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Informe California Bearing Ratio pavimentos
Tipo: Monografías, Ensayos
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Cesar Iván Guarín Puentes 201621622 Diana Paola Castellanos Mora 201522620 Eliana Lizeth Bohórquez 201711407 Sergio Alejandro Salazar Mancipe 201711420 Presentado a: Ing. Ricardo Ochoa Diaz En el área de: Pavimentos Monitor: Felipe Walteros Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Tunja 2020
2.1. General Realizar el ensayo de laboratorio CBR según la norma INV E-148-13 con miras a la obtención de parámetros de resistencia o comportamiento de la muestra de material estudiado respecto a sus posibles usos como base, subbase o subrasante. 2.2. Específicos Hallar la densidad seca máxima según la humedad óptima, de acuerdo al procedimiento de cálculo del Ensayo Proctor Modificado. Obtener tres graficas de Resistencia contra Penetración para 10, 25 y 56 golpes. Determinar el índice de CBR para 0.1” y 0.2” y su respectiva corrección para cada muestra según el número de golpes. Calcular el porcentaje de expansión para las 3 condiciones de compactación ensayadas.
El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de penetración, expresada en por ciento en su respectivo valor estándar. También se dice que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controlada. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, que no es constante para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. 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.^1 Existen diferentes tipos de CBR como son:
Entre las herramientas y equipos utilizados para la elaboración del ensayo, se encuentran: Moldes de 6” de diámetro, balanza, trípode con dial medidor de deformación, molde de mezclado, probetas, martillo compactador, cuchara mezcladora, tamices, horno, entre otros., bastante similar a lo requerido para el ensayo Proctor. Se emplea una prensa para aplicar carga a velocidad controlada. En primer lugar, se tomó tres veces la altura y diámetro de cada molde, para posteriormente promediar estos valores y determinar el volumen de cada cilindro. Del mismo modo, para determinar el peso del cilindro, se registró dicha medida tres veces y luego se promedió. La preparación de la muestra se realizó por vía seca, teniendo en cuenta que si la muestra estaba húmeda debía reducirse su contenido de agua secándola hasta volverla friable. Una vez se consiguió lo mencionado anteriormente, se pasó el material por el tamiz de ¾”, verificando que se cumpliera la premisa de que el 30% o menos de la masa del material quedara retenida en dicho tamiz, cumpliendo lo indicado en el método C del Proctor modificado. Posteriormente, se prepararon 3 sub-muestras de la fracción de ensayo, teniendo en cuenta que cada una debía pesar alrededor de 8 kg, según lo expuesto por el método C y adicionando un poco más. Y se realiza la medición de cada uno de los moldes, adaptando las muestras a estos Una vez realizados los pasos anteriores, se procedió a compactar las sub-muestras, en primer lugar, se registró la masa del molde, luego se aseguró el collar de extensión al molde y este conjunto a la placa de base; posteriormente, para cada sub-muestra el suelo fue compactado en 5 capas más o menos iguales, empleando para ello un martillo de compactación, generando 56, 25 y 10 golpes en cada capa, guiándose por el patrón indicado en la siguiente ilustración. Ilustración 3. Patrón de impactos para la compactación en el molde de 6” (Método C)
