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Investigación del ensayo CBRIntegrantes:ARIEL STEVEN ÁVILA, JAVIER VERA, DIEGO SANMARTÍN, STALYN BORJA, NEYBER CRUZ.Unidad Académica de Ingeniería, Industria y Construcción, Universidad Católica de Cuenca.Mecánica de Suelos.Ing. Luis Mario Almache.20 de enero de 2022.Contenido Introducción Objetivos...

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Investigación del ensayo CBR

Integrantes: ARIEL STEVEN ÁVILA, JAVIER VERA, DIEGO SANMARTÍN, STALYN BORJA, NEYBER CRUZ.

Unidad Académica de Ingeniería, Industria y Construcción, Universidad Católica de Cuenca.

Mecánica de Suelos.

Ing. Luis Mario Almache.

20 de enero de 2022.

Contenido Introducción....................................................................................................................................... 3 Objetivos ............................................................................................................................................. 4 Objetivo General ............................................................................................................................ 4 Objetivo Especifico ......................................................................................................................... 4 Marco Teórico ................................................................................................................................... 5 Valores del CBR.......................................................................................................................... 7 Metodología ....................................................................................................................................... 8 Instrumentos Ocupados ................................................................................................................. 8 

Molde CBR, con collarín y la base perforada. ................................................................. 8



Disco espaciador. ................................................................................................................. 8



Pistón o martillo (10 lb. Y altura de caída de 15 -18 pulg.). ........................................... 8



Plato y vástago. .................................................................................................................... 8



Trípode y extensómetro....................................................................................................... 8



Pistón cilíndrico. .................................................................................................................... 8



Marco de carga CBR. .......................................................................................................... 8



Tanque para inmersión........................................................................................................ 8



Balanza. ................................................................................................................................. 8



Cronómetro............................................................................................................................ 8



Horno ...................................................................................................................................... 8

Procedimiento ................................................................................................................................ 8 Cálculos necesarios ....................................................................................................................... 12 Conclusiones .................................................................................................................................... 15 Recomendaciones ............................................................................................................................ 16 Bibliografía ........................................................................................................................................ 16

Introducción En este informe se presentan los resultados obtenidos del análisis de una muestra de suelo,mediante el ensayo del CBR. Este ensayo ayuda a medir la calidad y propiedad que presenta un suelo que se lo utilizará como base, sub base o subrasante. Esta muestra se analiza bajo condiciones de humedad controlada para que alcance la densidad máxima. Este ensayo se aplica a cualquier tipo de suelo, el número del CBR se obtiene con la relación de la carga necesaria para lograr una penetración dentro del suelo compactado.El ensayo de hinchamiento de la muestra se realiza con la finalidad de conocer elcomportamiento que tiene el suelo bajo condiciones desfavorables. Conocer la deformidad quepresentaría en la vida real y analizar si el material soportaría cargas o se debería cambiar el material. Este ensayo se lo realiza en el laboratorio de suelos de la Universidad Católica De Cuenca, en donde se analiza una muestra inalterada de suelo.

Ob Objetiv jetiv jetivos os Obje Objeti ti tivo vo Ge General neral 

Investigar cómo se determina el comportamiento de un suelo utilizado en una vía utilizado como base, sub base.

Obje Objeti ti tivo vo Es Espe pe pecific cific cifico o 

Identificar la importancia de la determinación del CBR para un diseño de pavimentos

Marco Teórico

Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros Stanton y del departamento de carreteras de California, cuya muestra utilizada fue la piedra triturada Californiana. Desde esa fecha tanto en América como en Europa por esta razón el método CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como sub rasante o material de base en la construcción de carreteras. El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” ó 0.2” de penetración, se expresa en porcentaje con su respectivo valor estándar. Este 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(Castillo Jesús et al., 2016) Según Braja M(1999), El número CBR obtenido es la relación de la carga unitaria en kilos/𝑐𝑚2 requerida para lograr una determinada profundidad de penetración del pistón dentro de una muestra compactada de un suelo a un contenido de humedad y densidad dada con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturada(Castillo Jesús et al., 2016). presentada en la siguiente ecuación:

