DOCENTE: PERIODO CADEMICO: Universidad Estatal Península de Santa Elena ASIGNATURA: PAVIMENTOS

OBJETIVOS: Describir el procedimiento del ensayo para determinación del índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, conocido, como CBR (California Bearing Ratio). Que el estudiante aprenda a realizar los respectivos cálculos para determinar el CBR.

CBR (California Bearing Ratio).  California Bearing Ratio (CBR) es una prueba de penetración para comprobar las características mecánicas de un suelo. Fue desarrollado por el Departamento de Transportes de California antes de la Segunda Guerra mundial.

ORIGENES Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter del departamento de carreteras de California. Desde esa fecha tanto en Europa como en América, 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. Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.

CBR (California Bearing Ratio).  La prueba consiste en medir la presión necesaria para hacer penetrar un pistón en una muestra de suelo. Se calcula en un laboratorio, haciendo penetrar un pistón en una muestra de suelo, a velocidad constante de 1,27 mm/minuto a una profundidad de 0,1 y 0,2 pulgadas. La muestra de suelo se compacta en un molde cilíndrico de 15,24 cm de diámetro y 12,7 cm de altura. La humedad que tenga la muestra de suelo ha de ser la máxima que probablemente tenga la explanación una vez que la carretera o camino esté en servicio.

Pisón Metálico: Cara plana circular de 2pulg de diámetro, masa de 10Lb( 4.5Kg) y una altura de caida de 18”(45,72 cm) EQUIPO Molde.- Metálico cilíndrico, diámetro interior 6.0 ± pulg, altura 7.0 ± pulg, provistos de un collar de 2pulg de altura y un plato base perforado. Disco espaciador.- Circular metálico diámetro 15/16 ± 1/32 pulg, y una altura de 2.42 ± 0.01 pulg.

Dispositivo para medir la expansión.- Placa de metal perforado de 149.2mm con perforaciones de 1.6mm, provista por un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura. Trípode con deformímetro.- Trípode cuyas patas se puedan apoyar en el molde, en el centro un dial (deformímetro), para medir la magnitud del hinchamiento durante la saturación. EQUIPO

Dispositivo de Carga.- Aparato de compresión capaz de aplicar carga creciente uniforme a una razón de 0.05 pulg/min. Pistón de penetración.- Cilíndrico metálico diámetro ± pulg, área 3 pulg 2, y una longitud no inferior a 4 pulg. Pesos de sobrecarga.- Peso de metal anular con un agujero en el centro de 2 1/8 pulg. de diámetro y una pesa metálica ranurada, diámetro 5 7/8 ± 1/16 pulg, y masa 5 ± 0.10 lb. EQUIPO

. Horno.- Termostáticamente controlado capaz de mantener una temperatura de (110 ±5)ºC ó (230 ±9)ºF para el secado de las muestras. Tanque de remojo.- Capaz de mantener el nivel del agua a 25mm (1pulg) sobre la parte superior de los moldes. EQUIPO

El método CBR nos permite determinar lo siguiente:  La densidad y humedad.  Las propiedades expansivas del material.  La resistencia a la penetración. El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de alteración (inalterado y alterado) y a su granulometría y características físicas (granulare, finos, poco plásticos). El método a seguir para determinar el CBR será diferente en cada caso.

A. Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados: 1. Gravas y arenas sin cohesión. 2. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada expansivo. 3. Suelos cohesivos y expansivos. B. Determinación del CBR de suelos inalterados. C. Determinación del CBR in situ.

PROCEDIMIENTO 4.Tamizamos el material escogido por el matiz ¾”. 3. Realizar el cuarteo del material, y cogemos una parte del cuarteo que corresponde aproximadamente 20Kg. 1.Se deja secar el material al ambiente o en el horno a 60°C PREPARACIÓN DE LA MUESTRA Y ENSAYO DE COMPACTACIÓN 2.Utilizamos un mazo con cabeza hule para desmenuzar los terrones. 5.Como se tamizo por el tamiz ¾”, el Proctor Modificado.

Cuando más del 75% pasa la muestra por el tamiz de 19.0 mm (¾ pulg), se usa todo el material para preparar los especímenes en la compactación. Cuando la fracción de la muestra retenida en el tamiz de 19.1 mm (3/4") sea superior a un 25% en peso, se separa el material retenido en dicho tamiz y se sustituye por una proporción igual de material comprendido entre los tamices de 19.1 mm (3/4") y de 4.75 mm (No. 4), obtenida tamizando otra porción de la muestra. 6.En una pequeñas tara debemos coger una pequeña cantidad de muestra de suelo para pesarlo y colocarlo al horno y así medir la humedad que tiene en ese momento.