Fuente: Instituto Nacional de Vías – Norma INV E- 142 Lo que diferencia a cada submuestra, y lo que posibilitó la comparación del CBR sobre la misma muestra de suelo es la energía aplicada por los diferentes números de golpes. Como intermedio se realizó el pesaje de los moldes. Posteriormente se realizó el montaje del molde en la placa base, introduciendo el falso fondo y sobre él un papel filtro dado que el molde fue sumergido en agua en una fase posterior. Se puso el collar de extensión al montaje. Una vez se terminó de compactar la última capa, se removió el collar y la placa de base del molde, donde de ser necesario, se usó un cuchillo para devastar el suelo adyacente al collar, ayudando a aflojarlo antes de removerlo, evitando así que la probeta compactada se rompiera. Se procedió a enrasar el suelo con el borde superior del molde, empleando para ello una regla metálica. Estos pasos se realizaron para cada sub-muestra. Se tomaron posteriormente muestras para humedad de compactación. Luego de que se retiró la base del molde, se pesó la muestra húmeda compactada dentro del molde. Se giró el molde para remover el papel filtro, y se procedió a poner las sobrepesas con el fin de representar el peso producido por el pavimento para realizar el sobreesfuerzo. Luego se pusieron las placas perforadas y el vástago para
PRUEBA No. 1 2 3 No. Golpes/capa 10 25 56 Humedad deseada(Wopt), % 9.3^ 9.3^ 9. Humedad de la muestra, % 5.1 5.1 5. Humedad adicional, % 4.2 4.2 4. Masa muestra húmeda, g 5000 5000 5000 Masa muestra seca, g 4757.37 4757.37 4757. Agua adicional, g 199.81 199.81 199. Molde No. 1 2 3 Volumen molde, cm3 2334.949 2346.508 2325. Masa molde, g 4768.6 4711.4 4532. Masa molde+Muestra húmeda compacta, g 8918.2 9323.2 9416. Masa muestra húmeda compacta, g 4149.6 4611.8 4883. Húmedad al horno, % 9.1085 9.2664 6. Masa muestra seca compacta, g 3803.1858 4220.6933 4591. Densidad Húmeda, g/cm (^3) 1.7772 1.9654 2. Densidad seca, g/cm (^3) 1.6288 1.7987 1. Peso unitario seco, KN/m3 15972.1004 17638.17484 19358. CBR 0.1" 12.600 30.567 46. CBR 0.2" 12.844 34.711 41.111 (^) Fu ente. Elaboración propia Gráfico 1. Densidad seca vs Humedad (%)
5 6 6 7 7 8 8 9 9 10
Densidad seca máxima Humedad Densidad seca (g/cm3) Fuente. Elaboración propia Tabla 3. Resultados después de fallar probetas. PRUEBA No. 1 2 3 Masa capsula, grs 48.8 46.4 39. M. Capsula + Muestra húmeda, grs 169.2 210 216. M. Capsula + Muestra seca, grs 155.2 188.4 191. Humedad % 13.15789474 15.21126761 16.86429513 (^) Fu ente. Elaboración propia Tabla 4. Dimensiones del pistón Diametro Piston(in) 1. Area de Piston(in2) 3 Fuente. Elaboración propia dmáx= 1.97 g/cm Wopt = 6.37%
Gráfico 3. Esfuerzo vs Penetración (25 golpes) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Penetración (in) Esfuerzo (lb/in2) Fuente. Elaboración propia Gráfico 4 .Esfuerzo vs Penetración (56 golpes) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Penetración (in) Esfuerzo (lb/in2) Fuente. Elaboración propia
Tabla 6. Resultados CBR y CBR corregido N° de golpes/capa 10 25 56 CBR de 0.1" (%) 12.600 30.567 46. CBR de 0.2" (%) 12.844 34.711 41. Densidad seca(g/cm3) 1.629 1.799 1. Humedad (%) 9.109 9.266 6. CBR corregido (%) 12.844 34.711 46. Fuente. Elaboración propia Fuente. Elaboración propia Tabla 7. Densidad máx. al 90 y 98%
Fuente. Elaboración propia Tabla 8. Porcentaje de expansión. H (cm) Lini (cm) L fin (cm) % expansión 10 golpes 11.643 0.0173228 0.01759458 0. 25 golpes 11.643 0.0067818 0.0078994 0. 56 golpes 11.643 0.0073406 0.0075692 0. Fuente. Elaboración propia
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 yd (KN/m 3 ) CBR corrregido (%)
4 5 6 7 8 9 10 yd (KN/m 3 ) Humedad (%) 98% rdmax 90% rdmax CBR = 31.3%^ CBR = 43.6% Gráfico 5. Densidad máx. al 90 y 98%
Aguaadicional ( g )= Masa de la muestraseca ( g )∗ Húmedad adicional Para la muestra 1. Aguaadicional =4757.37 g ∗0.042=199.81 g Masa muestra húmeda compacta, g
Para la muestra 1. Masamuestra humedacompacta =8918.2 g −4768.6 g = 4149 g Masa muestra seca compacta M .muestra seca compacta ( g )= M. de la muestra húmeda compacta ( g ) 1 + Húmedad al horno Para la muestra 1. M .muestra seca compacta =
=3803.18 g Densidad húmeda Densidad h. g cm
Volumen molde ( cm 3 ) Para la muestra 1. Densidad h. = 8918.2 g −4768.6 g 2334.949 cm
g cm 3
Densidad seca Densidad s. ( g cm
Densidad h. g cm 3 1 + Humedad al horno Para la muestra 1. Densidad s. =
g cm 3 1 + 0.
g cm 3 Peso unitario seco de la muestra yd
kN m
g cm 3 ∗^1 kg 1000 g
Para la muestra 1. yd =1. g cm 3 ∗^1 kg 1000 g
Esfuerzo Esfuerzo lbf ¿^2
Carga ( lb ) Area (¿^2 )
lbf ¿
115 lb 3 ¿ 2 Porcentaje de expansión
Teniendo en cuenta que el procedimiento para la preparación de la muestra es similar al del ensayo proctor modificado y que 30% o menos del material quedó retenido en el tamiz de 19mm (3/4”), se estaría cumpliendo no solo con lo indicado en el método c de la Norma INV E-142, sino también con lo expuesto por la Norma INV E-148, con respecto a que el ensayo CBR está proyectado para evaluar la resistencia en materiales que contengan tamaños máximos de partícula de menos de 19mm.^4 Con respecto a la humedad, cabe resaltar que las muestras 1 y 2, estuvieron muy cerca de alcanzar la humedad deseada; en tanto para la muestra 3, no se obtuvo el mismo resultado, dicho error puede asociarse a un procedimiento no efectuado correctamente. Esto se refleja en la Gráfica 1 (Densidad seca vs humedad), ya que la curva no resulta como se esperaría, sin embargo, para continuar con los cálculos se toma la densidad seca máxima de 1.97 g/cm^3 , la cual corresponde a una humedad de 6.37%, encontrándose alejada de la óptima por 2.93%. Con respecto al porcentaje de expansión, se observa que este es directamente proporcional al número de golpes que poseen las muestras, para las probetas 1 y 2, sin embargo, para el caso de la muestra 3 el porcentaje de expansión no cumplió con la premisa anterior, de hecho, fue menor con respecto a los valores obtenidos para las otras 2 probetas, esto puede correlacionarse con que la muestra 3, como se mencionó con anterioridad, no presentó aumento en su humedad hasta valores cercanos al óptimo. Por ende, se recomienda comparar en laboratorio los valores de expansión que se tomen, con respecto a los anteriores para así verificar su comportamiento. (^4) INSTITUTO NACIONAL DE VIAS (INVIAS). Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras, INV E- 148-13. 2013. P 403
Para el caso de las gráficas de esfuerzo vs penetración estándar, solo se realizan correcciones para las muestras compactadas a 25 y 56 golpes, debido a que al inicio la curva toma forma cóncava. Por otra parte, se puede observar que la compactación influye en la resistencia de un mismo tipo de suelo, dado que, a mayor número de golpes efectuados (mayor grado de compactación), mayor es el CBR. La tabla 5 (Esfuerzos de penetración), permite observar los resultados del CBR a 0.1” y 0.2”, donde en laboratorio (según lo indicado por la norma^5 ) tuvo que realizarse un segundo ensayo para las muestras compactadas con 10 y 25 golpes, debido a que el CBR de 0.2” resulto ser mayor que el de 0.1”, sin embargo, al seguirse obteniendo un resultado similar, se toma este valor como resultado del ensayo. A partir de los valores de CBR corregido se realizaron gráficas para determinar el valor de CBR al 90% y 98% de la densidad seca máxima, obteniendo valores de 31.3% y 43.6%, respectivamente. De este modo, se concluye que entre mayor sea la densidad seca máxima, mayor será la resistencia; cabe resaltar que, el valor de CBR requerido en obras civiles dependerá de la capa en la cual desee ser empleado el suelo, ya que algunas exigen mayores porcentajes de CBR y por tanto mayor calidad respecto a otras. Algunos de los aspectos que se deben tener en cuenta en el momento de realizar el ensayo, con el fin de no incurrir en errores, son: recordar no retirar ninguna de las pesas de las muestras compactadas, en el momento de la inmersión; aplicar la misma energía de compactación a todos los moldes realizados, en lo probable una sola persona debe realizar este proceso en cada muestra; además, verificar que los valores de CBR se comporten de la manera esperada por medio de la elaboración del grafico humedad vs densidad seca y en general seguir lo indicado por la norma. (^5) INSTITUTO NACIONAL DE VIAS (INVIAS). Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras, INV E- 148-13. 2013. P 416
