Capacidad de Soporte California C B R Prof
Capacidad de Soporte California C. B. R. Prof. Johannes Briceño, MSc.
Este ensayo nace en 1920. Este método establece una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y su capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos. Este ensayo mide la resistencia relativa del suelo, porque la refiere a la de un material patrón a la que se le ha dado una resistencia a la penetración del 100%. La relación de estos dos valores multiplicado por 100 da la relación de soporte California El material patrón utilizado es la piedra picada
Relacion de Soporte California: C. B. R. Suelo Patrón =100% Suelo en Estudio (i)= x=? CBR=0% Suelos muy Malos CBR=100% Suelos muy Buenos CBR Base (B) ≥ 60% Sub. Base (SB) ≥ 40% Sub. Rasante (SR) ≥ 15% Bueno 7— 15% Regular <7% Malo
Tipos de Ensayos de CBR: 1) CBR de tres puntos: Se hace cuando el Hinchamiento es menor o igual al 3% (H≤ 3%). 2) CBR de quince puntos: Se hace cuando el Hinchamiento es mayor al 3% (H>3%). Ensayo CBR de tres puntos: a) Elaboración de Briquetas: a. 1) Ensayo de Compactación, T-180 D Proctor Modificado a. 2) Construcción de Briquetas compactación (12, 25 y 56 golpes) b) Saturación – Hinchamiento. c) Ensayo de Penetración d) Graficar y determinar el CBR para diferentes energías de
Ensayo CBR de tres puntos: a) Elaboración de Briquetas: a. 1) Ensayo de Compactación: Se determina el ωopt γdmax, con el ensayo de compactación, Proctor modificado T-180 D. γd 5 briquetas (cilindros), ø=6”, γdmax, h=127 mm, Peso martillo= 10 lbs, altura de calda= 18”, 5 capas, 56 golpes ωopt ω
Ensayo CBR de tres puntos: a. 2) Construcción de Briquetas para diferentes energías de compactación (12, 25 y 56 golpes): Se elaboran las briquetas para CBR. 3 briquetas (cilindros), elaboradas a ωopt (± 0. 5%) y γdmax obtenido del ensayo de compactación, Peso martillo= 10 lbs, altura de calda= 18”, 5 capas, 12, 25 y 56 golpes. Los cilindros son para CBR, son perforados, se utiliza un anillo espaciador
Ensayo CBR de tres puntos b) Saturación – Hinchamiento. • Zonas con precipitación ≤ 600 mm/año, se determina el hinchamiento a ωnat o ωopt, también llamado CBR en seco. • Zonas con precipitación >600 mm/año, se determina el hinchamiento con material saturado en 3 o 4 días, en un tanque se saturación. Se le coloca al suelo un sistema de pesas que simula el peso mínimo de las capas de pavimento, equivalente a un pavimento rígido de 12, 5 cm de espesor, reduce la deformación penetración. de la superficie de la muestra durante la
Ensayo CBR de tres puntos Como el molde tiene perforaciones en el fondo el agua puede entrar tanto por arriba como por debajo. La condición saturada es la critica o mas desfavorable (Así lo recomienda el Método del Instituto del Asfalto y AASHTO-72), El método AASHTO-93 recomienda hacer el ensayo en las tres condiciones de humedad (seco, húmedo y saturado).
Ensayo CBR de tres puntos Se mide el cambio de volumen, como el suelo esta confinado lateralmente solo aumenta o disminuye su altura. 127 mm HRELATIVO>3% Material expansivo Hacer CBR de 15 pts. HRELATIVO≤ 3% Material no expansivo Hacer CBR de 3 pts.
