida por el material de base y el pavimento, redondeando a múltiplos de 2.27 kg y que en ningún caso debe ser menor que 4.54 kg. Si la probeta ha sido previamente sumergida, la sobrecarga debe ser igual a la aplicada durante el periodo de inmersión. • Para evitar el solevantamiento del suelo en la cavidad de las carga ranuradas se coloca en primer lugar la carga anular sobre la superficie del suelo, antes de apoyar el pistón de penetración, y después se colocan las cargas restantes. • Apoyar el pistón de penetración con la carga mas pequeña posible, la cual no debe exceder en ningún caso 45 N (4.5 Kgf). Colocar los calibres de tensión y deformación en cero. • Esta carga inicial se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón y debe considerarse como carga cero para la determinación de la relación carga-penetración. • Aplicar la carga del pistón de penetración de manera que la velocidad de penetración sea 1.25 (mm/min) en aquellos suelos donde se demuestre a través de ensayos comparativos que el cambio de velocidad no altera los resultados del ensayo. • Anotar las cargas para las penetraciones mostradas en la tabla. PENETRACIONES CARGAS VELOCIDAD DE PENETRACIÓN 1,25 (mm/min) 1 (mm/min) 1 (mm/min) (mm) (pulg) (mm) 0,63 0,025 0,5 P1 1,25 0,05 1 P2 1,9 0,075 1,5 P3 2,5 0,1 2 P4 3,1 0,125 2,5 P5 3,75 0,15 3 P6 4,4 0,175 3,5 P7 5 0,2 4 P8 7,5 0,3 4,5 P9 10 0,4 5 P10 12,5 0,5 7,5 P11 - - 10 P12 - - 12 P13
- 7. VALORES DE PENETRACIÓN • Anotar la carga y penetración máxima si esta se produce para una penetración máxima si esta se produce para una penetración menor que 12.7 (mm), (0.5 pulgadas). RESULTADOS Curvas de tensión – penetración • Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (MPA) o en (Kg/cm2 ). • Para ello se traza la curva en un gráfico tensión – penetración. • La curva puede tomar, ocasionalmente, la forma cóncava hacia arriba debido a irregularidades de superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al punto en que la tangente corta la abcisa. • Obtener De la curva los valores de las tensiones necesarias para lograr una penetración de 0.1” y 0.2”. • Las curvas de tensión – penetración se dibujan en un mismo grafico para los distintos números de golpes. 1 6 7 8 9 10 11 5 4 3 2 MPa 1 2 3 4 131098765 11 12 milímetros milímetros0 5.082.54 0 0 Origen corregido No requiere corrección Penetración 5.08 mm. corregida Penetración 2.54 mm. corregida
- 8. CORRECCIÓN DE CURVAS TENSIÓN- PENETRACIÓN Razón de Soporte (CBR) • El valor del CBR es la relación expresada en porcentaje entre la carga real, que produce una deformación establecida y la que se requiere para producir igual deformación establecida y la que se requiere para producir igual deformación en un material chancado y normalizado, se expresa por la relación: 100* iP P CBR = P = Carga obtenida en el ensayo Pi = Carga unitaria normalizada Las cargas normalizadas se dan en la tabla PENETRACION TENSIONES NORMALIZADAS MPa TENSIONES NORMALIZADAS MPa 2.54 6.9 70 5.08 10.3 105 7.62 13.1 133 10.16 15.8 162 12.7 17.9 183 PENETRACIÓN – TENSIONES NORMALIZADAS Para los suelos del tipo A – 1; A – 2 – 4 y A – 2 – 6, la razón de soporte se calcula solo para 5 mm de penetración (0.2 pulgadas). Para suelos del tipo A – 4; A – 5; A – 6 Y A – 7, cuando la razón correspondiente a 5 mm es mayor que a 2,5 mm, confirmar el resultado, en caso de persistencia, la razón de soporte corresponderá a 5 mm de penetración. Para suelos del tipo A – 3; A – 2 – 5 Y A – 2 – 7, el procedimiento a aplicar queda al criterio del ingeniero. Con el resultado del CBR se puede clasificar el suelo usando la tabla V.20. CBR CLASIFICACION 0 - 5 Subrasante muy mala 5 – 10 Subrasante mala 10 – 20 Subrasante regular a buena 20 – 30 Subrasante muy buena 30 – 50 Sub. base buena 50 – 80 Base buena
- 9. 80 - 100 Base muy buena CLASIFICACIÓN DEL SUELO DE ACUERDO AL CBR Cuando se requiere conocer los efectos de preconsolidación natural, estructura de suelo, cementación natural, estratificación, que son aspectos que no pueden producirse con muestras remoldeadas de suelo ni con muestras supuestamente inalteradas que se ensayen en laboratorio, se recomienda efectuar el ensaye CBR in situ, siempre que el terreno natural esté en las condiciones mas criticas en le momento de efectuar la prueba. El procedimiento que se sigue en esta prueba es similar al establecido en los ítems anteriores, con la diferencia que en este caso, la muestra no esta confinada en un molde. Es condición que en el lugar que se realice el ensaye no existan partículas superiores al tamiz 20 mm (3/4”). La preparación del terreno requiere enrasar y nivelar un área de 30 cm. de diámetro, para posteriormente colocar las sobrecargas estipuladas. El informe final del ensayo deberá incluir, además del CBR determinado, la curva de presión – penetración, la humedad, peso específico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afectó el ensaye del CBR..
- 10. 80 - 100 Base muy buena CLASIFICACIÓN DEL SUELO DE ACUERDO AL CBR Cuando se requiere conocer los efectos de preconsolidación natural, estructura de suelo, cementación natural, estratificación, que son aspectos que no pueden producirse con muestras remoldeadas de suelo ni con muestras supuestamente inalteradas que se ensayen en laboratorio, se recomienda efectuar el ensaye CBR in situ, siempre que el terreno natural esté en las condiciones mas criticas en le momento de efectuar la prueba. El procedimiento que se sigue en esta prueba es similar al establecido en los ítems anteriores, con la diferencia que en este caso, la muestra no esta confinada en un molde. Es condición que en el lugar que se realice el ensaye no existan partículas superiores al tamiz 20 mm (3/4”). La preparación del terreno requiere enrasar y nivelar un área de 30 cm. de diámetro, para posteriormente colocar las sobrecargas estipuladas. El informe final del ensayo deberá incluir, además del CBR determinado, la curva de presión – penetración, la humedad, peso específico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afectó el ensaye del CBR..