1. Suelos I - CBR Clae.ppt

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
MECANICA DE SUELOS
ng°. Marco Wilder Hoyos Saucedo
Departamento Académico de Ciencias de la Ingeniería

CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)
ASTM D 4429, MTC E132
 El ensayo de C.B.R es el más empleado para el diseño de pavimentos, y mide la
resistencia al corte ( Evalúa el esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controladas ( Compactados ), la ASTM denomina a este ensayo,
simplemente como “ Relación de soporte” , se expresa en porcentaje y esta normado con
el número ASTMD 4429, AASHTO T190.
 Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos
materiales de sub-base y bases granulares , que contengan solamente una pequeña
cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, ( 2 “ )y retenido en el tamiz de 20
mm ( ¾ “ ). Se recomienda que la fracción no exceda del 20%.
 El C.B.R de un suelo varía con su compactación, y su contenido de humedad cuando se
ensaya. Por consiguiente, para repetir las condiciones de la obra, estos factores deben ser
cuidadosamente controlados al preparar la muestra, a menos que sea seguro que el suelo
no acumulará humedad después de la construcción, los ensayos C.B.R se llevan a cabo
sobre muestras empapadas ( Húmedas ).
 Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en el mismo terreno, aunque este
último no es muy practicado.
Ing. Marco W. Hoyos S.

CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)
Determinación del CBR
. Se determina a través de ensayos en Laboratorio, y
su valor se expresa en porcentaje.
. El ensayo consiste en tres etapas:
a. - Compactación.
b. – Saturación ( hinchamiento )
c.- Carga – Penetración.

A. COMPACTACION
. La preparación de las muestras deben
seguir los mismos pasos que para el
ensayo de compactación.
. Se elaboran tres especimenes a diferentes
densidades con el contenido óptimo de
humedad (previamente determinado con
el próctor modificado).
. Usando moldes para CBR de 6” de
diámetro, se compactan por separado las
3 muestras con: 13, 27 y 56 golpes por
capa ( 5 ) cada una de las muestra.
. Se toman los datos necesarios para
determinar Contenido de humedad y
Densidad

Molde con Muestra
Diámetro
Collar de extensión
Papel filtro Altura
Muestra Altura
Disco espaciador Molde

Cuadro de compactación

B. HINCHAMIENTO
 Luego de compactadas
las muestras se
sumergen en agua y se
las deja hincharse
durante un tiempo de 4
días.
. Se mide la deformación
de cada una de las
muestras ( Expansión )

Cuadro control de hinchamiento
(esponjamiento)

C. CARGA PENETRACION
. Se saca la muestra húmeda y se deja escurrir
por 15 minutos.
. Luego se aplica la carga usando un pistón
metálico, de 2 pulgadas de diámetro, para
penetrar la superficie de un suelo compactado
en un molde metálico a una velocidad
constante de penetración.
. Con los datos obtenidos se obtiene 3 curvas,
Esfuerzo Vs Penetración

Aplicación de la carga
 Se determina la carga
necesaria para penetrar la
muestra a:
0.025”
0.050”
0.075”
0.100”
0.200”
0.300”
0.400”
0.500” de
penetración.

APLICACIÓN
CARGA - PENETRACION
Pistón
Sobre
carga
Penetración
0.025”
Muestra 0.050”
Nota : Rojo : Primera lectura de la carga
Azul : Segunda lectura de la carga

Cuadro y curvas
esfuerzo - penetración

DETERMINACION DEL CBR
 El CBR del suelo se obtiene de una gráfica con los resultados del
ensayo de los tres especimenes poniendo en las abscisas el CBR
y en las ordenadas el esfuerzo.
 Se define CBR, como la relación entre la carga unitaria en el
pistón requerida para penetrar 0.1” (2.5 cm) y 0.2” (5 cm) en el
suelo ensayado, y la carga unitaria requerida ( patrón ) para
penetrar la misma cantidad en una piedra picada bien gradada
estándar ( macadán ); esta relación se expresa en porcentaje.
CBR = 100 * σe / σp
. ¿cuál de los dos es el CBR que se reporta?
ASTM dice que el que se reporta es el de 0.1” mientras este sea
menor que el de 0.2”. En el caso en el que el valor de CBR para
0.1” fuera mayor que el de 0.2” habría que repetir el ensayo para
ese espécimen

DETERMINACION CBR
Curvas: Densidad - CBR

Equipo CBR In Situ
...............................................................................................
Siempre que el terreno natural esté en las condiciones más
críticas en el momento de efectuar la prueba.