𝐶𝐵𝑅 =

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 ∗ 100 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑡𝑟ó𝑛

Ilustración 1:Grafica de esfuerza contra penetración

Tabla 1

Fuente: Almache L (2022) Como se observa en la tabla 1 La relación C.B.R. generalmente se determina para 0.1” y 0.2”

de penetración, es decir para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrón respectivamente. Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más crítica que se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del C.B.R. se sumergen en agua hasta obtener su saturación (96 horas).Los ensayos C.B.R. se puede efectuar también sobre muestras inalteradas obtenidas en el terreno y sobre suelos en el sitio El método de CBR se conforma de los 3 ensayos siguientes: 1. Determinación de la densidad y humedad 2. Determinación de las propiedades expansivas del material

3. Determinación de la resistencia a la penetración

El comportamiento del suelo varía de acuerdo al grado de alteración (inalterado y alterado) y a su granulometría y características físicas como: granulares, finos y poco plásticos.(Arias, 2006)

Valores del CBR Según Braja M(1999), Los valores de CBR cercanos a 0% representan a suelos de pobre calidad, mientras que los más cercanos a 100% son indicativos de la mejor calidad; es posible obtener registros de CBR mayores que 100%, típicamente en suelos ensayados en condición «en seco» o «tal como se compactó», así como se aprecia en la tabla 2. Tabla 2

Fuente: Almache L (2022)

Metodología Ins Instrum trum trumen en entos tos Ocu Ocupados pados

 Molde CBR, con collarín y la base perforada.  Disco espaciador.  Pistón o martillo (10 lb. Y altura de caída de 15 -18 pulg.).  Plato y vástago.  Trípode y extensómetro.  Pistón cilíndrico.  Marco de carga CBR.  Tanque para inmersión.  Balanza.  Cronómetro.

 Horno

Ilustración 2: Maquinaria del Cbr Fuente: Almache L(2022)

Pro Procedi cedi cedimie mie mient nt nto o

Para poder efectuar el ensayo CBR se tomaron 3 muestras de 5500 gr. Para cada muestra tomada se debe encontrar en estado seco cada una, para poder agregar la muestra de agua cada una necesaria para que alcance su densidad seca máxima. Estos resultados son obtenidos del ensayo de compactación. Las muestras de tierra se deben mezclar muy bien con el agua, de manera que el color debe ser uniforme en toda la masa. Para conocer la humedad de cada muestra, se toma 2 porciones de suelo mezclado y se las deja al horno, para después, conocer la humedad que existe en el suelo. Se toma el peso del recipiente para las muestras y luego se pesa el recipiente con la muestra, usando en totalidad 6 muestras. Se las deja al horno a una temperatura de 110 +- 5 grados centígrados durante 24 horas. Pasado este tiempo se pesa la muestra nuevamente y se calcula el contenido de humedad promedio que existió en cada muestra de suelo. Para efectuar la prueba de compactación se toma las medidas de altura, diámetro y el peso sin el disco separador y sin el collarín de extensión de cada uno de los moldes. Colocamos el disco separador y se llena cada molde con 5 capas del material ya homogenizado hasta que el material se encuentre de 2 a 3 cm por encima del collarín de extensión del recipiente. Cada muestra se compacta con el martillo de compactación, con diferente numero de golpes cada uno, siendo estos 56. 25 y 12 por capa.

