Ensayo cbr minaTEMA: ENSAYO DE C.B.R. DE LA MINA DE CERRO NEGRO

1.- OBJETIVO

* Determinar y proporcionar al estudiante un mtodo para evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base, y base de pavimentos.* Medir la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas.* Determinar la capacidad de soporte (CBR) de la Mina de Cerro Negro.

2.- NORMAS

* INEN 6-96* AASHTO T-27* AASHTO T180-70* AASHTO T193

3.- INTRODUCCION

No basta con especificar el grado de compactacin de un suelo. Dos suelos diferentes alcanzan no solo densidades secas y hmedas ptimas diferentes en el ensayo de compactacin, sino que el material al estar constituido por partculas diferentes tendrn comportamiento en trminos de energa diferente. Por ello, se hace necesario un parmetro adicional que considere la capacidad de soporte del suelo, en si mismo para esas condiciones de compactacin.

4.- FUNDAMENTO TERICO

DETERMINACION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CBR DEL SUELO

La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad ptima y niveles de compactacin variables.

Es un mtodo desarrollado que sirve para evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.

El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad ydensidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relacin de soporte.

El (%) CBR, est definido como la fuerza requerida para que un pistn normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistn penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrn de material chancado.

La expresin que define al CBR, es la siguiente:

CBR=(carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrn) * 100 ( %)

De la ecuacin se puede ver que el nmero CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrn. En la prctica el smbolo de (%) se quita y la relacin se presenta simplemente por el nmero entero.

Usualmente el nmero CBR, se basa en la relacin de carga para una penetracin de 2,5 mm. (0,1), sin embargo, si el valor de CBR a una penetracin de 5 mm. (0,2) es mayor, el ensayo debe repetirse.

Si en un segundo ensayo se produce nuevamente un valor de CBR mayor de 5 mm de penetracin, dicho valor ser aceptado como valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad ptimo, obtenido del ensayo de compactacin Proctor.

Antes de determinar la resistencia a la penetracin, generalmente las probetas se saturan para simular las condiciones de trabajo ms desfavorables y para determinar su posible expansin.

En general se confeccionan 3probetas como mnimo, las que poseen distintas energas de compactacin (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequea cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm, y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta fraccin no exceda del 20%.

Equipo CBR para realizar, el tamizado, humedecimiento, la mezcla de suelo y la compactacin.

Clculo del CBR

Las lecturas tomadas, tanto de las penetraciones como de las cargas, se representan grficamente en un sistema de coordenadas.

Si la curva esfuerzo - penetracin que se obtiene es semejante a la del ensayo, los valores anotados sern los que se tomen en cuenta para el clculo de CBR.En cambio, si las curvas son semejantes a las correspondientes a los No. 2 y 3, las curvas debern ser corregidas trazando tangentes en la forma indicada.

Los puntos A y B, donde dichas tangentes cortan el eje de abscisas, sern los nuevos ceros de las curvas. Las cargas unitarias y penetraciones se determinaran a partir de estos ceros.

Si analizamos la curva del ensayo No. 3 tendremos que le esfuerzo correspondiente a la penetracin corregida de 0.1 ser de 300 lb/pulg2 en lugar de 120 lb/pulg2, que es la correspondiente a la lectura inicial sin corregir de 0.1.

5.- EQUIPOS A UTILIZARSE

* Balanza 0.01 g. aproximacin.

* Tamices (Serie Fina SerieGruesa)

* Tamizador elctrico.

* Recipientes para humedad

* Probeta

* Cuarteador

* Molde de ensayo proctor de 6 pulg.

* Martillo de 10 libras (4.5 Kg.) y la altura de cada es de 18 (45.7 cm.).

* Cuchara

* Espigas

* 3 Moldes para CBR

* Pesas

* Medidor del esponjamiento

* Horno de temperatura constante 110 5

6.- PROCEDIMIENTO

6.1.- GRANULOMETRA POR TAMIZADO

1) Tomar la muestra de suelo, colocarla en una bandeja y pasarla por el cuarteador.2) Ubicar la muestra en la tamizadora.3) Con la ayuda de los tamices clasificar el suelo y tomar datos de su peso.4) Pesar el recipiente vaco.5) Pesar el recipiente con la muestra de suelo (hmedo).6) Considerar el peso de la muestra retenida en el tamiz para realizar el ensayo proctor y CBR.