ENSAYO DE CBR ( Laboratorio )
Procedimiento Laboratorio:
1. Previamente ddeterminar contenido óptima de humedad y máxima densidad
seca de la muestra de suelo mediante el ensayo Próctor Modificado.
2. Añadir agua ( contenido óptima de humedad) a la muestra seca de suelo ( El
mismo material del próctor)
3. Compactar la muestra en tres moldes CBR en 5 capas por molde, cada molde
de 13, 27 y 56 golpes por capa ( Tomar los datos para determinar densidad )
5. Posteriormente se enraza el molde, se desmonta y se vuelve a montar
invertido.
6. Se sumergen los moldes en agua, colocada la placa perforada y el vástago así
como los pesos necesarios (sobrecarga) para calcular la sobrecarga calculada.
8. Colocar el trípode y el deflectómetro , y tomar medidas diarias durante 4 días.
10. Sacar la muestra del agua, dejar escurrir durante 15 minutos
11. Aplicar la carga a través del pistón de penetración mediante la prensa CBR y
tomar las lecturas para elaborar la curva Esfuerzo - penetración.
12. Una vez finalizado el ensayo con los datos tomados se realiza los cálculos para
determinar el CBR

EJEMPLO CALCULO CBR
A. COMPACTACION
NORMA: ASTM D 4429 - 99
MUESTRA: C2 - M1
Φ pis. : 2 Pulg. hmol.: 12 cm Φ mol. : 15.6 cm
MOLDE Nº 1 2 3
Golpes por capa 13 27 56
Muestra Empapad Antes de empapar Después Antes de empapar Después Antes de empapar Después
P.Molde (gr) 7178.00 7178.00 7578.00 7578.00 6214.00 6214.00
Pmh + Molde(gr) 11265.00 11272.10 11832.00 11833.10 10651.00 10655.40
Pmh (gr) 4087.00 4094.10 4255.10 4437.00 4441.40
Vmh (cm3) 2293.62 2293.62 2293.62 2293.62 2293.62 2293.62
Dh (gr/cm3) 1.78 1.78 1.85 1.86 1.93 1.94
N° Ensayo 1-A 1-B 1-C 2-A 2-B 2-C 3-A 3-B 3-C
Pt (gr) 30.50 31.50 30.40 33.00 30.70 30.10 30.90 31.00 30.80
Pmh + Pt(gr) 145.00 162.30 155.40 150.30 162.20 174.40 165.50 132.50 148.30
Pms + Pt(gr) 124.30 138.60 132.60 129.00 138.20 148.10 140.80 113.80 126.60
Pw (gr) 20.70 23.70 22.80 21.30 24.00 26.30 24.70 18.70 21.70
Pms (gr) 93.80 107.10 102.20 96.00 107.50 118.00 109.90 82.80 95.80
W % 22.07 22.13 22.31 22.19 22.33 22.29 22.47 22.58 22.65
W prom.( % ) 22.10 22.31 22.26 22.29 22.53 22.65
Ds (gr/cm3) 1.460 1.46 1.517 1.52 1.579 1.58

