trabajo 7 analisis cbr

Laboratorio de Geotecnia

Capacidad de soporte de Suelos (CBR).

Integrantes:Nicolás ContrerasDamián Cortes

Fabián ReyesPedro Pérez

Fabián Jiménez Juan FranciscoAndrés LatorreFelipe Aranda

22/Agosto/2013

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Indice.

Cap 1- introducción

Cap 2- objetico principal y secundario

Cap 3- hipótesis trabajo

Cap 4- verificación equipos usados respecto de la norma

Cap 5- diferencia de procedimiento utilizado respecto de la norma

Cap 6- cálculos, gráficos y resultado (cuando corresponde)

Cap 7- aplicación del ensayo a la construcción de obras civiles

Cap 8- conclusión

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Introducción

Si bien en la construcción existen diversos materiales para construir, sin duda algunos son los más relevantes a la hora de hacer un control por los Inspectores Técnicos, uno de los ensayos que menor error deben tener es el CBR (capacidad de soporte del suelo), ya que en el suelo en aspectos de vialidad son los más relevantes. Es por ello que en este laboratorio realizaremos un ensayo de CBR con 10, 25 y 56 golpes, donde luego podremos interpretar los resultados obtenidos en este laboratorio.

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OBJETIVOS

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

- Aprender de manera correcta el procesamiento de este laboratorio respecto de la Norma

- Interpretar los datos correctamente de este ensayo.

HIPÓTESIS

Este método fué desarrollado por la División de Carreteras del Estado de California (EE.UU.) y 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 y densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte.

El (%) CBR, está definido como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrón de material triturado.La expresión que define al CBR, es la siguiente:

CBR=Cargaunitariade EnsayoCargaunitaria Patr ón

∗100 [% ]

De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrón.Usualmente el número CBR se basa en la relación de carga para una penetración de 2,5mm (0,1"), ó 5mm (0,2"). Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación Proctor.

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EQUIPOS

USADOS EN LA NORMA.

Prensa de ensayo Molde metálico, cilíndrico con un diámetro de 150,4 ± 0,7 mm y una altura

de 177,8 ± 0,1 mm. Debe tener un collar de extensión metálico de 50,8 mm de altura y una placa base metálica de 9,5 mm de espesor con perforaciones de un diámetro igual o menor que 1,6 mm.

Pisón normado en NCh 1534/1 o NCh 1534/2. Aparato para medir la deformación, compuesto de:

a) Placa metálica provista de un vástago ajustable de metal, con perforaciones de un diámetro igual o menor 1,6 mm.

b) Un trípode metálico para sujetar el calibre comparador con indicador de dial

Cargas, una carga metálica anular, y varias cargas metálicas ranuradas con una masa de 2,27 Kg cada una, de 149,2 mm de diámetro, con una perforación central de 54 mm de diámetro.

Pistón de penetración, metálico de 50 ± 0,5mm. de diámetro y no menor que 100 mm de largo.

Herramientas y accesorios. Estanque lleno de agua, pailas o bandejas de mezcla, depósito de remojo, papel filtro, platos y tamices.

USADOS EN LABORATORIO.

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Aparato para medir la expansión, compuesto por una placa metálica provista de un vástago ajustable de metal con perforación de diámetro menor o igual a 1,6mm y un trípode metálico para sujetar el calibre comparador con indicador de dial.

Prensa de ensayo de capacidad mínima de 44kN y cabezal o base movible a una velocidad de 1,25 mm/min para presionar el pistón de penetración en la probeta. Este equipo debe estar provisto de un dispositivo indicador de carga con lecturas de curso no menor que 50mm.

Molde metálico, cilíndrico de diámetro interior de 152,4 ± 0,7mm y altura de 177,8 ± 0,1mm. Debe tener un collarín de extensión metálico de 50,8mm de altura y una placa base metálica de 9,5mm. de espesor, con perforaciones de diámetro igual o menor que 1,60mm.

Disco espaciador metálico, cilíndrico, de 150,8mm de diámetro y 61,4mm de altura.

