1.-DESCRIPCION DE LOS ENSAYOS DE CBR : OBJETIVO

Determinar el valor del C. B. R. de los suelos, cuando son compactados y ensayados en el

laboratorio, mediante la comparación entre la carga de penetración en el suelo y aquella de

un material normalizado o “standard”.

El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en libras por pulgada

cuadrada (psi) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del piston

(con un área de 19,4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un

contenido de humedad y densidad dadas, con respecto a la carga unitaria patrón requerida

para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra stándard de material

triturada. En forma de ecuación, esto se expresa de la siguiente manera: CBR = Carga

unitaria de ensayo * 100 Carga unitaria patrón

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 óptima y niveles de

compactación variables. Es un método 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 chancado.

La expresión que define al CBR, es la siguiente:

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

De la ecuación se puede ver que el número CBR, es un porcentaje de la carga

unitaria patrón. En la práctica el símbolo de (%) se quita y la relación se presenta

simplemente por el número entero.

Usualmente el número CBR, se basa en la relación de carga para una penetración de

2,5 mm. (0,1"), sin embargo, si el valor de CBR a una penetración 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 penetración, dicho valor será aceptado como

valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un

contenido de humedad óptimo, obtenido del ensayo de compactación Proctor.

Antes de determinar la resistencia a la penetración, generalmente las probetas se

saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo más desfavorables

y para determinar su posible expansión.

En general se confeccionan 3 probetas como mínimo, las que poseen distintas

energías de compactación (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se

aplica el ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material que pase por el

tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta

fracción no exceda del 20%.

Método para muestras remoldeadas, según NCh 1852 Of. 1981.

- Equipo necesario.

- 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 1,6 mm.y un trípode metálico para sujetar

el calibre comparador con indicador de dial.

Aparato para medir expansión.

DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO

Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California en 1.929 y nos

permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo condiciones de Humedad y

Densidad controladas.

El CBR (California Bearing Ratio) se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido

para hacer penetrar un pistón una profundidad de 0.1 pulgadas en una muestra de suelo y el

esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón, la misma profundidad de 0.1

pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.

EQUIPO

-18 pulg.).

.

Molde CBR y accesorios

- Cálculos y gráficos. - i) antes de ser sumergida, mediante la

siguiente expresión:

i = ( W1 - Mm ) / Vm ( gr./cc )

donde:

W1 = peso del molde más el suelo compactado (gr.)

Mm = peso del molde (gr.)

Vm = capacidad volumétrica del molde (cm3)

- s) luego de ser sumergida, mediante la

siguiente expresión:

s = ( W2 - Mm ) / Vm ( gr./cc )

donde:

W2= peso del molde y el suelo compactado y saturado (grs.)

- Calcular la expansión de la muestra, como porcentaje de la altura inicial (%E), mediante

la siguiente expresión:

% E = E / 116,4 * 100 ( % )

donde:

E = expansión en mm. (diferencia de lecturas

del dial de deformación (Lf - Li))

116,4 = altura de la probeta en mm. (altura del

molde menos altura del disco espaciador)

- Obtener la curva tensión contra deformación, graficando en la ordenada, las tensiones de

penetración en megapascales (MPa) y en la abscisa la penetración en milímetros. En

algunos casos la curva puede tomar inicialmente una forma cóncava hacia arriba, debido

principalmente a irregularidades en la superficie de la probeta. Si esto ocurriera, el punto

cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y se

traslada el origen al punto en que la tangente corta la abscisa (figura 3.18.).

- Usando los valores de tensión (corregidos o no) tomados de las curvas tensión contra

penetración, se calcula el CBR (%) para 2,5 mm. y 5 mm. de penetración dividiendo las

tensiones normales por 6,9 MPa. y 10,3 MPa. respectivamente, multiplicándolas por 100.

Se calcula también el CBR para la carga máxima si la penetración es menos que 5 mm.

interpolando la tensión normal.

- Usando los datos obtenidos anteriormente de las tres probetas, se dibuja la curva CBR

contra densidad seca (si se trata de suelos granulares, se graficará la curva solo con la

penetración de 5 mm.; en cambio para suelos arcillosos, se graficarán la de 2,5 y 5 mm. de

penetración). Con ella se puede determinar el CBR correspondiente a una densidad seca

preestablecida (figura 3.19.).

Figura 3.18. Gráfico de corrección de curva.(NCh 1852 Of. 1981).

Figura 3.19. Gráfico de determinación de CBR (NCh 1852 Of. 1981).

CBR Clasificación cualitativa del suelo Uso

2 - 5 Muy mala Sub-rasante

5 - 8 Mala Sub-rasante

8 - 20 Regular - Buena Sub-rasante

20 - 30 Excelente Sub-rasante

30 - 60 Buena Sub-base

60 - 80 Buena Base

80 - 100 Excelente Base

Tabla de clasificación y uso del suelo según el valor de CBR.

Método CBR in situ. Es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de

un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la estructura que

soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos y en movimientos de

tierra importantes. Básicamente la fase de penetración de este ensayo es similar a la descrita

anteriormente.