CALCULOS COMPACTACION :
A.1 Densidad húmeda
 Datos:
Diámetro de molde = 15 . 6 cm
Altura de molde ( hmo) = 17 . 0 cm
Peso molde (Pmo) = 7178 gr
Altura disco espaciador (hd) = 5 . 0 cm
Peso molde + muestra compactada (Pmo + mh) = 11265 gr
. Cálculos:
1. Altura de muestra:
hm = hmo – hd = 17.0 - 5.0 = 12 cm
2. Volumen de muestra :
Vm = πr2hm = 3.1416 * (15.6/2)2 * 12 = 2293.62 cm3
3. Peso muestra compactada ( Pmh ) :
Pmh = (Pmo + mh) = 11265 – 7178 = 4087 gr
4. Densidad húmeda ( Dh ):
Dh = Pmh / Vm = 4087 / 2293.62 = 1.78 gr / cm3

A.2 Contenido de humedad
Datos :
Peso tara ( Pt ) = 30 . 50 gr
Peso tara + muestra húmeda ( Pmh + t) = 145 . 00 gr
Peso tara + muestra seca ( Pms + t ) = 124 . 30 gr
.Cálculos : ( promedio de la parte superior e inferior de la muestra)
1. Peso del agua (Pw) :
Pw = Pmh – Pms = 145 – 124.30 = 20.70 gr
2. Peso muestra seca (Pms) :
Pms = (Pms + t) – Pt = 124.30 – 30.50 = 93.80 gr
3. Contenido humedad ( w % ) : ( Parte superior(ws % ) + inferior(wi % )) / 2
ws % = 100 Pw / Pms = 100 * 20.70 / 93.80 = 22 . 07 %
wi % = 22.13 % 8 ( Obtenido de la misma manera que para parte superior
muestra )
→ w % = 22 . 10 % ( Contenido de humedad promedio )

A.3 Densidad Seca
 Datos :
Dh = 1.78 gr / cm3
W% = 22 . 10 %
 Cálculos :
Ds = Dh / ( 1 + ( w%/100 ))
= 1.78 / ( 1 + ( 22.10 /100 ))
Ds = 1.46 gr / cm3
Nota:
De igual manera se calcula para las 3 muestras

EJEMPLO CALCULO CBR
B. Hinchamiento ( Expansión )
Datos :
. Tiempo :
Cada 24 horas
. Deformación:
Lecturas en el dial
de deformación
(mm)

CONTROL DE HINCHAMIENTO
MUESTRA 1 2 3
TIEMPO Lect. Deformación Lect. Deformación Lect. Deformación
Horas Dias Deform mm % Deform. mm % Deform. mm %
0 0 0.000 0.000 0.00 0.000 0.000 0.00 0.000 0.000 0.00
24 1 2.000 2.000 1.67 1.500 1.500 1.25 1.000 1.000 0.83
48 2 3.500 3.500 2.92 2.800 2.800 2.33 1.800 1.800 1.50
72 3 4.600 4.600 3.83 3.400 3.400 2.83 2.800 2.800 2.33
96 4 5.500 5.500 4.58 4.100 4.100 3.42 3.200 3.200 2.67
CALCULO DE LA DEFORMACION DE LA MUESTRA EN PORCENTAJE ( hinchamiento )
A 24 horas : % = 100 * Def / hm = 100 * 2 mm / 120 mm % = 1.67
A 96 horas : % = 100 * Def / hm = 100 * 5 . 5 mm / 120 mm % = 4.58

EJEMPLO CALCULO CBR
C. Carga - Penetración
MUESTRA I 1 I 2 I 3 I
PENETRACION CARG ESFUERZO CARGA ESFUERZO CARGA ESFUERZO
mm pulg Kg Kg / cm2 Lb / pulg2 Kg Kg / cm2 Lb / pulg2 Kg Kg/cm2 Lb / pulg2
0.00 0.000 0 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0 0.00 0.00
0.64 0.025 20 0.99 14.03 40 1.97 28.07 80 3.95 56.14
1.27 0.050 75 3.70 52.63 110 5.43 77.19 170 8.39 119.30
1.91 0.075 105 5.18 73.68 175 8.63 122.81 250 12.33 175.44
2.54 0.100 135 6.66 94.74 210 10.36 147.37 310 15.29 217.54
5.08 0.200 205 10.11 143.86 295 14.55 207.01 435 21.46 305.26
7.62 0.300 245 12.09 171.93 350 17.27 245.61 500 24.67 350.87
10.16 0.400 270 13.32 189.47 390 19.24 273.68 560 27.63 392.98
12.70 0.500 285 14.06 200.00 410 20.23 287.72 580 28.62 407.01

