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- 1. 1 PREPARATORIO PAVIMENTOS TEMA: CBR ELABORADO POR ALEXIS VALDIVIESO ESTUDIANTE DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENÍERIA CIVIL Quito,30 de mayo,2017
- 2. 2 1. INTRODUCCIÓN En el LEMSUR de la E.P.N.Estudiantesde lamateriade Pavimentos realizaranunensayollamado CBR, con este métodose puede medirlaresistenciaal corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidadcontrolada. Tambiénse dice que el CBR de un sueloeslacarga unitariaque corresponde a0.1” y 0.2” de penetraciónyque suvalorse expresaen%. Es decirel CBR es nadamás y nada menosque larelaciónentre lacarga vsla penetración enun espécimenconunamuestrade sueloconunahumedady densidaddadaque podemosconseguir de un patrón (Próctor). El ensayoCBR(CaliforniaBearingRatio) sueleemplearseencarreterasyaeropuertosparala caracterizaciónmecánicade lossuelosporserun ensayosencilloparaserrealizadoinsituoen laboratorio.Es,posiblemente,el ensayomásutilizadoentodoel mundoparaestimarlacapacidad de soporte de una explanada,factorbásicoparael dimensionamientode losfirmes. 2. OBJETIVOS Evaluarla calidadde un material de sueloconbase ensu resistencia,medidaatravésde un ensayode placaa escala. Medir laresistenciaal esfuerzocortante de unsuelo parapoderevaluarlacalidaddel terrenopara subrasante,subbase ybase de pavimentos. Determinarlaresistenciaal corte de unsuelo bajo condiciones de humedad y densidadcontrolada. 3. MARCO TEÓRICO
- 3. 3 Aunque fue desarrolladoen1925, el ensayocomienzaaapareceren losestándares norteamericanosASTM(porAmericanStandardsforTestingand Materials) desde 1964, ensu versiónparalaboratorio(ASTMD 1883), y ensu versiónparacampo(ASTMD 4429). A pesarde sus múltipleslimitaciones,comose indicaránmásadelante eneste artículo, hoypor hoy,el CBR es unode losensayosmásextendidos yaceptadosenel mundo debidoal relativobajocostode ejecución(si se comparaconensayostriaxiales),ya que estáasociadoa unnúmerode correlacionesymétodossemi-empíricosde diseñode pavimentos. Segúnlanorma ASTMD 1883-07, el CBR esun ensayode carga que usa un pistón metálico,de 0.5 pulgadascuadradasde área, para penetrardesde lasuperficie de unsuelo compactadoen unmolde metálicoauna velocidadconstante de penetración.Se define CBR, el parámetrodel ensayo,comolarelaciónentre lacarga unitariaenel pistón requeridaparapenetrar0.1” (2.5 cm) y 0.2” (5 cm) en el sueloensayado,ylacarga unitariarequeridaparapenetrarlamismacantidadenuna piedrapicadabiengradada estándar;estarelaciónse expresaenporcentaje. Bien,porcada espécimende suelose calculandosvaloresde CBR,unoa 0.1” de penetración,yel otroa 0.2” de penetración.Lapreguntade siempre es¿cuál de losdoses el CBR que se reporta? ASTMdice que el que se reportaes el de 0.1” mientraseste sea menorque el de 0.2”. En el caso en el que el valorde CBR para 0.1” fueramayor que el de 0.2” habría que repetirel ensayoparaese espécimen(Lanormaeninglésdice «rerun», que traducimoscomovolvera hacerel ensayo,perono aclara si hay que volverafabricar el espécimenosi se puede utilizarlaopciónde voltearloyensayarloporel otroextremo). Los valoresde CBR cercanosa 0% representanasuelosde pobre calidad,mientrasque los más cercanosa 100% sonindicativosde lamejorcalidad. Antesde que preguntenlesdigo que sí, esposible obtenerregistrosde CBRmayoresque 100%, típicamente ensuelos