6.2.- CONTENIDO DE AGUA O PORCENTAJE DE HUMEDAD DE UN SUELO (w)

1) Pesar los recipientes vacos.2) Ubicar 50 g. aproximadamente de la muestra de suelo en cada recipiente.3) Pesar los 2 recipientes con la muestra anteriormente recogida.4) Colocar los 2 recipientes en el horno durante 24 horas a temperatura constante de 110 C.

6.3.- COMPACTACIN DE SUELOS (PROCTOR MODIFICDO)

1) Tomamos una muestra de suelo de 7000 g aproximadamente del material retenido en el tamiz y del pasante N4.2) Colocamos el 3 % de agua para humedecer la muestra.3)Mezclar y uniformizar bien las partculas. 4) Colocar en el molde cierta cantidad de muestra de suelo hmedo.5) Sacar 2 muestras en tarros de humedad.6) Compactar con 56 golpes, con la ayuda del martillo.7) Repetir los pasos 4) y 5) hasta obtener 3 capas de suelo.8) Una vez compactado as el material, se quita el collar del molde, se alisa la superficie y se pesa el cilindro junto con la base y la muestra. 9) Colocar el mismo porcentaje de agua (3 %) para humedecer la muestra.10) Repetir los pasos 3), 4), 5), 6), 7) y 8)11) Colocar el mismo porcentaje de agua (3 %) para humedecer la muestra.12) Repetir los pasos 3), 4), 5), 6), 7) y 8)13) Determinar la grfica Densidad Vs. Humedad.

6.4.- ENSAYO CBR

1) Tomamos una muestra de suelo de 14000 g del material retenido en el tamiz y del pasante N4.2) Colocamos el 6 % de agua para humedecer la muestra.3) Mezclar y uniformizar bien las partculas. 4) Colocar en el molde la pesa.5) Colocar en el molde para CBR cierta cantidad de muestra de suelo hmedo.6) Sacar 2 muestras en tarros de humedad.7) Compactar con 61 golpes, con la ayuda del martillo.8) Repetir los pasos 5) y 6) en 3 capas de tal manera que se llene el molde.9) Una vez compactado as el material, se quita el collar del molde y la pesa, se alisa la superficie y se pesa el cilindro junto con la base y la muestra. 10) Repetir lospasos 4), 5), 6), 7), 8), y 9), para 2 moldes de CBR adicionales, en el segundo molde se da 27 golpes y en el tercer molde 11 golpes.11) Una vez pesada la muestra, se coloca las espigas en cada molde.12) Sumergir los 3 moldes de CBR en un estanque con agua.13) Medir en cada molde el esponjamiento de la muestra durante 5 das.14) Una vez transcurrido los 5 das se retiran los moldes y se los deja por un determinado tiempo de tal manera que se elimine el exceso de agua (escurra).15) Luego se pesa cada molde con la muestra.16) Se coloca cada molde en la mquina Marshall, el pistn superior debe estar al contacto con la muestra de tal manera que ejersa presin, en este instante cada 25plg de penetracin se tomar las lecturas del dial hasta una penetracin de 300plg. Estas lecturas del dial se las utiliza para calcular las presiones corregidas.17) Se procede a realizar la Grfica 1: Presin Corregida vs. Penetracin.18) En la Grfica 1 se determinar los valores de CBR.19) Finalmente se realiza la grfica 2: Densidad Seca vs. Valores de CBR.

7.- TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS

7.1.- Granulometra Por Tamizado

TAMIZ | % RETENIDO ACUMULADO | % PASA | PESO RETENIDO ACUMULADO (g.) |1 1/2 | 1 | 99 | 97 |1 | 18 | 82 | 1992 | | 29 | 71 | 3234 | | 41 | 59 | 4647 |3/8 | 47 | 53 | 5305 |# 4 | 57 | 43 | 6378 |Pasante #4 | 43 | 57 | 4908 |TOTAL | 100 | ----| 11286 |

7.2.- Contenido de Agua o Porcentaje De Humedad (W)

CONTENIDO DE AGUA PARA EL ENSAYO PROCTOR MODIFICADO |DATOS | L | O | E | M | H | V |P. Molde+ Suelo (gr) | 186.20 | 196.20 | 187.40 | 188.80 | 220.60 | 229.60 |Peso Molde (gr) | 32.70 | 33.30 | 33.20 | 33.80 | 33.40 | 33.30 |Peso Suelo (gr) | 179.80 | 189.50 | 176.20 | 177.60 | 202.90 | 211.20 |Humedad (%) | 4.35% | 4.29% | 7.83% | 7.79% | 10.44% | 10.34% |Humedad promedio (%) | 4.32% | 8.81% | 10.39% |

