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UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

CATEDRA DE PAVIMENTO VIII – SEMESTRE - 2018-I

Informe No. 04 Práctica de Laboratorio de Pavimento CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) Para: Alexa Gutiérrez Munévar Profesor del curso De: Fredy Magdaniel Torres

RIOHACHA-GUAJIRA

“La ciencia más útil es aquella cuyo fruto es el más comunicable.” Leonardo Da Vin

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INTRODUCCIÓN La mayor falla de los pavimentos flexibles, se deben principalmente al desplazamiento, es decir la falla "al corte", de los materiales que componen las diferentes capas, es por esto que se diseña basándose en los ensayos al corte. Se establece en este método una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su valor relativo como base de sustentación de pavimentos flexibles. Este método, si bien es empírico, se basa en un sinnúmero de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, así como en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los mejores métodos prácticos. El método de California fue propuesto por el Ingeniero O.J. Portere en 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras del Estado de California y otros organismos técnicos de carreteras, así como por el cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de Norteamérica. En el informe que se presenta a continuación se mostrara la realización de un ensayo de resistencia al corte de un suelo utilizando como método el CBR, y se presentaran los cálculos y análisis correspondientes de los resultados obtenidos.

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. ENSAYO CBR DE LABOARATORIO 1.1.

GENERALIDADES

1.1.1. INFORME No. 04 Ensayo No. 03: CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) 1.1.2. ENSAYO CBR DE LABORATORIO 1.1.3. LUGAR EN DONDE SE REALIZÓ LA PRÁCTICA Laboratorio de Mecánica de suelos concreto y asfaltos UNIGUAJIRA 1.1.4. NORMA INV E – 148 – 13 1.2.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERALES

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. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Determinar el porcentaje óptimo de agua que será necesario para compactar el suelo.  Mejoramiento de las propiedades de ingeniería de la masa del suelo.

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.

FUNDAMENTOS TEORICOS

Definiciones y aspectos generales

El CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria (por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración dentro de la muestra de suelo compactada a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerido para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. En forma de ecuación, esto se puede expresar como:

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo determinado utilizando el ensayo de compactación estándar (o modificado). A menudo se compactan dos moldes de suelo: uno para penetración inmediata y otro para penetración después de dejarlo saturar por un periodo de 96 horas; este último se sobrecarga con un peso similar al del pavimento, pero en ningún caso menor que 4.5 kg. Es necesario durante este periodo tomar registros de expansión para instantes escogidos arbitrariamente. En ambos ensayos, se coloca una sobrecarga sobre la muestra de la misma magnitud de la que se utiliza durante el ensayo de expansión. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos propósitos: 1. Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura. 2. Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la saturación en el campo. El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una velocidad de deformación unitaria de 1.27 mm/min. Se toman lecturas de esfuerzo versus penetración cada 0.64 mm de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm a partir del cual se toman lecturas con velocidades de penetración de 2.5 mm/min hasta obtener una penetración total de 12.7 mm. El valor del CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos, principalmente con fines de utilización como base y subrasante bajo pavimentos de carreteras y aeropistas.

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MATERIALES Y EQUIPOS Prensa – Utilizada para forzar la penetración de un pistón dentro del espécimen de ensayo. Debe estar equipada con una cabeza o base móvil que se mueva a una velocidad uniforme de 1.27 mm/min (0.05"/min), con una tolerancia de ± 20 %.

Moldes – Cada molde deberá ser un cilindro de un metal rígido, de 152,4 mm o 6" de diámetro interior y de 177,8 mm o 7" de altura, provisto de un collar suplementario de no menos de 50.8 mm (2.0") de altura y una placa de base de 9.53 mm (3/8") de espesor, con perforaciones. Las perforaciones de la base deberán ser por lo menos 28, uniformemente distribuidas dentro del círculo que va a ser ocupado por el molde, de 1.59 mm (1/16") de diámetro. Al ensamblar el molde con el disco espaciador en su interior, el molde deberá tener un volumen interno (sin considerar el collar de extensión), de 2124 ± 25 cm3.

Disco espaciador – De forma circular, metálico, de 150.8 ± 0.8 mm (5 15/16"± 1/32") de diámetro y de 61.4 ± 0.25 mm (2.416 ± 0.01") de espesor, para insertarlo dentro del molde cilíndrico como falso fondo durante la compactación.

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Martillos de compactación

Aparato medidor de expansión Una placa de metal perforada – Una para cada molde, de 149.23 + 1.6 mm de diámetro, con no menos de 42 perforaciones de 1,6 mm (1/16") de diámetro, distribuidas uniformemente sobre el área de la placa. Estará provista de un vástago en el centro, con un sistema de tornillo que permita regular su altura.