- 4. 4 ensayadosencondición«enseco» o«tal comose compactó».Ante laspreguntasque nos hay llegadoprometoescribirunartículoespecialmente parasoportareste aspectocon resultadosrealesde pruebas. En la versiónde CBRde laboratorio,losespecímenesde suelose compactanconel equipamientodel ensayoProctor,utilizandomoldesde 6” de diámetroymartillogrande. La velocidadde penetracióndelpistóndurante el ensayoesconstante e igual a1.27 mm/min. Variantesdel ensayode laboratorio SegúnASTM, para la versiónde laboratoriodel ensayoCBRexistendosvariantes,una llamada «CBRpara humedadóptima»,ylaotra llamada«CBRpara un rango de contenidosde agua». El CBR para humedadóptimaeslavariante máspopulary esconocidatambiéncomo «CBR de trespuntos».Consiste enelaborartresespecímenescompactandoel suelocon energíasde compactaciónde 12, 25 y 56 golpesporcapa.La humedadde mezcladodel sueloeslahumedadóptimadel ProctorModificado.Paraobtenerel CBRdel suelose preparauna gráfica con losresultadosdel ensayode lostresespecímenesponiendoenlas abscisasal gradode compactacióno ladensidadyen las ordenadasal valorde CBR, y se unenlospuntosa travésde una curva. El CBR del suelose definecomoel intercepto correspondiente al gradomínimode compactaciónestablecidoporlaespecificacióndel proyectoo agenciasolicitante.AunqueASTMexplicaque estavariante estádestinadaa suelosque nosonsusceptiblesal humedecimiento(porejemplo,suelosgranulares limpios),esprácticacomúnutilizarlaparatodotipode suelos(corriendoel riesgode no evaluarlainfluenciade lahumedadenunsuelosusceptible alahumedad).<
- 5. 5 El CBR para un rango de humedadesconocidotambiéncomo«CBRde 15 puntos» yASTMlo recomiendaparasuelossusceptiblesalahumedad(sueloscohesivosotodoslossuelosnolimpios) o enlos que se quieraevaluarel efectode lahumedadenlaresistencia.ASTMdice que se preparanvariosespecímenesde suelocompactándolosenunrangode contenidosde agua similaresalosque se piensaestarásometidoencampo,ya variosnivelesde energíade compactación,típicamente 12,25 y 56 golpesporcapa. Aunque antesel procedimientoASTM proponíaun métodográficopara definirel CBR,apartir de la versión2005 de la norma D 1883 dichoprocedimientofue suprimidoluegode laactualizaciónde 2005. Entiendoque dejalibre al laboratoristalainterpretación.Lavariante de CBR para un rangode humedadespropiciapara elaborarexperimentosfactorialese interpretarlosconmapasde resistenciaal estiloRAMCODES. Condicionesdehidratacióny sobrecarga
- 6. 6 Ademásde todasestasconsideraciones,enel ensayode CBRse puedenvariartantolacondición de hidratación,comoel númerode sobrecargasanulares. Para ASTM, la condiciónde hidrataciónpordefectoeslade 4 días de inmersión,amenosque la agenciao especificaciónsoliciteunadiferente,comoporejemplo«tal comose compactó»,ola llamada«humedadde equilibrio».Lade 4 días estambiénlacondiciónmásutilizadaentodoel mundo;inclusive hayespecificacionesque larequierenexpresamente (independientemente de que el suelonovaya a estaren esacondicióndurante lavidaútil del pavimentooestructuracivil). ASTMdice que el númerode sobrecargas,que esun máximode tres,debenutilizarse segúnel nivel de confinamientoal que se estime vayaatenerel sueloen laestructura.El númeromínimo esuna.