7.3.- Contenido de Agua para el Ensayo CBR

CONTENIDO DE AGUA PARA EL ENSAYO CBR |DATOS | H | O | V | E | C | F |Peso tarro (g) | 22.70 | 33 | 33.5 | 33.5 | 33.4 | 33.2 |Peso muestra hmeda + tarro (g) | 170 | 151.46 | 170.3 | 164.6 | 146.2 | 129.6 |Peso muestra seca + tarro (g) | 157.9 | 140.2 | 160 | 151.44 | 137.5 | 117.1 |Contenido de humedad (%) | 8.9 | 10.5 | 8.14 | 11.16 | 8.36 | 14.9 |Contenido de humedad promedio (%) | 8.45 | | 8.45 | | 8.45 | |

7.4.- Compactacin De Suelos (Proctor Modificado)

DATOS PARA LA CURVA |Datos | 1 | 2 | 3 |P. Molde+ Suelo (gr) | 11114 | 11337 | 11320 |Peso Molde (gr) | 6625 | 6625 | 6625 |Volumen del molde (cm3) | 2105 |Peso Suelo (gr) | 4489 | 4712 | 4695 |Cont. Promedio Agua % | 4.32% | 7.81% | 10.39% |Densidad Humedad. (gr/cm3) | 2133 | 2238 | 2230 |Densidad Seca. (gr/cm3) | 2.044 | 2.076 | 2.020 |

7.5.- Grfica Densidad Seca Vs. Humedad7.6.- Ensayo CBR

Molde N | P-15 | P-2 | P-14 |# de golpes | 61 | 27 | 11 || Antes del remojo | Despus del remojo | Antes del remojo | Despus del remojo | Antes del remojo | Despus del remojo |Peso molde (g) | 7243 | 7341 | 7202 |Peso muestra hmeda + molde (g) | 12020 | 17081 | 11766 | 11940 | 11500 | 11635 |Peso muestra hmeda (g) | 4777 | 4838 | 4425 | 4599 | 4298 | 4433 |Volumen del molde (cm3) | 2105 | 2077 | 2106 |Densidad hmeda (g/cm3) | 2.269 | 2.298 | 2.130 | 2.140 | 2.041 | 2.105 |Densidad seca(g/cm3) | 2.093 | 2.080 | 1.964 | 1.992g | 1.882 | 1.832 |

7.7.- EsponjamientoDIA Y MES | HORA | TIEMPO TRANSCURRIDODIAS | MOLDE N P-15 | MOLDE N P-2 | MOLDE N P-14 || | | LECTURA DIAL Pulg. | ALTURA MUESTRA Pulg. | ESPOJAMIENTO | LECTURA DIAL Pulg. | ALTURA MUESTRA Pulg. | ESPOJAMIENTO | LECTURA DIAL Pulg. | ALTURA MUESTRA Pulg. | ESPOJAMIENTO || | | | | Pulg. | % | | | Pulg. | % | | | Pulg. | % |26/02/2010 | | 1 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 |27/02/2010 | | 2 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 |28/02/2010 | | 3 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 |01/03/2010 | | 4 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 |02/03/2010 | | 5 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 | 0 | 5.05 | 0 | 0 |

7.8.- Presiones CorregidasCONSTANTE= ((Lectura del dial * 10.10804 )+ 17.4428)/3TIEMPO | PENETRACION Pulgs. | MOLDE N P - 15 | MOLDE N P - 2 | MOLDE N 1:4 || | CARGA | PRESION CORREG Lbs/pulg.2 | CARGA | PRESION CORREG Lbs/pulg.2 | CARGA | PRESION CORREG Lbs/pulg.2 |Seg. | Min | | Dial | Lbs | | Dial | Lbs | | Dial | Lbs | || | 0 | 0 | | 0 | 0 | | 0 | 0 | | 0 || | 25 | 40 | | 141 | 29 | | 104 | 23 | | 89 || | 50 | 117 | | 400 | 68 | | 235 | 40 | | 141 || | 75 | 175 | | 595 | 112 | | 383 | 58 | | 201 || | 100 | 218 | | 740 | 48 | | 504 | 77 | | 265 || | 150 | 298 | | 1010 | 209 | | 710 | 105 | | 360 || | 200 | 360 | | 1292 | 273 | | 926 | 132 | | 451 || | 250 | 422 | | 1428 | 319 | | 1081 | 158 | | 538 || | 300 | 476 | | 1620 | 367 | | 1242 | 182 | | 619 |