CARGA PENETRACION
Determinación de los Esfuerzos
 Datos:
Diámetro pistón = 2 Pulgadas (Pulg) = 5.08 cm
Carga ( P ) = Kg , 1 Kg = 2.2046 Libras (Lb)
Penetración = Pulgadas
. Cálculos:
1. Area del Pistón (Ap):
Ap = πr2 = 3.1416 * (5.08/2)2 = 20 . 2683 cm 2
2. Esfuerzo (σ ) (kg / cm2 )
σ = P / Ap = 20 / 20.2683 = 0 . 99 kg / cm2
3. Esfuerzo (σ ) ( Lb / Pulg2 )
P (Lb) = 20 * 2.2046 = 44.092 Libras
Ap = πr2 = 3.1416 * (2/2)2 = 3.1416 Pulg 2
σ = P / Ap = 44.092 / 3.1416 = 14. 03 Lb / Pulg2
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nota :
De igual manera se calcula para las cargas de las penetraciones
siguientes

Curvas : Esfuerzo – Penetración
( Lb / Pulg2 Vs Pulg )
 Con los datos obtenidos del esfuerzo
para cada penetración realizamos un
gráfico para cada muestra
 Si es necesario se corrigen las curvas:
casos 13 y 27 golpes.
 Se leen los esfuerzos para 0.1 y 0.2
Pulg. de penetración
1
1
5
2
5
2
152
100

Nota : Caso Corrección curva
Esfuerzo Vs Penetración
Si la curva no tiene la forma regular, se procede a corregir :
1. Por donde se uniformiza la curva, se traza una linea Tangente.
2. Donde la tangente corta a la abcisa, se ubica el nuevo punto de
inicio de la curva. ( 0.0)
3. Con el mismo distanciamiento ( a ) del nuevo origen, se ubica
los nuevos puntos correspondientes a (0.1) y (0.2)
0.0 0.1 0.2
a
a a a

 Datos obtenido de las curvas Esfuerzo Vs Penetración:
σ0.1 = 100 Lb / Pulg2.
σ0.2 = 152 Lb / Pulg2.
 Calculo del CBR
CBR = 100 * σe / σp
Primera muestra: ( 13 golpes )
CBR 0.1 = 100 * 100 / 1000 = 10
CBR 0.2 = 100 * 152 / 1000 = 15.2
.......................................................................................................................................
.......
Nota :
De igual manera se calcula para las muestras 27 y 56 golpes

1.44
1.46
1.48
1.50
1.52
1.54
1.56
1.58
1.60
0 5 10 15 20 25
CBR %
Densidad
seca(g/cm3)
PENET. 0.1 0.2 Dens
CBR
(0.1)
CBR
(0.2)
M. 13 Gpl 100.0 152.0 1.46 10.00 10.33
M. 27 Gpl 152.0 215.0 1.52 15.20 14.33
M. 56 Gpl 217.0 306.0 1.58 21.70 20.40
0.1 0.2
CBR % (100% MDs) 1.579 21.5 20
CBR % (95% MDs) 1.50 13.5 13
CBR% (Diseño) 13
 Con los datos de los CBR y densidad
seca de la compactación ( ya
determinados ) ( cuadro a ), se
grafica b.
 Del grafico b, para el 95% Mds se
determina los CBR para 0.1” y 0.2”
penetración ( Cuadro c )
a.
c.
b.

Cada día es
Una nueva oportunidad
Para cambiar tu vida
GRACIAS
Ing Marco Hoysos S

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