Ensayo CBR de tres puntos c) Ensayo de Penetración Tiempo Carga Total pulg mm Min Lb Se retiran los cilindros del tanque 0. 025 0. 64 0´ 30´´ ? de saturación, se dejan reposar por 0. 050 1. 27 1 ? 30 min y se llevan a la prensa. 0. 075 1. 91 1´ 30´´ ? 0, 1 2, 54 2 P 1=? 0, 2 5, 08 4 P 2=? 0, 3 7, 62 6 P 3=? 0, 4 10, 16 8 P 4=? 0, 5 12, 70 10 P 5=? Área del pistón 3 pul 2=A=19. 35 cm 2 Velocidad de penetración=1, 27 mm/min Tiempos controlados a 30 seg, 1, 2, 4, 6, 8 y 10 minutos. kg
El ensayo de penetración se hace a los tres cilindros (12, 25 y 56 golpes), con las pesas de sobre carga colocadas. HUNDIMIENTO 12 GOLPES / CAPAS TIEMPO PULG. m. m 0´ 30" 0. 025 0. 64 1´ 00" 0. 050 1. 27 1´ 30" 0. 075 1. 91 2´ 00" 0. 100 2. 54 4´ 00" 0. 200 5. 08 CARGA (KG) o (lbs) P 1(0. 1´´, 12 golp) P 2(0. 2´´, 12 golp) P 3(0. 3´´, 12 golp) 6´ 00" 0. 300 7. 62 8¨ 00" 0. 400 10. 16 P 4(0. 4´´, 12 golp) P 5(0. 5´´, 12 golp) 10´ 00" 0. 500 12. 70 σ(KG/cm 2) o 25 GOLPES / CAPAS (Lbs/plg 2) CARGA (KG) o (lbs) σ1(0. 1´´, 12 golp) σ(KG/cm 2) o 56 GOLPES / CAPAS σ(KG/cm 2) o (Lbs/plg 2) CARGA (KG) o (lbs) P 1(0. 1´´, 25 golp) σ1(0. 1´´, 25 golp) P 1(0. 1´´, 56 golp) σ2(0. 2´´, 12 golp) P 2(0. 2´´, 25 golp) σ2(0. 2´´, 25 golp) P 2(0. 2´´, 56 golp) σ3(0. 3´´, 12 golp) P 3(0. 3´´, 25 golp) σ3(0. 3´´, 25 golp) P 3(0. 3´´, 56 golp) σ4(0. 4´´, 12 golp) P 4(0. 4´´, 25 golp) σ4(0. 4´´, 25 golp) P 4(0. 4´´, 56 golp) σ5(0. 5´´, 12 golp) P 5(0. 5´´, 25 golp) σ5(0. 5´´, 25 golp) P 5(0. 5´´, 56 golp) σ=Presión=P/A (Lbs/plg 2)
σ vs Penetración 0. 1 0. 2 Nota: En algunos casos hay que corregir esta curva. 0. 3 0. 4 0. 5 plg
σ vs Penetración 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 plg Nota: Se toman las presiones mas grandes que son las correspondientes a las penetraciones 0. 1´´ y 0. 2´´, ya que su incremento de presiones (esfuerzos) son mayores que los que se producen en 0. 3´´, 0. 4´´ y 0. 5´´
Se compara σi con el material patrón PENETRACIÓN=HUNDIMIENTO PULG. m. m 0. 100 2. 54 0. 200 5. 08 0. 300 7. 62 0. 400 10. 16 0. 500 12. 70 CARGA UNITARIA CARGA TOTAL Lbs/plg 2 Kg/cm 2 Lbs Kg 1000 70 3000 1361 1500 105 4500 2041 1900 134 5700 2585 2300 162 6900 3130 2600 183 7800 3538 CBR=σ/material patrón CBR (0. 1”, 12 golp) =σ(0. 1”, 12 golp) x 100/70 CBR (0. 1”, 25 golp) =σ(0. 1”, 25 golp) x 100/70 CBR (0. 1”, 25 golp) =σ(0. 1”, 56 golp) x 100/70 CBR (0. 2”, 12 golp) =σ(0. 2”, 12 golp) x 100/105 CBR (0. 2”, 25 golp) =σ(0. 2”, 25 golp) x 100/105 CBR (0. 2”, 25 golp) =σ(0. 2”, 56 golp) x 100/105
CBR por definición es para 0. 10” (estándar) • Si CBR 0. 2” con CBR • Si CBR > CBR 0. 1” Se escoge a criterio propio cual CBR usar, hay mayor seguridad. > CBR mayor CBR 0. 2” Se repite el ensayo, y si vuelva a dar es el estándar.