Determine la humedad optima y la densidad seca máxima por medio del ensayo de compactación elegido Compactar tres especímenes, para que sus densidades compactadas vayan desde 95 % o más baja a 100 % ó más alta de la densidad seca máxima determinada. Determine la humedad natural.Añada agua necesaria para llegar a la humedad optima. Relación de soporte del óptimo contenido de agua PROCEDIMIENTO. La humedad de la muestra a compactar no debe variar mas de 2% de la humedad del Proctor

Mezcle cada una de las tres porciones de 6.8 kg (15 lb) ya preparadas con suficiente agua para obtener el contenido de humedad óptimo. Inserte el disco espaciador dentro del molde y coloque un papel filtro en la parte superior del disco. Empalme el molde a la base del plato y pese con una aproximación de 5g (0.01 lb). PROCEDIMIENTO

Se obtiene el contenido de humedad optimo por la siguiente formula: H: Humedad prefijada h: Humedad natural Compacte la primera porción en el molde, en tres capas iguales con el pisón apropiado. Si la densidad máxima fue determinada por la norma AASHTO T99 Compacte en cinco capas iguales si la densidad máxima fue determinada por la norma AASHTO T180. Compactando cada capa con 65, 30 y 10 (AASHTO) o con 56, 25 Y 10 (ASTM). PROCEDIMIENTO

Quitar el collar y usando un enrazador recorte el suelo compactado en la parte superior del molde. Las irregularidades de la superficie deben ser rellenados con material más pequeño. Cada muestra húmeda tendrá una masa de por lo menos 100g para suelos finos y 500g para suelos gruesos. Determinar el contenido de humedad del material compactado, al inicio y fin de la compactación (dos muestras). PROCEDIMIENTO

. Siguiendo el procedimiento descrito anteriormente, excepto por el número intermedio de golpes por capa que debe ser usado para compactar el segundo espécimen y el número más alto de golpes por capa que debe ser usado para compactar el tercer espécimen Compacte las otras dos porciones de 6.8 kg ó 15 lb. Determine la masa del molde y el espécimen con una aproximación de 5 gr ó 0.01 lb. Quitar el disco espaciador, colocar un papel filtro en el plato base perforado e invierta el molde Sujete el molde. plato base perforado al molde y coloque el collar. PROCEDIMIENTO

Durante el remojo, mantener el nivel de agua 1pulg sobre la parte superior del espécimen. Registre lecturas cada 24 horas por un periodo de 96 horas (4 días), se toman y se registran lecturas en el dial. Sumerja al molde en agua. Colocar el trípode con el dial encima del molde y haga una lectura inicial. Colocar sobre la superficie de la muestra en el molde la placa perforada con vástago y sobre ésta los pesos anulares suficientes para originar una sobrecarga equivalente a la originada por las capas de materiales que van sobre el material que se está probando. PROCEDIMIENTO Remojo o saturación

Remojo Al final de las 96 horas, haga una lectura del dial final en los especímenes empapados Calcule la hinchazón como un porcentaje de la longitud de la muestra inicial con la siguiente expresión: Drenaje.- Después de saturada la muestra durante los 4 días, quitar los moldes cuidadosamente del tanque de remojo, vierta el agua retenida en la parte superior del mismo y se deja escurrir el molde durante 15 minutos. PROCEDIMIENTO

. Retire los pesos de la sobrecarga y plato Registre el peso del molde mas suelo después de la saturación (96 horas o 4 días). PROCEDIMIENTO

Aplicación de sobrecarga.- Aplicar una sobrecarga de pesas anular y cortada, igual a las usadas durante el remojo. Pistón de asentamiento.- Coloque el pistón de penetración, aplique una carga de 44N (10 lb). Prueba de Penetración

Diales encerados.- Poner ambos diales el de penetración y el de carga en cero. Aplicación de carga.- Aplique la carga sobre el pistón de penetración, con una velocidad de penetración uniforme de 0.05pulg/min o 1,25 mm/min. De acuerdo a la tabla Nº 1 Penetración MilímetrosPulgadas 0,630,025 1,270,050 1,900,075 2,540,10 3,100,125 3,810,15 4,400,175 5,080,20 7,620,30 10,110,40 12,700,50

Trazar la curva de deformaciones (resistencia a la penetración vs profundidad de penetración) para cada espécimen. Si las curvas son semejantes a la del ensayo Nº 1 no necesitan correcciones. Si las curvas son semejantes a las correspondientes a los de la curva Nº2 y Nº3, deberán ser corregidas trazando tangentes en la forma como se indica las graficas. CÁLCULOS Curva de deformaciones

Cargas normales.- Los valores de carga normal o carga unitaria patrón para 0.1” y 0.2” de penetración son los siguientes: Relación de soporte de California (CBR).- Los valores de carga corregidos se determina para cada espécimen a 0.10pulg y 0.20 pulg de penetración. El CBR es obtenido en porcentaje, dividiendo los valores de carga corregidos a 0.10pulg y 0.20pulg para las cargas normales de (1000psi y 1500psi) respectivamente y multiplicando estas por 100.

El CBR es generalmente seleccionado a 0.10pulg de penetración. Si la relación a 0.20pulg de penetración es mayor a la penetración de 0.1pulg la prueba será realizada otra vez. Si la prueba de chequeo da un resultado similar a la relación 0.20pulg de penetración se usará esta. Diseño CBR para u p n solo contenido de agua.- Usando los datos obtenidos de los tres especímenes, trace la grafica CBR vs Densidad Seca. El diseño de CBR puede determinarse al porcentaje deseado de la densidad seca máxima.

Diseño CBR para el rango de contenido de agua.- Trace los datos de la prueba a los tres esfuerzos compactados.

Cálculos y Gráficos

El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasante bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica: