Informe de Laboratorio de Suelos Informe

Informe de Laboratorio de Suelos
Informe Nº 4
C.B.R.
1.- Introducción.Objetivo general.Determinar el valor de C.B.R. de un suelo, que se expresa como un porcentaje
del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón en el suelo que se ensaya,
dividido por el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón hasta la
misma profundidad en una muestra patrón de piedra triturada.
Objetivo específico.La importancia del ensayo de C.B.R. para la realización de carreteras.
2.- Fundamento Teórico.Introducción.El ensayo de la relación de soporte de California se desarrolló por parte de la relación de la
dirección de California en 1929 como una forma de la capacidad de clasificación de los
suelos pero es utilizado como sub rasante o material de base en la construcción de
carreteras.
Durante la segunda guerra mundial el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos utilizo
este ensayo para la construcción de aeropuertos.
Al ensayo del CBR la ASTM la denomino el ensayo de Relación de soporte, es la que mide
la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones húmedas y densidad controlada.
En ensayo de penetración es un numero de relación de soporte, pero se debe señalar que
este no es una constante para un suelo dado sino solo se aplicó para el suelo en el cual se
encuentra durante el ensayo.
El CBR se tiene con una relación que existe de la carga unitaria con lo necesario para lograr
una cierta profundidad de penetración del pistón con una área de 19.4 Cm2 dentro de la
muestra compactada a un contenido de humedad y densidad dado con respecto a la carga
unitaria patrón requerido mover y obtener la misma profundidad de penetración en una
muestra de material triturado.
La ecuación es:
CBR =
Carga unitaria del ensayo
*100
Carga unitaria patón
Generalidades.La experiencia se ha demostrado que las más pequeñas diferencias en el procedimiento de
la prueba del C.B.R. son motivo de grandes diferencias de los resultados de las mismas.
Por esta razón hay necesidad de que los procedimientos de la prueba se detallan paso a
paso, a pesar de lo cual surgen dificultades todavía , Para materiales tales como agregados
gruesos , el procedimiento no ha demostrado ser completamente satisfactorio , siendo
necesario realizar varias pruebas con el fin de determinar un valor promedio razonable . En
algunos casos en que los agregados gruesos se encuentran en tan pequeñas cantidades que
no afectan la estabilidad del suelo, las partículas pueden removerse con lo cual se evitan los
incongruencias en los suelos, los métodos aquí representados han demostrado ser
satisfactorios . En los párrafos siguientes se presentan los procedimientos y el equipo
sugerido para pruebas en muestras remedadas y compactadas en especímenes inalterados y
determinaciones en el campo.
C.B.R.
Fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E. stanton y O. J. Porta, del departamento de
carreteras del Estado de California; desde esa fecha, tanto en Europa como en América, el
método C. B. R. (California Bearing Ratio = Relación de Soporte California) se ha
generalizado y es hoy en día, uno de los más empleados para el cálculo de pavimentos
flexibles.
Se establece en el, una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y su
capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos flexibles.
Si bien éste método es empírico, se base en un sin número de trabajos de investigación
llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, como en el terreno, lo que
permite considerarlo como de los mejores procedimientos prácticos seguidos hasta hoy ; la
experimentado varias modificaciones, pero en la actualidad se sigue en líneas el
procedimiento requerido por sus autores.
Dado que el comportamiento de los suelos varía de acuerdo con su “grado de alteración”,
así su granulometría y sus características físicas, el método a seguir para determinar el C. B.
R., será diferente en cada caso.
Así mencionamos:
Determinación del C. B. R. de suelos perturbados.
Gravas y arenas.
Suelos no cohesivos, poco plástico y poco o nada expansivos.
Suelos cohesivos y expansivos.
Determinación de suelos inalterados.
Determinación del C. B. R. en sitio.
Suelos perturbados y remoldeados.El material secado al aire debe ser desmenuzado y deben ser tamizados en los tamices ¾” y
Nº 4. Se determina el contenido de humedad de las muestras. La cantidad de material
empleado deberá ser de unos 5 Kg. Por cada prueba.
