PESO UNITARIO Y % DE VACIOS

RELACION SOPORTE CALIFORNIA (CBR)ASSHTO T 1931.-OBJETIVO:

Determinar el valor de Soporte Relativo e Hinchamiento de los suelos tomando como material de comparacin la piedra triturada.

2.-FUNDAMENTO TEORICOLa finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad ptima y niveles de compactacin variables. Es un mtodo desarrollado por la divisin 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 relacin de soporte. El (%) CBR, est definido como la fuerza requerida para que un pistn normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el pistn penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta normalizada constituida por una muestra patrn de material chancado.

La expresin que define al CBR, es la siguiente:

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

De la ecuacin se puede ver que el nmero CBR, es un porcentaje de la carga unitaria patrn. En la prctica el smbolo de (%) se quita y la relacin se presenta simplemente por el nmero entero.

Usualmente el nmero CBR, se basa en la relacin de carga para una penetracin de 2,5 mm. (0,1"), sin embargo, si el valor de CBR a una penetracin 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 penetracin, dicho valor ser aceptado como valor del ensayo. Los ensayos de CBR se hacen sobre muestras compactadas con un contenido de humedad ptimo, obtenido del ensayo de compactacin Proctor.

Antes de determinar la resistencia a la penetracin, generalmente las probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo ms desfavorables y para determinar su posible expansin.

En general se confeccionan 3 probetas como mnimo, las que poseen distintas energas de compactacin (lo usual es con 56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequea cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm. y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que esta fraccin no exceda del 20%.

Grafica de los componentes del equipo de ensayo

3.-EQUIPO DE LABORATORIO:

Moldes con collarn.

Pisn de compactacin de 10 lb. ( 4.54 Kg. ).

Disco espaciador.

Papel filtro.

Batea.

Baadores.

Probetas de vidrio graduadas ( para agua ).

Guantes de goma.

Regla metlica.

Pocillos. Horno.

Balanza de 20 Kg. de capacidad y 1.0 gr. de aproximacin.

Tamices de y No. 4. Plato perforado con vstago regulable. Pesas anulares y de disco.

Trpode con extensmetro (0.001 mm. 0.001 de rango ) para determinar expansin.

Depsito de agua para inmersin de las probetas.

Prensa hidrulica de carga de C.B.R.

Extensmetro de 0.01 mm. 0.01 de rango, para medir la penetracin.

Cronmetros.

Extractor de muestras.

Papel plstico.

Papel filtro.4.-CARACTERISTICAS DEL SUELO:

4.1. Anotar las caractersticas del suelo, ( LL, IP, Clasificacin, % H. op, Dmss ).4.2. Preparar 3 muestras separadas de 7.0 Kg. c/u.

4.3. Si se trata de suelos granulares el peso de la fraccin retenida en el tamiz de 3/4 se debe compensar con un peso igual de muestra, que pasa el tamiz de y retiene No. 4.

5.-DETERMINACION DE LA HUMEDAD:

Las muestras deben tener un % de Humedad igual al de la Humedad ptima determinada en el ensayo de compactacin, se debe seguir los siguientes pasos:

5.1 Humedad natural: Determinar el % de Humedad Natural del suelo preparado, que resulta ser la Humedad Higroscpica ( % Hh )

5.2 Porcentaje de Humedad necesaria:Es el resultado del % de Humedad Optima % de Humedad Natural + 0.3 % por proceso de manipuleo. 5.3 Peso muestra hmeda (Psh):Ser de 7.0 kg. c / u.5.4 Peso total seco (Pss):Se determina por frmula:

Pss = ( Psh x 100 ) / ( 100 + % Hh )

5.5 Agua necesaria para el % H. optima:Se determina, multiplicando el Peso suelo seco (Pss) x % de agua necesaria en nmeros enteros (cc).

5.6 Es la cantidad de agua que debe aadirse a la muestra original.A.- CONTENIDO DE HUMEDAD Y PESO UNITARIO:6.- PROCEDIMIENTO:

6.1.- Preparar 3 moldes, debidamente calibrados, conocer sus pesos y volumenes de c/u.

6.2.- Numerar los 3 moldes.