Ensayo CBR de tres puntos d) Graficas CBR vs. γd: γd=? Ya que la energía de compactación es la misma, ± 1%(mismo laboratorio y técnico), ± 5%(diferentes operadores, estudiantes en practicas de laboratorio)
0. 1”, 12 golp 0. 1”, 25 golp 0. 1”, 56 golp 0. 2”, 12 golp 0. 2”, 25 golp 0. 2”, 56 golp CBR CBR CBR γd Graficas CBR vs. γd 0. 1” 0. 2” γd 56 CBR golp γd 25 golp γd 12 golp
Luego con 95% γdmax proctor se entra a la grafica y se halla CBR 0. 1” y CBR 0. 2” γd 0. 1” max Existen casos particulares para esta grafica campo 0. 2” CBR • γd CBR El mayor entre CBR 0. 1” y CBR 0. 2” se utiliza como CBR Diseño 0. 1” 95%γd 0. 2” = 100% γd max proctor Base = 95% γd max proctor Sub. Rasante
Nota: No es posible que el 95%. γdmax proctor sea mayor a γd 56 golpes ya que el γdmax proctor ≈ γd 56 golpes Nota: Es posible que el 95%. γdmax proctor de menor que γd 12 golpes , esto sucede en suelos muy buenos que compactan con muy poca energía. En este caso se busca el CBR con la misma γd dada, es decir, γd 12 golpes.
Corrección de la curva del paso “C”, • σ vs Penetración Caso 1: Un solo Punto de Inflexión. σ σ0. 2 Nota: Esta corrección puede ocurrir en cualquiera de los cilindros (12 golpes, 25 golpes y 56 golpes). σ0. 1 Punto de Inflexión 0. 1 penetración 0. 2 Nuevo Origen 0. 1 0. 2 Procedimiento: Por el punto de inflexión se pasa una tangente a la curva cóncava hasta cortar las accisas, donde corte el eje de las accisas ese es el nuevo origen, la nueva curva será la recta tangente desde el punto de inflexión hacia abajo y la curva en sí desde el punto de inflexión hacia arriba.
Corrección de la curva del paso “C”, Caso 2: Mas de un Punto de Inflexión, se toma la corrección mas a la derecha dependiendo cual es el mayor σ0. 1” o Δσ0. 2” σ σ0. 2 σ0. 1” σ0. 2” • σ vs Penetración σ0. 1 0. 2 penetración Caso 2. 1: Si σ0. 1” > Δσ0. 2” La corrección debe estar antes de 0. 1” • σ Corrección 0. 1 0. 2 penetración
Corrección de la curva del paso “C”, • σ vs Penetración Caso 2. 12: Si σ0. 1” < Δσ0. 2” La corrección debe estar antes de 0. 2” σ Corrección 0. 1 0. 2 penetración
Casos particulares de la curva CBR vs γd γd 0. 2” 0. 1” CBR Caso de suelos deficientes: Igual se toma el mayor para diseño entre σ0. 1” y σ0. 2”
Casos particulares de la curva CBR vs γd 0. 2” o 0. 1” γd 95%γd 0. 1” o 0. 2” max CBR Este es un suelo que modifica su estructura con la compactación, desmejora al aumentar la energía de compactación. Igual se toma el mayor.
Casos particulares de la curva CBR vs γd γd 95%γd max CBR CBR • Si 95%γd max es muy alta entonces baja el CBR y los espesores de capa son mayores. • Si 95%γd max es mas bajo aumenta el CBR y los espesores de capa son menores.