Un trípode – Para medir la expansión durante la inmersión de las probetas en agua. Sus patas deben estar conformadas de manera que se puedan apoyar en el borde del molde; el aparato lleva montado y bien sujeto en el centro un dial Laboratorio de Pavimentos-Semestre VIII-2018-1

(deformímetro), cuyo vástago debe coincidir con el de la placa, de forma que permita controlar la posición de ésta y medir la expansión, con aproximación de 0.025 mm (0.001"), en un rango mínimo de 5 mm (0.200").

Sobrecargas metálicas – Unas diez por cada molde, una o dos anulares y las restantes ranuradas (similares a herraduras), con una masa de 2.27 kg cada una y 149.23 mm de diámetro exterior. La anular debe tener un orificio central de, aproximadamente, 53.98 mm de diámetro.

Pistón de penetración – Cilíndrico, metálico, de 49.63 ± 0.13 mm de diámetro (1.954 ± 0.005"), área de 1935 mm² (3 pulg²) y con la longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con el número requerido de sobrecargas, pero nunca menor de 101.6 mm (4"). Balanza

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MATERIALES MISELANEOS Machete, martillo, brocha espátulas

PROCEDIMIENTO Se pesa el molde sin el collarín. Se toman las muestras obtenidas en el laboratorio pasado donde se apartaron 3 muestra para el ensayo de CBR de laboratorio.

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  Se le echa la cantidad de agua necesaria para que la muestra llegue a su humedad optima

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 Luego se amasa la materia con el agua obteniendo una mezcla homogénea

 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



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o

. Compactar el suelo húmedo en el molde de acuerdo al Proctor con el fin de obtener la humedad optima (Wop) y la densidad máxima (‫ﻻ‬dmax). Generalmente se utilizan como mínimo 3 muestras con 56, 25 y 10 golpes.



Se realizaron en tres moldes compactados con (56,25,10) golpes respectivamente con capas de 5 por secciones en cada molde.



Luego se quita el collarín y se enraza con la herramienta de manera que quede una superficie lo mas plan posible sin ningún hueco

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

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.



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 o 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. En caso de inmersión.

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

Una vez realizada la inmersión en este caso no se realizó el respectivo paso, se continua con la penetración, 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.



Apoyar el pistón de penetración con la carga más 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 cargapenetración. Aplicar la carga del pistón de penetración de manera que la velocidad de penetración sea 1.25 (mm/min)

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

Se espera hasta obtener los resultados de las penetraciones dadas por la prensa.



Luego de la penetración se lleva y se saca la muestra compactada

para tomar un submuestra la cual será ingresada al horno para el contenido de humedad.

TABLAS DE DATOS

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Medida

CBR (%)

0,2" 0,2" 0,2"

Densidad seca g/cm3

31,26 76,88 145,22

1,96 2,07 2,14

GRAFICA

CBR laboratorio 2.20 DENSIDAD SECA G/CM3

2.14 2.15 2.10

2.07

2.05 2.00

1.96

1.95 1.90 0.00

20.00

40.00

60.00

80.00 C.B.R.

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100.00

120.00

140.00

160.00

Esfuerzo deformacion 25

AXIS TITLE

20 15 10 5 0 0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

AXIS TITLE 10 golpes

25 golpes

56 golpes

CALCULOS

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:

CBR 

P * 100 Pi

P = Carga obtenida en el ensayo Pi = Carga unitaria normalizada

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CONCLUSION El ensayo de CBR es fundamental en el diseño de un pavimento ya que permite medir la calidad de un material de subrasante, base o subbase e identificar la función que puede cumplir cierto material en la conformación de un pavimento en función de la resistencia al esfuerzo cortante que esté presente. Por otro lado por medio del CBR se puede llegar a relacionar módulos característicos del suelo, que nos permiten conocer sus propiedades de una manera más concreta, como el módulo elástico. Al momento de la determinación del CBR en el laboratorio se manejan procesos que pueden ocasionar múltiples variaciones en las condiciones previamente establecidas para la obtención de los resultados (condiciones de densidad y humedad). Esto puede ocurrir debido a la manipulación de la muestra y las condiciones del sitio donde se realice el ensayo ya que se puede originar perdida de la humedad optima requerida para el ensayo y al momento de la compactación se puede variar la energía si no se hace un riguroso control al momento de la aplicación del número de golpes desde la altura establecida.

Golpes

10

25

50

C.B.R. a 25,4 mm (0,1") (%)

22,96

58,75

97,529

C.B.R. a 50,8 mm (0,2") (%)

31,26

76,88

145,22

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ANEXOS

Muestra después de la penetración Con la prensa

las tres muestras ensayadas con los distintos números de golpes

Proceso para sacar la pesa que se Encontraba en el fondo del molde

penetración con la prensa realizada a los tres moldes ensayados

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