6.3.- Anotar el No. de capas ( 3 para suelos finos ) y ( 5 para suelos granulares ).

6.4.- Anotar el No. de golpes por capa ( 10, 35 y 65 para suelos finos ) ; ( 12, 25 y 56 para suelos granulares ).

6.5.- Vaciar la primera muestra en la batea y formar un cono hueco.

6.6.- Echar la cantidad de agua necesaria en cc., hasta llegar a su % H. optima (4.6.)

6.7.- Con el uso de los guantes de goma, manualmente mezclar el suelo con el agua, hasta formar una masa homognea.

6.8.-Colocar el disco espaciador en el molde con el papel plstico encima.6.9.- Vaciar el Suelo hmedo a ( 1/3 1/5 ) en el molde y compactar con el pisn de 10 lb. ( 4.54 Kg. ) con el No. de golpes determinado.

6.10.- Compactar el No. de capas compactadas por encima del molde.

6.11.- Sacar el collarn con cuidado y enrasar la muestra con los badilejo y la regla metalica hasta el nivel superior del molde.

6.12.-Preparar los tres moldes con No. de capas especificada y el No. de golpes determinado B.- CONDICION DE LA MUESTRA:

7.-PROCEDIMIENTO:

7.1.-Sacar el molde espaciador.7.2.-Pesar el molde + Suelo hmedo compactado.7.3.-Anotar el Peso del molde ( ya calibrado ).

7.4.-Determinar el peso de muestra hmeda: (Psh + molde) (Peso molde).

7.5.-Anotar el volumen del molde ( dm3 ), ( ya calibrado ).

7.6.-Determinar el PESO UNITARIO HUMEDO: dividiendo el Peso del Suelo Hmedo ( Psh ) entre el Volumen del molde en Kg / dm3.

C.- DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD:

8.PROCEDIMIENTO:8.1.-Antes de iniciar la compactacin, sacar una muestra del suelo preparado, para determinar su % de Humedad (inicial).8.2.-Terminada la compactacin, del saldo del suelo hmedo que queda sacar una porcin, pesar, secar al horno y determinar el % de Humedad (final).8.3.-Determinar el % de Humedad promedio, que debe ser muy prximo a la Humedad Optima del suelo

8.4.-Determinar el PESO UNITARIO SECO (PUS) en Kg. / dm3

PUS = ( PUH x 100 ) / ( 100 + % H )D.- EXPANSION:9.-PROCEDIMIENTO:9.1.-La diferencia de la altura del molde la altura del disco espaciador nos da la altura de la muestra compactada.9.2.-A la muestra compactada se coloca papel filtro en la parte superior e inferior del molde.

9.3.-Colocar el plato perforado con vstago regulable.

9.4.-Colocar las 2 presas, (anular y en herradura) de 2.2 Kg. (5 Lb) c/u.

9.5.- Se sumerge en la pileta llena de agua, hasta que el agua sobrepase la muestra de suelo unos 2 cm.

9.6.-Se coloca sobre el molde, el trpode con extensmetro, regulando el bstago del plato hasta que toque con el dial del extensmetro, se coloca en cero y se ajusta el vstago. (Lectura inicial)9.7.-Despus de 4 das de inmersin, se vuelve a leer (lectura final).

9.8.-Se determina el hinchamiento, por diferencia entre la lectura final lectura inicial.

9.9.-El rango de lectura del extensmetro es 0.001 cm. 0.001 pulg.

9.10.-Se calcula el % EXPANSIN:

% EXPANSIN = diferencia de lectura x 100

altura de la muestraE.- PENETRACION:

10.-PROCEDIMIENTO:

10.1.-Se saca los moldes de la pileta, se inclina los moldes para vaciar el agua libre sujetando las pesas.10.2.-Despus se deja drenar durante 15 minutos en posicin inclinada.

10.3.-Se lleva el molde a la prensa de ensayo de CBR, prevista de todos los implementos necesarios, se centra la muestra para que pase el pistn del Aro Dinamomtrico; todo aro dinamomtrico tiene su propia planilla de calibracin con la que se debe trabajar.

10.4.-Se regula la altura de la muestra con el pistn del Aro Dinamomtrico y al contacto se coloca en cero el extensmetro. Este aro nos da las cargas de resistencia a la deformacin.

10.5.-Paralelamente se coloca el extensmetro que medir las penetraciones y que se halla sujeta al marco, la hace coincidir tambin en cero.10.6.-Se coloca el cronometro en cero.10.7.-Se inicia la aplicacin de carga a una velocidad igual 1.27 mm. / min. ( 0.5/min.), anotndose las lecturas que registra el dial del aro dinamomtrico (lecturas de calibracin propia en lb.; Kg. o KN), para penetraciones de 0.025 ( 0.64 mm.); 0.050 ( 1.27 mm.); 0.075 ( 1.91 mm.);0.1 ( 2.54 mm.); 0.2 ( 5.1 mm.); 0.3 ( 7.6 mm.); 0.4 (10.2 mm.) y 0.5 ( 12.7 mm.). Se anota en la casilla CARGA DE ENSAYO.

10.8.- Se carga la presa y se retira el molde.

10.9.-Estas lecturas se las convierte en Kg., Lb., o KN., de acuerdo a la planilla de calibracin a utilizarse.10.10.- Las 4 primeras lecturas sirven para verificar si ser necesario efectuar correcciones en la Curva Penetracin vs. Carga.

10.11.-De tener que efectuarse correcciones, se correr el Nuevo punto de origen y esa distancia se recorre para 0.1 y 0.2 de penetracin lo que nos dar nuevas cargas mayores en Lb., Kg. o KN y se anota en cargas corregidas; con lo cual recin se calcular el CBR.

10.12.- Se determina el CBR:Para 0.1 = Carga Lb. x 100 / 3000

Para 0.2 = Carga Lb. x 100 / 4500

10.13.- La variacin entre 0.1 y 0.2 no debe ser mayor en un 5 %, de ser mayor se debe repetir el ensayo.F.- GRAFICOS, (CARGA PENETRACION)10.-PROCEDIMIENTO:10.1.-Se debe determinar la escala adecuada de cargas en Lb., Kg. o KN en ordenadas, en abscisas se anota las penetraciones.

10.2.-Se grafica cada punto carga penetracin.

10.3.-Se une los puntos y debe ser una lnea continua que nazca desde el origen de coordenadas.

10.4.-Aqu se determina si se tiene que efectuar correcciones para nuevas cargas.

10.5.-Se grafica para los 3 moldes ( 10, 30, 65 golpes ) o ( 12, 25, 56 golpes )

G.-GRFICO, PESO UNITARIO SECO (Kg. / dm3 ) VS. % HUMEDAD:11.PROCEDIMIENTO:11.1.-Se determina una escala conveniente en ordenadas para el PESO UNITARIO SECO, del ENSAYO DE COMPACTACION y en abscisas los % DE HUMEDAD11.2.-Se determina los valores para el 100, 97 y 95 % de la Densidad Mxima Seca del Suelo.

H.-GRAFICO, (PORENTAJE DE CBR VS. PESO UNITARIO SECO ):

12.-PROCEDIMIENTO:

12.1.-En ordenadas se marca los PESOS UNITARIOS SECOS de los 3 moldes de C.B.R.12.2.-En abscisas los CBR determinadas por las cargas ( determinar una escala adecuada entre el mximo y el mnimo ).12.3.-Unir con una curva continua, de modo que pase por los 3 puntos determinados.12.4.-Luego trazando una lnea horizontal para el 100, 97 y 95 % de Pesos Unitarios Secos, se intersecta a la curva del CBR vs. PUS y bajando a abscisas determinamos los CBR correspondientes para los tres valores que se requieren conocer.13.- CONCLUSIONES Es importante conocer para nosotros conocer el peso unitario y el porcentaje de vacos de los agregados tanto de las gravas como de las arenas pues existen determinados materiales, que con el agua se expanden originando movimientos en las cimentaciones que soporten.

11.- BIBILIOGRAFIA

http://www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/ciencia5.htm www.arqhys.com/granulometria.html www.geotecnia.edu.bo www.umss.edu.bo Manual de ensayos de laboratorio de suelos ING. BARRIENTOS

Mecnica de suelos en la ingeniera practica KARL TERZAGUI