- 7. 7 4. EQUIPOSY MATERIALES PARA LA COMPACTACIÓN Molde de diámetrode = 6”, alturade 7” a 8” y uncollarde 2”. Discoespaciadorde acerodiámetro5 15/16” y una altura2.5” Martilloconun pesode 10 lb. Y una alturade caída de 18”. Trípode y dial deformímetrocon aprox.0.001”. Pesasde anularesde 5 lbsc/u (2 pesas). PARA LA PRUEBA DE PENETRACIÓN Pistón seccióncircularDiámetrode 2 pulg. Aparatopara aplicarla carga: Prensahidráulica.V=0.05 pulg/min.Conanillocalibrado. Herramientasvarias:balanza,tamices,cronómetro,papelfiltro,horno,tanquespara inmersiónde muestraasaturar, etc. 5. PROCEDIMIENTO Lo primeroque haremosesprepararel material parael ensayo.Esta tal vezes la parte más importante del ensayo,buenovamospasoapaso. Secarel material al sol o en unhorno a una temperaturade 60°c Desmenuzarlosterrones(podemosusarunmazocon cabeza de hule) debemoscuidarde no romperlaspartículas individualesenlamuestra. Cuarteamosyconseguimosaproximadamente20kg. De material.(basadoenunacurva de 3 puntos)
- 8. 8 Tamizamosporel tamiz¾” El material retenidoenel tamiz¾”lopesamosy reemplazamospormaterial retenido entre ¾” y #4 (debemostamizaraparte otracantidadde material porel tamiz¾” y el #4 para tenermaterial parareemplazar) Conla ayudade unaespátulaancha mezclamostodomuybien Obtenemoslahumedadque tiene el material enese momento ü Llevarel material ala condiciónde humedadoptimaconseguidaconel Próctor Nota importante:lahumedadde lamuestra a compactar no deberá variarmás de 2% de la humedaddel Próctor. Recuerden IMPORTANTE MOLDEANDO LASMUESTRAS En el cilindroconsucollar colocamos el espaciadoryel papel filtro, Llenamosel molde en5capas compactamoscon losgolpesnecesariosparacada espécimen,conservarmaterialparaverificarlahumedaddel espécimen. Tenemosque hacerunocon 10, 25,56 golpesporcapa Quitamosel collaryenrasamosbien Volteamosel molde Quitamosel discoespaciadoryel filtro Determinamosladensidadylahumedadde lamuestra Ponemosel filtrosobre lasuperficie enrasadayestava a serla parte inferiorde la muestra En la parte donde estabael espaciadorcolocamosotrofiltroy El plato con unvástago graduable Sobre este platose colocanlassobrecargasnecesarias (mínimo4.5 Kg)
- 9. 9 Se coloca el molde dentrode unrecipienteconaguasuficiente paraque puedacubrirpor completoel molde Se montael trípode con unextensómetroyse tomauna lecturainicial yse tomará cada 24 horas Despuésde 96 horas o antes,dependesi el material esexpansivoonose tomara la últimalecturapara calcularel hinchamiento. Resistenciaalapenetración Luegode que yahemoshechotodoesto(saturación) Sujetamosbienel platoque pusimossobre el espécimenyloinclinamosparadrenarla muestrapor aproximadamente 15minutos y Removeosel platodisco,filtroyloscontrapesos Pesamoslamuestra Se ponenloscontrapesosnecesariosparasemejarel pesodel pavimento(generalmente podemosusarloscontrapesosutilizadosenlasaturación) Colocamosel espécimenenuna prensay aplicamosunacarga de 10 lb para asentarel pistón. Ajustamosel dial de cargay el deformímetroaceros. Iniciamoslapenetraciónaunarata de velocidadde .05”/min Hacemoslecturascada 0.025” de penetracióny anotamosla carga que se ha conseguido encada punto. Cuandolleguemosa0.5” paramosde leery soltamoslacarga, Retiramosel espécimende laprensaydeterminamoslahumedad(superior,medio, inferiorde lamuestra)