Ilustración 3:Compactación de la muestra Luego de la compactación, retiramos el collarín de extensión del molde y se enraza con una varilla metálica. Posterior a ello se retira el cilindro de la base del recipiente, se da vuelta y se coloca nuevamente sobre la base, para así retirar el disco separador y volver a pesar la muestra húmeda con el recipiente y obtener así el peso húmedo de la muestra compactada. Este proceso se realiza para cada uno de los recipientes. Se registra todos los resultados obtenidos, para determinar la densidad seca del material luego de ser compactado. En la prueba de expansión, se coloca pesas de sobrecarga que asemejan a la carga que debe soportar el material. Dichas pesas deben ser colocadas en donde se encontraba el disco separador. Posterior a ello, se coloca el deformímetro para poder ser sumergido en el agua.

La muestra se debe dejar sumergida en agua, durante 96 horas o 4 días continuos, para que asemeje las peores condiciones para el suelo.

Ilustración 4:Muestras sumergidas en agua Posterior a dejarlo sumergido, se toman las lecturas del deformímetro y hinchamiento que ha sufrido la masa de suelo al encontrarse sumergida por 4 días. Con los datos que hemos obtenido, se calcula la nueva altura que tiene el material y el nuevo volumen que presenta.

Ilustración 5:deformímetro Para la resistencia del suelo a la penetración, retiramos las pesas de sobrecarga y se drena el agua durante 15 minutos, pasado este lapso de tiempo se pesa nuevamente las muestras sin el peso de sobrecarga y se apuntan los resultados obtenidos.

Cálculos necesarios Calcular la densidad inicial de la muestra ( γ i ) antes de ser sumergida, mediante la siguiente expresión:

γ 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 )

Calcular la densidad saturada de la muestra ( γ s ) luego de ser sumergida, mediante la expresión:

𝛾 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.).

Ilustración 6:Grafica de las abscisas

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.

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.

Ilustración 7:Grafica del Cbr contra la densidad seca

Conclusiones Podemos concluir diciendo que el material compactado con los 56 golpes es el que presenta un comportamiento efectivo, debido a que se elimina la mayor cantidad de espacios vacíos y el material alcanza su límite máximo de densidad, controlando su humedad. Este ensayo se realiza con el fin de conocer el comportamiento y propiedades físicas que están presentes en el suelo estudiado. De ahí según sus características se le podrá dar el mejor uso en el ámbito constructivo. El proceso que se llevo a cabo nos brinda resultados que deben ser tomados en cuenta para el diseño de estructuras de pavimento, pues gracias a estos resultados garantizamos un buen funcionamiento ante cargas cortantes y pesos que se pueden efectuar en nuestra masa de suelo. Además, es de gran utilidad para saber la vida útil que puede tener el material, ya sea en las mejores o peores condiciones. Además hay que tener en cuenta que en suelos plásticos, el tiempo de curado no debe ser menor que 24 horas, en cambio en suelos de baja plasticidad el plazo puede ser menor incluso podría eliminarse. Si la densidad a la cual se requiere el CBR, es menor que la obtenida mediante 10 golpes de pisón, se compacta la probeta con menor energía de compactación. En suelos finos o granulares que absorben fácilmente humedad, se permite un período de inmersión más corto, pero no menor de 24 horas, ya que se ha demostrado que con este período de tiempo, no se verán afectados los resultados. Para suelos del tipo A-3, A-2-5, y A-2-7, el procedimiento a aplicar (inmersión o no), debe quedar, a criterio del ingeniero encargado

.

Recomendaciones Se recomienda efectuar cada uno de los procesos mencionados con suma cautela, debido a que el material se puede disgregar y puede alterar nuestros resultados con un margen de error sumamente alto. También se recomienda realizar el ensayo de manera ordenada y tratando de cumplir todas las normas establecidas, esto con el fin de que nuestra masa de suelo pueda asemejar las mejores o peores condiciones que se puedan presentar en el ambiente.

Bib Biblio lio liogr gr grafía afía Arias, R. (2006). C . B . R . ( California Bearing Ratio ). Castillo Jesús, Dugarte José, Fajardo Franklin, & Uzcátegui Adolfo. (2016). Ensayo de CBR (pp. 1–8). Braja M.: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, THOMSON LEARNING, 594, 115, (1999)...