Pisón normado en NCh 1534/1 o NCh 1534/2. Calibre, compuesto por dos deformímetros comparadores con indicador de

dial, de 0,01mm de precisión. Sobrecargas, una metálica anular y varias metálicas ranuradas con una

masa de 2,27kg cada una y 149,2mm de diámetro, con una perforación central de 54mm de diámetro.

Herramientas y accesorios. Estanque lleno de agua, pailas o bandejas de mezcla, depósito de remojo, papel filtro, platos y tamices.

PROCEDIMIENTO.

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USADO EN LABORATORIO.

Preparación de la muestra.

Trabajaremos con tres muestras de 6 kg, para los moldes de 2126cc, 2140cc y 2114cc (56, 25 y 10 golpes respectivamente)

Compactación de probetas CBR.

Mezclamos la muestra con una cierta cantidad de agua, en nuestro caso ocupamos una humedad optima de 11%. Una vez homogénea la mezcla llenamos un primer molde en 5 capas, compactando cada una de ella con un pisón efectuando 56 golpes. A continuación se quita el anillo superior y se enrasa bien el molde con una regla metálica cuidando de no dejar ningún hueco en la superficie del suelo.Luego se pesa el molde con el suelo compactado, para posteriormente invertir el molde, colocar un papel fieltro sobre la superficie y agregar un peso de 4,57 kg.

Se repiten estos pasos con las probetas de 25 y 10 golpes respectivamente.

Determinación de la resistencia a la penetración.

Una vez listas las 3 probetas, se llevan a una piscina llena de agua, quedando sumergidas totalmente, por aproximadamente 15 minutos.

Transcurrido el tiempo indiciado, se extraen las probetas de la piscina, quitando el agua excedente sobre el molde y se desmonta el peso.

Luego se lleva la probeta a la prensa de ensayo, donde se calibran los medidores de deformación y penetración y se procede a ensayar la muestra con una velocidad de carga aplicada al pistón de penetración de 1,25mm/min.

Se anotarán las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetración:0,025 - 0,050 - 0,075 - 0,100 - 0,125 - 0,150 - 0,175 - 0,200 - 0,300 pulgadas).

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USADO EN NORMA.

Preparación de la muestra.

Se prepara una muestra de tamaño igual o superior a 56kg. Esta muestradeberá secarse al aire o en un horno, a una temperatura menor que 60ºC, hasta que se vuelva desmenuzable. Además, se deberán disgregar los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas.La muestra se pasa por el tamiz de 20mm (3/4" ASTM) descartando el materialretenido. Si es necesario mantener el porcentaje de material grueso del materialoriginal se deberá efectuar un reemplazo. Para esto se determina por tamizado elporcentaje del material que pasa por el tamiz de 50mm (2" ASTM) y queda retenido en el tamiz de 20mm.

Se reemplaza dicho material por una masa igual de material que pasa por eltamiz de 20mm y queda retenido en el tamiz de 5mm tomada de la porción no utilizada de suelo original.Una vez obtenida la muestra de ensaye, se selecciona una porción representativa de unos 35kg para realizar el ensayo de compactación Proctor. El resto de la muestra, se divide en tres porciones de unos 7kg cada una.

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Compactación de probetas CBR.

Normalmente se compactan de tres a cinco probetas en un rango de 90 a100% de la DMCS determinada según el ensayo Proctor. Cada porción de suelo sedebe mezclar con una cierta cantidad de agua para obtener la humedad óptima, si esnecesario curar el suelo, debe colocarse dentro de un recipiente tapado para lograr una distribución uniforme de la humedad.

Una vez que se haya pesado el molde y verificado su volumen, se coloca eldisco espaciador sobre la placa base, se fija el molde con el collarín sobre la placa y se coloca un disco de papel filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde se compacta mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo húmedo, utilizando para cada porción una energía de compactación distinta (Nº de golpes), de manera que la densidad a la cual se desee determinar el CBR quede comprendida entre lasdensidades de dos probetas. Se compactarán con 56, 25 y 10 golpes respectivamente.

Al comienzo y al final de la compactación deberán tomarse 2 muestrasrepresentativas de suelo para calcular el contenido de humedad. En caso que lasmuestras no sean sumergidas, la humedad se determina concluida la penetración.Finalizada la compactación, se retira el collarín y se enrasa el suelo al nivel delborde del molde, rellenando los huecos dejados por la eliminación del material gruesocon material de menor tamaño. Se retiran la placa base perforada, el disco espaciadory se pesa el molde con el suelo compactado.

Determinación de las propiedades expansivas del suelo.

Sobre la placa base perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se ajusta el molde con el suelo compactado en forma invertida, de manera que el espacio formado por el disco espaciador quede en la parte superior. En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro grueso y sobre éste se coloca la placa metálica perforada provista de un vástago regulable.

Sobre ésta placa se colocarán las sobrecargas, cuyo número deberá ser especificado o de lo contrario, se usará una sobrecarga mínima de 4,54kg, equivalente al peso de un pavimento de hormigón de 5 pulgadas de espesor.A continuación se coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del estanque sin agua, sobre pequeños bloques metálicos o de otro material con el objeto de permitir el libre acceso del agua por debajo de la muestra. Se monta el trípode y se instala el comparador de dial de tal modo que su punta palpable quede tocando el vástago.

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Luego, se llena el estanque con agua y se registra la lectura inicial del comparador de dial. El tiempo de inmersión dependerá del tipo de saturación. Para unensayo con saturación normal se deja el molde sumergido durante 96 horas, en cambio para un ensayo de saturación completa se dejará el tiempo necesario hasta que no haya más hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de dial efectuadas con 24 horas de intervalo difieren en menos de 0,03mm.Durante todo el tiempo de inmersión el nivel de agua se debe mantener constante.

Registrada la lectura final del comparador de dial, se retira el trípode y se saca el molde del agua, para dejarlo drenar durante 15 minutos. Finalmente se retiran las sobrecargas, los discos de papel filtro y las placas perforadas para determinar el peso del molde más el suelo compactado y saturado.

Determinación de la resistencia a la penetración.

Se lleva la probeta a la máquina de ensayo y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del camino proyectado (pero no menor que 4,54kg), redondeando a múltiplos de 2,27kg. En caso de que la probeta haya sido sumergida, la carga será igual a la aplicada durante la inmersión.

Se apoya el pistón de penetración con una carga lo más pequeña posible (no debe exceder de 45 Newton) y se colocan los diales de lectura de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe considerarse como carga cero para la relación carga-penetración.

La velocidad de carga aplicada al pistón de penetración será de 1,25mm/min.Se anotarán las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetración:0,65 - 1,25 - 1,90 - 2,50 - 3,10 - 3,75 - 4,40 - 5,00 - 7,50 - 10,00 y 12,5 milímetros (o bien, 0,025 - 0,050 - 0,075 - 0,100 - 0,125 - 0,150 - 0,175 - 0,200 - 0,300 - 0,400 y 0,500 pulgadas).

Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm de espesor. Si se desea determinar la humedad promedio, se deberá extraer una muestra que abarque el total de la altura del molde.

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DIFERENCIAS ENTRE PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO Y LOS ESTABLECIDOS EN LA NORMA.

El tiempo de inmersión de la muestra no fué el estipulado por la norma (96 hrs.). En nuestro caso fué de 15 minutos app.

Luego de retirar las muestras del agua, no se pesaron ni se realizó el cálculo de por expansión ni el de la densidad de la muestra sumergida

RESULTADOS OBTENIDOS.

Tabla 1: Penetración

PENETRCION

T. en seg

Penetracion

56 golpes 25 golpes 10 golpes

en pulgadacarga aplicada

carga aplicada

carga aplicada

y = 4,56x+13,08

y = 4,56x+13,08

y = 4,56x+13,08

30 0.025 28 140.76 29 145.32 4 31.3260 0.05 58 277.56 52 250.2 12 67.890 0.075 85 400.68 75 355.08 19 99.72

120 0.1 108 505.56 94 441.72 24 122.52150 0.125 125 583.08 111 519.24 29 145.32180 0.15 145 674.28 129 601.32 35 172.68210 0.175 163 756.36 145 674.28 40 195.48240 0.2 179 829.32 162 751.8 45 218.28270 0.225 192 888.6 174 806.52 48 231.96300 0.25 205 947.88 187 865.8 53 254.76330 0.275 215 993.48 201 929.64 57 273360 0.3 222 1025.4 213 984.36 60 286.68

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0.025

0.05 0.075

0.1 0.125

0.15 0.175

0.2 0.225

0.25 0.275

0.30

200

400

600

800

1000

1200

56 golpes

25 golpes

10 golpes

penetracion en pulgadas

carg

a kg

f

Según norma: 56 golpes 25 golpes 10 golpes

penetracion carga patroncarga aplicada

carga aplicadacarga aplicada

en plg kgf kgf kgf kgf0.2 2052 829.32 751.8 218.28

CBR=carga aplicada

x 100

carga patron

DCS 95% = 19.665CBR (dcs 95%)= 75,6x-116.072

CBR(10)= 10.64% DCS(10)= 1.92CBR(dcs95%)=

32.60% DCS 95% = 1.97

CBR(25)= 36.64% DCS(25)= 2.02CBR(56)= 40.42% DCS (56)= 2.07

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1.92 1.97 2.02 2.070.00%5.00%

10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%

GRAFICO CBR

Series1

DCS (kg/cm3)

CB

R

*CBR NECESARIO PARA OBTENER UNA DMCS DE 95% ES DE UN 32,60%.

Molde 9 56 golpes

Masa molde = 5137 grCapacidad Volumétrica = 2133 cm3Masa molde + suelo compactado = 9843,5 grMasa suelo compactado = 4706,5 grDensidad húmeda = 2,21 gr/cm3Densidad seca = 2,07 gr/cm3Humedad relativa = 7 %

Molde 12 25 golpes


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Molde 11 10 golpes


Calculo CBR

Fórmula

Y= 4,56x + 13,08

0,2” = 2052

Donde x es la lectura del dial

Grupo n°1

grupo n° molde n° golpesdch kg/cm3 w %

1 11 10 2,05 7 1,922 12 25 2,16 7 2,023 9 56 2,21 7 2,07

CBR 56 golpes = (carga aplicada/ carga patrón) x100= 829/2052) x100= 40,2 %

CBR 25 golpes=(carga aplicada/ carga patrón )x100 =( 753/2052)x100= 36.7%

CBR 10 golpes =( carga aplicada/ carga patrón )x100 =(218/2052)x100= 10.6%

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APLICACIÓN DEL ENSAYO EN OBRAS.

El ensayo de capacidad de soporte de suelos (CBR), se realiza primordialmente en obras viales (construcción de carreteras, pistas de aterrizaje).

El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases, sub-base y sub. Rasante bajo el pavimento de carreteras, autopistas, calles y aeropistas, La principal función que cumple en vialidad es establecer un parámetro que contempla un porcentaje entre la carga aplicada y la carga patrón. Entre mayor CBR se dice que tiene una mayor resistencia a las cargas que son propia de las carreteras y autopistas como lo son camiones y automóviles por lo que lograr un buen CBR con un porcentaje de humedad optimo es primordial para aumentar la resistencia del suelo de este proyecto.

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CONCLUSIONES FINALES.

El ensayo CBR es muy importante en la ingeniería de caminos o carreteras y por tanto para su diseño y construcción.

Este ensayo se basa en llevar un suelo previamente compactado a una situación extrema de saturación, al dejarlo un tiempo considerable bajo agua. Esto tiene por objetivo simular las condiciones más desfavorables con que el suelo pudiera encontrarse en la realidad.

Los resultados nos arrojaron que el ensayo fue hecho de buena forma, pues sus resultados fueron razonables ya que el 95% de la densidad compactada seca para los 56 golpes dio un valor mayor que la densidad compactada seca para 25 golpes y este a la vez para 10 golpes.

Sin embargo se obtuvo que al 0,2” de penetración al 95% DMCS el CBR nos dio un 32,6 %, la cual no obtuvo una buena capacidad de soporte del suelo.

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