Anlisis de compactacin utilizando mtodo de C.B.R. (California
Bearing Ratio) segn INV E-148
Analysis of compaction using C.B.R's method. (California Bearing
Ratio) according to INV E-148
NSTOR ALBEIRO JAIMEZ [email protected] CAROLINA
CASTELLANOS [email protected]
MARIA CAMILA CORREDOR [email protected]
VCTOR ALEXANDER SUREZ [email protected]
Grupo: B1 | Subgrupo IIEstudiantes Ingeniera Civil- Sexto
SemestreCaracterizacin de Materiales IIUniversidad Industrial de
Santander
Fecha recibido: 07/04/2014RESUMEN
El ensayo de C.B.R. mide resistencia al corte de suelos bajo
condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a
este ensayo, simplemente como Relacin de soporte regido mediante la
norma ASTM D 1883-73. En ese orden de ideas a travs del siguiente
informe se busca analizar principalmente la resistencia al esfuerzo
cortante del suelo en cuestin bajo condiciones de humedad y
densidad controladas cuidadosamente, con aplicacin especial en
pavimentos flexibles as como evaluacin de calidad relativa en
suelos de sub-rasante, materiales de sub bases y bases granulares
con pequeas cantidades de material pasante mediante tamiz de 50 mm
y retenido en tamiz de 20 mm. Posteriormente Se recomienda que la
fraccin no exceda del 20%. Este ensayo puede realizarse tanto en
laboratorio como en terreno, aunque este ltimo no es muy
utilizado.
PALABRAS CLAVE: Resistencia corte, suelo, relacin soporte,
sub-base granular, base granular, sub-rasante.ABSTRACT
C.B.R.'s test measures resistance to the cut of soils under
conditions of dampness and density controlled, the ASTM names to
this test, simply as Relation of support " governed by means of the
norm ASTM D 1883-73. In this order of ideas across the following
report one seeks to analyze principally the resistance to the shear
force of the soil in question under conditions of dampness and
density controlled carefully, with special application in flexible
pavements as well as evaluation of relative quality in soils of
sub-low, materials of sub - bases and granular bases with small
quantities of material assistant by means of sieve of 50 mm and
retained in sieve of 20 mm. Later there is recommended that the
fraction should not exceed 20 %. This test can be realized so much
in laboratory.
KEYWORDS: Resistance cuts, I occur, relation supports, granular
sub-base, granular, sub-low base.Caracterizacin de Materiales II,
No 1, Pgs. 1-12, abril 2014; Facultad Ingenieras Fsico Mecnicas
UIS.
Compactacin mediante mtodo de CBR 2
3. ANLISIS CUANTITATIVO
3.1 Clculo humedad absorbidaUno de los mtodos para determinar
este valor, consiste en establecer la humedad de las muestras
despus de la inmersin, y la diferencia entre la humedad antes y
esta, representan el agua absorbida por las probetas. De esta
forma, las humedades despus de la inmersin se hallan a partir de la
siguiente formula:
Clculo tipo N.1 Determinacin humedad de compactacinSe toma en
cuenta los datos elementales que caracterizan el molde (en ste caso
se toma como referencia datos del nmero de molde 10)Tabla N.1
Aspectos generales de la muestra
Posteriormente se determina la humedad de compactacin con la
siguiente frmula:
Donde Ww es el peso de la muestra hmeda despus de la inmersin, y
Ws corresponde al peso de la muestra seca. Tabla N. 2 Datos para
Nmero de molde: 10
Los resultados de la aplicacin de la formula se expresan en la
siguiente tabla:
1. INTRODUCCINEl nmero CBR (o simplemente CBR), se obtiene de la
relacin dela 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.
2. ALCANCE DE LA PRUEBA
Dentro del alcance del presente informe se encuentra el anlisis
de un suelo, correspondiente pavimentacin de un tramo vial de la
entrada de un mega- colegio, as como la determinacin de las
relaciones de soporte de California (CBR) al ser sometido a
esfuerzos cortantes, adems se realiza la calidad relativa del suelo
para sub-rasante, sub-base y base.
Determinacin de la curva esfuerzo- deformacin: Se calcula la
presin aplicada por el pistn para cada penetracin indicada en la
tabla respectiva y se dibuja la curva para obtener las presiones
reales de penetracin a partir de los datos pre-establecidos, el
punto cero de la curva se debe ajustar para corregir
consecuentemente las irregularidades de la superficie en estudio
que afectan la forma inicial de la curva.