Los ensayos usados para medir las propiedades resistentes de los suelos pueden clasificarse

en tres grandes grupos.

ensayo de corte

ensayo de carga

ensayo de penetración

ensayo de corte:

Estos ensayos determinan las propiedades en un punto de la masa del suelo y se ejecutan

normalmente en muestras inalteradas relativamente pequeñas. A través de ellos se

determinan fundamentalmente la cohesión y el ángulo de fricción interna. Estos valores se

utilizan para calcular los valores máximo de rotura. Los ensayos más usuales son de corte

directo, compresión no confinada y triaxial, que se verán más adelante.

ensayo de carga:

Los ensayos de carga se efectúan generalmente en terreno (in situ) y sobre la superficie del

suelo. Sus resultados abarcan una zona mayor que la anterior y permiten obtener un valor

de conjunto de resistencia del suelo en la zona de influencia.

En obras viales, se usa una prueba de carga con una placa circular rígida de diámetro que

varían entre 150 mm a 760 mm. La relación entre la presión aplicada y la deformación

vertical recibe el nombre de Módulo de reacción del suelo “K”, que se expresa en kg/cm3.

Como esta relación no queda representada por una línea recta, se elige un valor de

penetración de referencia de 1,25 mm (0,05”) para calcular el valor de K.

La deflexión para determinar el modulo de reacción será determinada sobre la curva

corregida del gráfico carga-deformación.

Se deben aplicar tres correcciones a la información registrada durante el ensaye, que se

deben a: trazado de la curva carga-deformación, flexión de las placas de ensaye y suelo

cohesivo parcialmente saturado. En el acápite 18 se estudia este ensayo.

ensayos de penetración:

Este tipo de ensayos determinan, al igual que los ensayos de corte, las propiedades en un

punto de la masa de suelo. Pueden ser efectuados tanto en terreno (in situ) como en

laboratorio. Los resultados de los ensayos de penetración están, en general, relacionados

con experiencias sobre el comportamiento de suelos semejantes. Tal es el caso de los

métodos empíricos usados en diseño de espesores de pavimentos de caminos y aeropuertos.

También puede usarse los datos de penetración para establecer relaciones con la cohesión y

la fricción del suelo.

Un caso particular de ensayo de penetración, ampliamente usado en obras viales, es el

Ensayo California, denominado comúnmente como CBR (California Bearing Ratio). Para

este ensayo se emplea una muestra de suelo de 150 mm de diámetro y 116 mm de altura,

compactada en un molde cilíndrico de acero. Antes de realizar el ensaye generalmente se

satura para simular las condiciones más desfavorables en cuanto a drenaje de un camino y

para determinar su posible expansión. Junto con la saturación y durante la penetración, se

somete la muestra a una presión (sobrecarga) igual a la que producirá el futuro pavimento.

En este ensayo se mide la carga necesaria para hacer penetrar un pistón de 50±5 mm de

diámetro en una masa de suelo compactada en un molde cilíndrico de acero, a una

velocidad de 1,27 mm/min, para producir deformaciones de hasta 12,7 mm (1/2”). Esta

carga se relaciona con una carga estándar y el resultado final se expresa en porcentaje. La

curva de comparación se llama curva patrón y corresponde a un chancado normalizado al

cual se le asigna un valor CBR de 100%.

La expresión que define al CBR, es la siguiente:

CBR = (carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) · 100 ( %)

Generalidades

El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo

condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo,

simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883-73.

Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos

materiales de sub – bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña

cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20

mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%.

Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este

último no es muy practicado.

2 Ensayo de C.B.R. (Nch 1852 of.81)

El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kilos/cm2

(libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de

penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra

compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga

unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra

estándar de material triturada, en ecuación, esto se expresa:

CBR = Carga unitaria de ensayo * 100

Carga unitaria patrón

Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:

Penetración Carga unitaria patrón

mm Pulgada Mpa Kg/cm2 psi

2,54 0,1 6,90 70,00 1000

5,08 0,2 10,30 105,00 1500

7,62 0,3 13,10 133,00 1900

10,16 0,4 15,80 162,00 2300

12,7 0,5 17,90 183,00 2600

Tabla V.15 Valores de Carga Unitaria

El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de

2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”)

es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR.

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido

de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de

compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM

D698-70 ó D1557-70 ( para el molde de 15.5 cm de diámetro), se debe compactar muestras

utilizando las siguientes energías de compactación:

Método Golpes Capas Peso del martillo N

D698 2 (suelos de grano fino) 56 3 24,5

4 ( suelos gruesos) 56 3 24,5

D1557 2 (suelos de grano fino) 56 5 44,5

4 (suelos gruesos) 56 5 44,5

Tabla V.16 Energías de Compactación

El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de

los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de

carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica:

CBR Clasificación general usos

Sistema de Clasificación

Unificado AASHTO

0 - 3 muy pobre subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7

3 - 7 pobre a regular subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7

7 - 20 regular sub-base OL,CL,ML,SC A2,A4,A6,A7

SM,SP

20 - 50 bueno base,subbase GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3

SP,GP A2-6

> 50 excelente base GW,GM A1-a,A2-4,A3

Tabla V.17 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos

Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se leen tablas

utilizando directamente el número CBR y se lee el espesor de la subrasante (por ejemplo

“Principios de diseño de pavimentos”, Jhon Wiley & Sons, 1959, Capitulo 14 y 15).

2.1 Equipo necesario

- Prensa de Ensaye

- Molde

- Disco espaciador

- Pisón

- Cargas

- Pistón de penetración

- Aparato para medir expansión

Curvas de tensión – penetración

- Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (MPA) o en (Kg/cm2).

- Para ello se traza la curva en un gráfico tensión – penetración.

- La curva puede tomar, ocasionalmente, la forma cóncava hacia arriba debido a

irregularidades de superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse

trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al

punto en que la tangente corta la abcisa.

- Obtener De la curva los valores de las tensiones necesarias para lograr una penetración de

0.1” y 0.2”.

- Las curvas de tensión – penetración se dibujan en un mismo grafico para los distintos

números de golpes.

Razon de Soporte (CBR)

- 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

P1

P : Carga obtenida en el ensayo

Pi: Carga unitaria normalizada

Las cargas normalizadas se dan en la tabla V.19

PENETRACION

TENSIONES

NORMALIZADAS MPa

TENSIONES

NORMALIZADAS MPa

2.54 6.9 70

5.08 10.3 105

7.62 13.1 133

10.16 15.8 162

12.7 17.9 183

Tabla V.19 Penetración – Tensiones normalizadas

Para los suelos del tipo A – 1; A – 2 – 4 y A – 2 – 6, la razón de soporte se calcula solo

para 5 mm de penetracion (0.2 pulgadas).

Para suelos del tipo A – 4; A – 5; A – 6 Y A – 7, cuando la razón correspondiente a 5 mm

es mayor que a 2,5 mm, confirmar el resultado, en caso de persistencia, la razón de soporte

correspondera a 5 mm de penetración.

Para suelos del tipo A – 3; A – 2 – 5 Y A – 2 – 7, el procedimiento a aplicar queda al

criterio del ingeniero.

Con el resultado del CBR se puede clasificar el suelo usando la tabla V.20.

CBR CLASIFICACION

0 - 5 Subrasante muy mala

5 – 10 Subrasante mala

10 – 20 Subrasante regular a buena

20 – 30 Subrasante muy buena

30 – 50 Subbase buena

50 – 80 Base buena

80 - 100 Base muy buena

Tabla V.20 Clasificación del suelo de acuerdo al CBR

Cuando se requiere conocer los efectos de preconsolidación natural, estructura

de suelo, cementación natural, estratificación, que son aspectos que no pueden producirse

con muestras remoldeadas de suelo ni con muestras supuestamente inalteradas que se

ensayen en laboratorio, se recomienda efectuar el ensaye CBR in situ, siempre que el

terreno natural esté en las condiciones mas criticas en le momento de efectuar la prueba. El

procedimiento que se sigue en esta prueba es similar al establecido en los items anteriores,

con la diferencia que en este caso, la muestra no esta confinada en un molde.

Es condición que en el lugar que se realice el ensaye no existan particulas

superiores al tamiz 20 mm (3/4”). La preparación del terreno requiere enrasar y nivelar un

area de 30 cm de diametro, para posteriormente colocar las sobrecargas estipuladas.

El informe final del ensayo debera incluir, ademas del CBR determinado, la

curva de presión – penetración, la humedad, peso especifico y densidad natural del suelo

ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que

afectó el ensaye del CBR.

2.-ENSAYO DE MÓDULO RESILIENTE

Hveem y Carmany en 1948 [25] reconocieron que el módulo dinámico de elasticidad

para subrasantes es un parámetro de gran importancia para entender el agrietamiento

(por fatiga) de las superficies de asfalto y que la carga monotónica podría no ser la

adecuada para su determinación.

En 1955, Hveem [26] desarrolló el tema “comportamiento resiliente de los pavimentos”.

Él propuso la prueba del estabilómetro para caracterizar a las subrasantes.

Seed et al (1955) de la Universidad de California siguieron lo establecido por Hveem.

Desarrollaron pruebas de carga repetida e introdujeron el término de módulo resiliente.

Este término fue cambiado más tarde por el de módulo resiliente, Seed et al [27], el cual

fue definido como la magnitud del esfuerzo desviador repetido en compresión triaxial

dividido entre la deformación axial recuperable y se representa como sigue.

“UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN”

“FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA”

“CARRERA DE INGENIERIA CIVIL”

PRACTICA Nº2

ESTUDIANTE: CORDOVA ESCALERA NEYDA

DOCENTE:ING. JAIME AYLLON ACOSTA

FECHA: 12/03/2014

COCHABAMBA-BOLIVIA