7.9.- Valores del CBR obtenidos de la Grfica 1 (ver anexos)

Descripcin | Densidad Seca(gr/cm3) | Valores de CBR (%) |P-15 (61 golpes) | 2.093 | 82 |P-2 (27 golpes) | 1.964 | 54 |P-14 (11 golpes) | 1.882 | 26 |

7.10.- Valor del CBR de la Mina de Cerro Negro obtenido de la Grfica 2 (ver anexos)

CBR= 77,5 %

8.- CALCULOS TIPICOS

8.1.- GRANULOMETRA POR TAMIZADO

Peso total=11286 g% Acumulado:

Para tamiz

*100

% pasa= 100- % acumulado

8.2.- COMPACTACIN DE SUELOS (PROCTOR MODIFICADO)

8.2.1.- DatosCONTENIDO DE AGUA PARA EL ENSAYO PROCTOR MODIFICADO |Identificacin del Recipiente | Peso del recipiente | Peso suelo hmedo + pesodel recipiente (P1) | Peso suelo seco + peso del recipiente (P2) |L | 32.70 g. | 186.20 g. | 179.8 g. |

8.2.2.- Clculos8.2.2.1.- Humedad* Peso del suelo hmedo = P1 - Peso del recipiente Peso del suelo hmedo (recipiente G) = (186.2 32.70) g. = 153.5 g.

* Peso del suelo seco (Ws)= P2 - Peso del recipiente Ws (recipiente G) = (179.8 32.70) g. = 147.10 g.* Peso del agua contenida en el suelo(Ww) = Peso suelo hmedo Peso suelo secoWw (recipiente G) = (153.5 147.1) g. = 6.4 g.

* Porcentaje de humedad o contenido de agua del suelo W (recipiente G) = 4.32 %

8.2.2.2.- Densidades

8.3.- ENSAYO CBR

8.3.1.- DatosCONTENIDO DE AGUA PARA EL ENSAYO CBR |Identificacin del Recipiente | Peso del recipiente | Peso suelo hmedo + peso del recipiente (P1) | Peso suelo seco + peso del recipiente (P2) |L | 22.7 g | 170.0 g | 157.9 g |

8.3.2.- Clculos8.3.2.1.- Humedad* Peso del suelo hmedo = P1 - Peso del recipiente Peso del suelo hmedo (recipiente G) = (170 22.70) g. = 147.3 g

* Peso del suelo seco (Ws)= P2 - Peso del recipiente Ws (recipiente G) = (157.9 22.70) g. = 135.2 g* Peso del agua contenida en el suelo(Ww) = Peso suelo hmedo Peso suelo secoWw (recipiente G) = (147.3 135.2) g. = 12.1 g

* Porcentaje de humedad o contenido de agua del suelo W (recipiente G) = 8.9 %

8.3.2.2.- Densidades

8.3.2.3.- PresionesCorregidas

Constante: ((Lectura del dial * 10.10804) + 17.4428)/3

Penetracin = 25plg y con una lectura del dial de 40 lbs.Presin Corregida = ( (40*10.10804)+ 17.4428)/3Presin Corregida = 140.6 = 141 lbs/pulg2

9.- CONCLUSIONES

* Concluida la prctica se obtuvo un valor de CBR = 77,5 %, correspondiente a la muestra de la mina de Cerro Negro, valor que indica la resistencia a corte de dicho suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas.

* En funcin a los resultados podemos decir que la muestra de la Mina de Cerro Negro no es apta para base pero si para sub-base ya que se obtuvo un CBR = 77,5 %, en funcin de que en la base se requiere un porcentaje mayor al 80 % y en la sub-base est entre el 30 % y 40 %.

* Para obtener el valor de CBR es necesario obtener la densidad mxima del suelo igual a 2,077 g/cm3 adquirida del ensayo Proctor Modificado.

10.- RECOMENDACIONES

* Se recomienda al docente participar en la prctica de laboratorio con la finalidad de solventar todas las dudas existentes al realizar el ensayo.

* Debe hacerse una explicacin sobre la forma de manipular los equipos de laboratorio.

11.- ANEXOS

12.- BIBLIOGRAFA

* BOWLS, Joseph E. (1981), Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniera Civil. Mc Graw-Hill Book Company.* VIVAR, Germn (1990-1991), Diseo y Construccin de Pavimentos, Ediciones CIP.