Figura N.1 Extraccin muestras tipo ensayo CBR
Figura
Para el clculo de la humedad de penetracin se procede de la
misma manera llevada a cabo para la humedad de compactacin. Ver
Anexo N.1 Humedades de compactacin y penetracin.3.3 Clculo presin
de penetracin, CBR 0,1 y CBR 0,2.Inicialmente se calcula el valor
de las presiones de penetracin, es decir la presin aplicada por el
penetrmetro y se dibuja la curva para obtener as las presiones
reales de penetracin a partir de los datos de prueba. Ver Anexo N.
2 Curva Presin de penetracin vs penetracin.A continuacin se
presenta el clculo de dicha presin; recordando que para cada
probeta se cuenta con las lecturas del anillo cuya constante
permite dividir el nmero de lneas que se leen a carga, Cada lnea
representa 10.125 Lb aproximadamente.Clculo tipo N. 3 Penetracin de
2,5 mm
El mismo procedimiento se repite para nmero de golpes 25 y 56.
Ver Anexo N. 3 Presin de penetracin, CBR 0,1 y CBR 0,2Clculo tipo
N. 4 Estimacin ndice CBR a 0,1 y 0,2 de penetracin.Las lecturas
tomadas, tanto de las penetraciones como de las cargas, se
representan grficamente en un sistema de coordenadas como se indic
en el Anexo N. 2. Se le llama valor de la relacin de soporte al
tanto por ciento de la presin ejercida por el pistn sobre el suelo,
para una penetracin determinada, con relacin a la presin
correspondiente a la misma penetracin en una muestra patrn. Las
caractersticas de la muestra patrn son las siguientes:Tabla N. 4
Caractersticas muestra patrn (Esfuerzos de referencia para 0,1 y
0,2 mm de penetracin)
Para calcular el ndice CBR se procede como sigue:
Tabla N. 3 Humedad de compactacin
3.2 Determinacin Pesos hmedo y seco, densidad hmeda y
seca.Despus se procede al clculo de la segunda parte del informe,
donde se incluye el clculo de la densidad hmeda y seca, as como la
determinacin del peso hmedo y seco del suelo respectivamente.
Nota: El contenido de humedad verdadero corresponde al valor
hallado con anterioridad.Clculo tipo N. 2 Peso hmedo y seco,
densidad hmeda y seca.
Posteriormente se calculan los valores de la densidad seca y
densidad hmeda:
3 Castellanos R. Carolina, Corredor P. Camila, Jaimez P. Nstor,
Surez J. Vctor.
Compactacin mediante mtodo de CBR 4
Tabla N. 5 Valores CBR y CBR corregidos para 0,1 y 0,2
Tabla N. 5 Valores CBR definitivos
Clculo tipo N. 5 Clculo de la expansin La expansin se calcula
por la diferencia entre las lecturas del deformmetro antes y despus
de la inmersin. Este valor se refiere en tanto por ciento con
respecto a la altura de la muestra en el molde, que es de 127 mm
(5"). Ver Anexo N. 3
De acuerdo a los valores de densidades secas conocidas y los
valores de CBR para 10, 25 y 56 golpes respectivamente se lleva a
cabo una grfica para observar la tendencia del valor de CBR
respecto a diferentes valores de densidades (Ver Tabla N. 6
Densidades secas y CBR a 10, 25 y 56 golpes), posteriormente se
agreg a lnea de tendencia polinmica arrojando la respectiva grfica
y ecuacin. Ver Anexo N. 5 Grfica Densidad seca vs CBR (Para valores
de 10, 25 y 56 golpes).Tabla N. 6 Densidades secas y CBR a 10, 25 y
56 golpes
5. RECOMENDACIONES6. BIBLIOGRAFIA
- Se dibuja una curva que relacione las presiones (ordenadas) y
penetraciones (abscisas) y se observa si sta curva presenta puntos
de inflexin. Si no presenta punto de inflexin se toman de la curva
los valores de presin correspondientes a 2.54 y 5.08mm de
penetracin. Si la curva presenta un punto de inflexin, la tangente
a la curva en se punto cortar el eje de abscisas en otro punto (0
corregido), el cual se toma como nuevo origen para la determinacin
de las presiones correspondientes a 2,54 y 5,08 mm. Para la primera
no fue necesario hacer correccin, en cuanto a la segunda y tercera
tuvo que hacerse una correccin de origen. Ver Anexo N. 4 Correccin
CBR para nmero de golpes 25 y 56.
- Con los valores de penetracin obtenidos como se acaba de
indicar, se calculan los valores de relacin de soporte
correspondientes, dividiendo las presiones correspondientes por los
esfuerzos de referencia 6.9 MPa y 10.3 MPa respectivamente, y se
multiplica por 100.
Clculo el valor de relacin soporte (ndice CBR) para penetracin
de 2.50; 25 nmero de golpes (sin corregir)
Despus de la correccin, la presin corresponde a un valor de 0.23
Mpa y por consiguiente un nuevo valor de CBR.
De acuerdo a la norma I.N.V. E - 148 (RELACION DE SOPORTE DEL
SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) la relacin de soporte
reportada para el suelo es normalmente la de 2.54mm de penetracin.
Cuando la relacin 5.08 de penetracin resulta ser mayor, se repite
el ensayo. Si el ensayo de comprobacin da un resultado similar, se
usa la relacin de soporte para 5.08 mm de penetracin.
En nuestro caso, tras hacer la correccin. Ver Anexo N. 3. Se
puede concluir que tras la correccin, los valores de CBR
correspondientes a 25 y 56 golpes reflejan que no es necesario
repetir en ensayo ya que la relacin de soporte para 2,54 mm es
mayor respecto a 5,08mm, tomndose como relacin definitiva el valor
de 2,54 mm. Para el caso de nmero 10 de golpes se toma la relacin
de soporte de 5,08 ya que tras el ensayo de comprobacin da un
resultado similar. Ver tabla N. 5 Valores de CBR definitivos.
5 Castellanos R. Carolina, Corredor P. Camila, Jaimez P. Nstor,
Surez J. Vctor.
A continuacin se presenta un esquema de resultados obtenidos en
laboratorio comparados con los que rige el artculo y as se concluye
si el agregado empleado cumple con los requisitos de los agregados
para afirmados, sub-bases granulares y bases granulares, en los
niveles NT1: Nivel de trnsito uno, NT2: Nivel de trnsito dos, NT3:
Nivel de trnsito tres Ver Anexo N.7. Aceptacin de los materiales en
NT1, NT2 y Anexo N.8. Aceptacin de los materiales en NT3.5.
RECOMENDACIONESUna recomendacin basada en nuestras experiencias es
llevar la muestra de suelo totalmente seca, ya que la humedad
insitu del suelo puede hacer variar la humedad ptima de compactacin
y afectara a nuestros resultados.
7. BIBLIOGRAFIA[1] Tomado de: RELACIN DE SOPORTE DEL SUELO EN EL
LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) I.N.V. E 148 07
A continuacin se realiza regresin polinmica arrogando la
siguiente ecuacin, con la cual se puede hallar el valor de CBR
(aproximado) de acuerdo al porcentaje de densidad mxima (95%, 98% y
100%) que se solicita.
Ds= 11.624 CBR2 + 113.26 CBR + 992.02Donde Ds: Densidad seca y
CBR: California Bearing RatioLos valores solicitados corresponden a
los siguientes:
Ver Anexo N. 6 Grfica de Porcentajes respecto a la Densidad
mxima seca (95%, 98% y 100%) vs CBR. 4. CONCLUSIONESEl CBR
establece una relacin entre la resistencia a la penetracin de un
suelo y su valor relativo con base a la sustentacin en la
construccin de pavimentos flexibles, se pudo observar que si los
resultados obtenidos son correctos o aproximados como en nuestro
caso.El CBR es un ndice de la capacidad de soporte del suelo
indisolublemente unido a su densidad seca. A mayor densidad seca,
mayor ser la capacidad de soporte (dentro de los lmites mximos que
permita el suelo) por lo que se debe garantizar sta densidad en
obra, evitando infiltraciones o efectos secundarios debidos a
niveles freticos desfavorables. As mismo el CBR vara de acuerdo a
la compactacin del suelo, su contenido de humedad al compactar y el
instante en el que se realiza el ensayo.El CBR es un parmetro que
se utiliza ampliamente en obras viales (carreteras de pavimento
flexible, y otros), el cual nos indica sobre la capacidad del suelo
en cuanto a la resistencia a la penetracin con respecto a una
muestra estndar de material.
Este mtodo de prueba se emplea para evaluar la resistencia
potencial de materiales de subrasante, sub-base y base, para empleo
en pavimentos de carreteras y pistas de aterrizaje. [1]
Los requisitos de calidad que deben cumplir los diferentes
materiales a emplear en la construccin de capas granulares, se
encuentran en el ARTCULO 300 07 (DISPOSICIONES GENERALES PARA LA
EJECUCIN DE AFIRMADOS, SUBBASES GRANULARES Y BASES GRANULARES Y
ESTABILIZADAS) y estn resumidos en la Tabla 300.1. En esta, se
menciona el ensayo de CBR.
Compactacin mediante mtodo de CBR 6
Anexo N.1 Humedades de compactacin y penetracin.
Detalles Moldes
Nmero de molde 1.02.03.0
Dimetro (cm)15.015.015.0
Altura (cm)12.512.512.5
Volumen (cm )2208.92208.92208.9
Nmero de golpes10.025.056.0
Humedad de compactacin
Peso tara (gr)15.716.015.815.215.716.0
Peso tara + suelo hmedo (gr)79.176.060.862.364.272.9
Peso tara + suelo seco(gr)73.369.755.557.059.367.2
Humedad (%)10.111.713.412.711.211.1
Promedio de humedad (%)10.913.011.2
Contenido humedad verdadero (%)10.913.011.2
Peso molde+ suelo hmedo (gr)11769.012700.013685.0
Peso molde (gr)8893.08892.09077.0
W del suelo que est en molde (suelo hmedo)
(gr)2876.03808.04608.0
W del suelo seco (gr)2593.33369.54144.4
Densidad hmeda (gr/cm )1.31.72.1
Densidad seca (gr/cm )1.21.51.9
Humedad de penetracin
Peso tara (gr)15.815.715.415.615.315.7
Peso de tara + suelo hmedo (%)71.268.664.266.070.371.9
Peso de tara + suelo seco (%)60.858.655.256.861.863.2
Humedad (%)23.123.322.622.318.318.3
Promedio de humedad (%)23.222.518.3
Anexo N. 2 Curva Presin de penetracin vs penetracin. 7
Castellanos R. Carolina, Corredor P. Camila, Jaimez P. Nstor, Surez
J. Vctor.
Anexo N. 4 Correccin CBR para nmero de golpes 25 y 56.
Compactacin mediante mtodo de CBR 8
Anexo N. 3 Presin de penetracin, CBR 0,1 y CBR 0,29 Castellanos
R. Carolina, Corredor P. Camila, Jaimez P. Nstor, Surez J.
Vctor.
Anexo N. 5 Grfica Densidad seca vs CBR (Para valores de 10, 25 y
56 golpes) Compactacin mediante mtodo de CBR 10
Anexo N. 6 Grfica de Porcentajes respecto a la Densidad mxima
seca (95%, 98% y 100%) vs CBR. 11 Castellanos R. Carolina, Corredor
P. Camila, Jaimez P. Nstor, Surez J. Vctor.
100%98%95%
12 Castellanos R. Carolina, Corredor P. Camila, Jaimez P. Nstor,
Surez J. Vctor.
ANEXO N. 7. Aceptacin de los materiales en NT1, NT2
ENSAYONORMA DE ENSAYO INVNT1, NT2
AFIRMADOSUBBASE GRANULARBASE GRANULAR
Resistencia del material
CBR(%) Nota: Porcentaje asociado al valor mnimo especificado de
la densidad seca, medido en una muestra sometida a cuatro das de
inmersin.
E-220153080
Resultados obtenidos en el ensayo
CBR (%) con %Densidad mx. 95%26%26%26%
ACEPTACIN AptoNo aptoNo apto
ANEXO N.8. Aceptacin de los materiales en NT3
ENSAYONORMA DE ENSAYO INVNT3
SUBBASE GRANULARBASE GRANULAR
Durabilidad
Prdidas en el ensayo de solidez en sulfatos
- Sulfato de sodio (%)E-22030100
Resultados obtenidos en el ensayo
- Sulfato de sodio (%)26%26%
ACEPTACIN No aptoNo apto