Modulo Resilente (MR): Proceso de carga y descarga hasta producir la falla, para material granular, controlada humedad y densidad, 1000 ciclos de carga y descarga para cada σz. σ σ1 σ1 = σ3+σd MR= σd / ε Log ε σ3 σ3 σ1 Ø=4” , L=8” Ø=6” , L=16” 1° ciclo de carga (1 seg) = 0. 1 seg carga y 0. 9 seg descarga. Los ciclos subsiguientes se aumenta el tiempo de carga y se disminuye el de descarga • La pendiente de la recta es el modulo resilente. ε=en dirección de σ1. • Si se aumenta el contenido de humedad ω% disminuye el MR
Correlación CBR == MR a)Para Sub. Rasante (SR): • Si CBR≤ 7. 2% • Si 7. 2<CBR≤ 20% • Si CBR>20% b) Para Sub. Base (SB) • Si CBR≤ 80% • Si CBR>80% c) Para Base (B) • Si CBR>80%
Ejemplo
Procesamiento de la Información CONTENIDOS DE HUMEDAD DE COMPACTACION GOLPES / CAPA INICIAL FINAL INICIAL 12 FINAL INICIAL 25 FINAL 56 1 2 3 4 5 6 W total húmedo 238. 05 259. 60 297. 40 188. 20 222. 10 202. 60 W total seco 225. 90 239. 20 281. 70 176. 70 211. 90 191. 30 W capsula 57. 10 62. 22 63. 70 60. 50 64. 20 61. 30 W agua 12. 15 20. 40 15. 70 11. 50 10. 20 11. 30 W seco 168. 80 176. 98 218. 00 116. 20 147. 70 130. 00 7. 2% 11. 5% 7. 2% 9. 9% 6. 9% 8. 7% Capsula Nº W % IMBIBICION - SATURACION COMPLETA DENSIDAD SECA GOLPES / CAPA FECHA 12 25 56 T, horas Hora LECTURAS EN EXTENSOMETRO 12 g/c 56 g/c 3/20/2002 0 10: 00 AM 0. 522 0. 542 7242 3/21/2002 24 10: 00 AM 0. 632 0. 612 5086 5243 3/22/2002 48 10: 00 AM 0. 718 0. 636 2320 3/23/2002 72 0. 725 0. 667 127 Hinchamiento lineal absoluto (mm) 0. 203 0. 125 Hinchamiento lineal relativo (%) 0. 160 0. 098 W molde+DE+suelo h. (gr) 12065 12343 12485 W molde + DE (gr) 7232 7257 W muestra húmeda (gr) 4833 V muestra (cm 3) 2320 húmeda (gr/cm 3) 2. 08 2. 19 2. 26 Altura de la muestra (mm) seca (gr/cm 3) 1. 94 2. 04 2. 11 10: 00 AM
Procesamiento de la Información HUNDIMIENTO 12 GOLPES / CAPAS 25 GOLPES / CAPAS 56 GOLPES / CAPAS TIEMPO PULG. m. m 0´ 30" 0. 025 0. 64 1´ 00" 0. 050 1. 27 1´ 30" 0. 075 1. 91 2´ 00" 0. 100 2. 54 4´ 00" 0. 200 5. 08 6´ 00" 0. 300 7. 62 8¨ 00" 0. 400 10. 16 10´ 00" 0. 500 12. 70 CARGA (KG) PRES. (KG/cm 2) CARGA(KG) PRES. (KG/c m 2) 80 4. 13 130 6. 72 150 7. 75 130 6. 72 280 14. 47 320 16. 53 200 10. 33 480 24. 80 570 29. 45 240 12. 40 590 30. 49 810 41. 85 350 18. 09 1100 56. 84 1630 84. 22 450 23. 25 1200 62. 01 2000 103. 34 500 25. 84 1310 67. 69 2100 108. 51 530 27. 39 1390 71. 82 2150 111. 09
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