Sabemos que para determinar la densidad de un suelo perturbado se pueden emplear
métodos estáticos y dinámicos, anteriormente, para la determinación del C. B. R. se
recomienda compactar un suelo mediante la aplicación de una presión estático de 2000 lb. /
pulg.2, pero hoy existe la tendencia de emplear los métodos dinámicos en lugar de los
estáticos pues se ha observado, por investigaciones realizados en los últimos años, que los
métodos dinámicos reproducen con fidelidad las densidades alcanzadas en el terreno,
especialmente cuando se trata de suelos arenosos y poco plásticos.
En el método C. B. R. el procedimiento comúnmente empleado para compactar las
muestras, es en línea generales.
La muestra que ha sido debidamente preparado se preparada se humedece añadiendo la
cantidad de agua que ha sido previamente determinada, se mezcla bien y se determina su
contenido de humedad.
Una vez preparada la muestra con su correspondiente contenido de humedad se la coloca
dentro del molde indicado y si la compacta en 5 capas que tengan un espesor
aproximadamente igual, haciendo caer el pisón 56 veces sobre cada capa, esta
compactación se hace siguiendo un método análogo al indicado en el AASTO Standard T –
180, se pesa el molde con la muestra y se determina la densidad y su humedad.
La vigueta obtenida deberá tener un espesor de unos 5 pulgadas.
En ambos extremos se colocara un papel filtro grueso de 6” de diámetro, se montara el
plato con el vástago graduable, luego se colocaran varias pesas de plomo que debe ser
prácticamente igual a la correspondiente al pavimento (sub base, base y capa de
rodamiento) a construirse mínimamente de 10 libras.
Posteriormente el molde es sumergido en un tanque de agua, teniendo en cuenta que los
niveles de agua dentro y fuera del molde deben ser iguales.
Se monta el trípode con un extensómetro, se toma y registra la “lectura inicial”.
Cada 24 horas y durante 4 días se realizan estas lecturas.
La expansión progresiva diaria, así como la expansión total registrada al cabo de los 4 días
es referida en porcentaje, a la altura inicial que tenía la muestra antes de su sumergida.
Suelos gravosos y arenosos.Estos suelos en la clasificación unificada corresponden a los siguientes grupos de gravas y
arenas: G. W., G. P., S. W., S. P.
Estos suelos gravosos y arenosos, sin cohesión, generalmente índica plásticos inferiores a 2
y pueden ser compactados rápidamente en el campo, en general su capacidad de soporte no
se altera apreciablemente con los cambios de humedad, de ahí que su C. B. R. se puede
determinar directamente después de compactarlos, sin sumergirlos en agua ; el C. B. R. que
se adopta para los cálculos de diseño de pavimentos flexibles pueden ser el correspondiente
a su densidad máxima o si se sigue un criterio más conservado, el menor de los C. B. R.
obtenidos ; por lo general es mayor del 20%.
Suelos no cohesivos, poco plástico y poco o nada expansivos.Estos suelos son los más comunes y pertenecen a los siguientes grupos, dentro de la
clasificación unificada: G. W., G. C., S. W., S. C., C. L., W. L., O. L.
Para determinar el C. B. R. de estos suelos se recomienda seguir unos de los
procedimientos siguientes:
El primero se aplica a condiciones climáticas normales y a aquellos suelos cuya capacidad
de soporte no varía apreciablemente cuando se altera ligeramente su contenido de humedad,
o sea que no se sugieren un control muy estricto cuando son compactados en el campo.
El segundo es un procedimiento más elaborado y se aplica a condiciones climáticas
desfavorables y a aquellos suelos que son muy sensibles a pequeños cambios de humedad,
lo que hace que se requerida un mayor control de ella en el campo.
Suelos cohesivos, plásticos y expansivos.Pertenecen a la clasificación unificado en los siguientes grupos: W. H., C. H., O. H.
El método que se sigue para determinar el C. B. R. de estos suelos es semejante al
procedimiento 2 anteriormente mencionado, pero deberán seleccionarse cuidadosamente las
humedades y densidades pues en estos suelos expansivos no siempre la humedad óptima y
densidad máxima son las más adecuadas.
Muchas veces el linchamiento de ellos es menor cuando se los compacta a densidades y con
humedades distintas a la máxima y óptima respectivamente obtenidas en laboratorio.
Por lo tanto el C. B. R. que se selecciona para el diseño de un pavimento flexible a
construirse sobre un suelo expansivo, será el correspondiente a la humedad y densidad bajo
los cuales el suelo presenta menor linchamiento.
3.- Memoria de la práctica.Para la realización de la práctica, los materiales utilizados fueron los siguientes:
Molde de C.B.R. con un diámetro de 6 pulgadas y una altura de 7 pulgadas. Se
acopla un collarín de 2 pulgadas de alto y una base perforada.
Apisonador o martillo de 10 lb. y una altura de caída de 18 pulgadas.
Regla metálica para enrasar.
Balanza con aproximación de 0,1 gr.
Probeta graduada
Plato, vástago y pesas.
Trípode
Extensómetro
Prensa para C.B.R.
Tamiz 3/4 y N°4
Papel filtro
Tanques de inmersión
A continuación se detallaran los pasos realizados en laboratorio para la práctica de CBR:
 Preparación de la muestra.Debido a que la práctica solo se realizó con una sola muestra de suelo coluvial a 56
golpes, se preparó solamente 6000grs. Dicha muestra fue tamizado por el tamiz ¾, lo
retenido fue pesado y desechado. Se procedió a tamizar más material natural para
compensar lo desechado, el cual tenía que pasar por el tamiz ¾ y retenido en el tamiz
N°4.
Partiendo con un contenido de humedad de 2.85%, se realizó los cálculos para la
cantidad de agua necesaria para llegar al contenido óptimo de humedad obtenido en la
práctica de compactación. Se añadió el agua a la muestra ya compensada, y se la mesclo
hasta obtener un material homogéneo. Se midió las dimensiones del molde y del disco.
 Compactación.Se ensamblo el molde a la base perforada, luego se introdujo el disco espaciador
junto con el papel filtro. Y se ajustó el collarín al equipo.
La muestra húmeda se dividió en 5 partes, introduciendo cada parte y
compactándola con 56 golpes distribuidos de manera uniforme en toda la sección,
con el martillo de 10 libras. Se repitió el proceso con las siguientes cuatro capas
restantes hasta superar el nivel entre el molde y el collarín.
Seguidamente se procedió a sacar el collarín y enrasarlo a nivel del molde, después
se aflojo el equipo para retirar el disco espaciador, para luego voltear el molde y
colocar el papel filtro en la base perforada. Se pesó el equipo con el suelo
compactado.
 Expansión del material.Luego del pesado, se procedió a colocar el vástago y encima las pesas.
Sobre el vástago se colocó el extensómetro para obtener su medida antes de la
saturación. Y se llevó el molde al tanque de inmersión.
Cada 24 horas durante el lapso de 4 días se debió tomar lecturas del extensómetro y
registrar en la planilla. Debido a motivos externos, solo se pudo tomar las lecturas a
las 9 horas y a las 104 horas.
La diferencia de altura inicial y final obtenida por el ex tensiómetro, nos da la
expansión total, y si se la divide entre la altura de la muestra multiplicada por 100,
se obtendrá la expansión porcentual.
 Resistencia a la penetración.Después de su saturación, se sacó el molde del tanque, haciendo escurrir por un
tiempo de 15 minutos. Se pesó el molde con la muestra saturada, pero sin el vástago
ni las pesas.
Se llevó el molde a la prensa, se lo instalo y se asentó el pistón de penetración sobre
la base de la muestra. Colocando nuevamente las pesas de plomo. Para poder
registrar el reloj de desplazamiento, se colocó un enrazador en el borde del molde.
Se puso a correr la prensa a una velocidad de 0.05 pulgadas (0.0127 mm) por
minuto y se leyeron las cargas totales necesarias en distintos desplazamientos.
Una vez llegado a los 12,7 mm se detuvo la prensa, se retiró el molde, para luego
poder extraer el material y tres muestras (de arriba, la mitad y el fondo del molde)
de suelo para su contenido de humedad.
4.- Datos, Cálculos Y Resultados.Área del pistón de penetración: 19, 3548 cm2
Ecuación de la carga:
Y = 13,569 X + 0,9293
Dónde:
Y = Carga en Kg
X = Deformación del anillo en mm
Nº de capas
5
Nº de golpes
56
Condición de muestra
antes
despues
Peso de muestra humeda+molde (gr)
10905
11140
Peso del molde (gr)
6223,3
6223,3
Peso de muestra húmeda (gr)
4681,7
4916,7
Volumen de la muestra(cm3)
2019,008
2151,093
Peso Unit. de muestra húmeda
(gr/cm3)
Muestra de humedad
Tara Nº
Peso de muestra húmeda+tara(gr)
2,319
Muestra de
humedad
1
2,285675459
Muestra de humedad
1
2
3
154,45
175,36
160,45
196,65
Peso de muestra seca+tara(gr)
141,10
155,1
143,5
179,7
Peso de agua(gr)
13,35
20,26
16,95
16,95
Peso de tara (gr)
13,60
17,51
19,78
18,24
Peso de muestra seca (gr)
127,5
137,59
123,72
161,46
Contenido de humedad %
10,471
14,725
13,700
10,498
Promedio del contenido de humedad
peso unitario de la muestra
seca(gr/cm3)
10,470
2,099
12,97438482
2,023
Expansión de la muestra.-
FECHA
TIEMPO
EN HORAS
HORA
Tja-10-09 08:30 a.m.
Tja-14-09 04:30 p.m.
MOLDE
LECT.
EXTENS.
310,5
410
0
104
Carga ensayo C.B.R.
EXTENS.
PENETRACION
mm
MOLDE
CARGA ENSAYO
C.B.R
Kg.
Kg./cm2
1,201
0,0620
pulg.
0.025
mm
0.63
0.05
1.27
0,038
1,445
0,0747
0.075
1.905
0,058
1,716
0,0887
0.1
2.54
0,08
2,015
0,1041
0..2
5.08
0,156
3,046
0,1574
0.3
0.4
0.5
7.62
10.16
12.7
0,212
0,256
0,289
3,806
4,403
4,851
0,1966
0,2275
0,2506
0,02
CM
0,79
1,04
EXPANSION
%
0
2
5.- Conclusiones Y Recomendaciones.Finalizada la práctica se llegó a las siguientes conclusiones:
El método del CBR mide la aptitud de un suelo a resistir el punzonamiento, es
decir mide su resistencia.
Este valor nos sirve para determinar el espesor mínimo de calzada que se debe
colocar sobre un suelo de cimentación dado.
Es necesario que la práctica del CBR corresponda a una humedad óptima
calculada con el ensayo de proctor modificado.
El método del CBR es uno de los métodos más empleados debido a su eficacia y
por su economía.
Por último, se dice que la penetración y el esfuerzo son proporcionales, a mayor
carga aplicada en un suelo, este sufre mayores deformaciones. En la gráfica
vemos que no es necesario realizar un gran esfuerzo sobre la muestra para que la
carga penetre en el suelo, debido a que la práctica se la realizó con un suelo
arcilloso.
6.-Bibliografia. Fundamentos De Mecánica De Suelos De Eulalio Juárez Badillo Y Alfonso
Rico Rodríguez.
 Fundamentos De Mecánica De Suelos De R. Whitlow Tercera Reimpresión.
 Guía De Laboratorio De Mecánica De Suelos UAJMS.
7.-Anexo.Fotos de la práctica.-