DETERMINACI

1
DETERMINACIÓN ENSAYO CAPACIDAD DE SOPORTE DEL
SUELO. (CBR)

• Profesor
• Sara Ojeda Herrera

2
DETERMINACIÓN ENSAYO CAPACIDAD DE SOPORTE DEL
SUELO- (CBR) GENERALIDADES La capacidad de
soporte es una de las propiedades más importantes
de los suelos. Su comportamiento, al estar
sometido a tensiones es bastante más complejo que
el de otros materiales. Las deformaciones que
experimenta no sólo dependen del tipo de suelo
que se trate, sino también del estado en que se
encuentre éste en cuanto a su contenido de
humedad, grado de compacidad, estructura interna,
etc. por otra parte, el suelo subyacente a una
fundación puede presentar heterogeneidades de
importancia, acusando grandes variaciones de
resistencia según la dirección de aplicación de
las tensiones (anisotropía).
3
Finalmente, las deformaciones que experimente un
suelo deben necesariamente relacionarse con la
estructura solicitante, ya que ciertos órdenes de
magnitud pueden ser tolerables para algunas
construcciones y prohibitivos para otras. Cuando
un suelo es sometido a tensiones, sufre una
determinada deformación. Si alcanza el valor
límite de su resistencia, el suelo sufre una
rotura por corte o falla por corte. Desde el
punto de vista de la mecánica de suelos, interesa
tanto tener un adecuado factor de seguridad a la
falla por corte como que la estructura
solicitante no sufra una deformación tal que le
produzca daños.
4
Si se aplican presiones sobre superficies de
carga de diferentes formas y dimensiones, en un
determinado suelo, se obtienen distintos gráficos
de relación tensión deformación. Aquí
interviene un nuevo factor que es la forma y
dimensión del área cargada, pues, la resistencia
de un suelo varía con respecto a la forma,
dimensiones, velocidad de aplicación de carga y
de la deformación del suelo. A medida que
aumentan los esfuerzos, si se llega al momento en
que el suelo se rompe o sigue
5
deformándose con un pequeño o ningún esfuerzo, se
dice que el suelo falla por corte. Por eso que
todo los métodos destinados a determinar la
capacidad de carga de un suelo, se basan en el
esfuerzo cortante directa o indirectamente. La
complejidad del problema lleva a la siguiente
definición de capacidad de soporte capacidad de
soporte de un suelo es la carga por unidad de
área, para una superficie de forma y dimensiones
determinadas, que no produce más que un
asentamiento previsto.
6
Los ensayos usados para medir las propiedades
resistentes de los suelos pueden clasificarse en
tres grandes grupos. ensayo de corte ensayo de
carga ensayo de penetración ensayo de
corte Estos ensayos determinan las propiedades
en un punto de la masa del suelo y se ejecutan
normalmente en muestras inalteradas relativamente
pequeñas. A través de ellos se determinan
fundamentalmente la cohesión y el ángulo de
fricción interna. Estos valores se utilizan para
calcular los valores máximo de rotura. Los
ensayos más usuales son de corte directo,
compresión no confinada y triaxial, que se verán
más adelante.
7
ensayo de carga Los ensayos de carga se efectúan
generalmente en terreno (in situ) y sobre la
superficie del suelo. Sus resultados abarcan una
zona mayor que la anterior y permiten obtener un
valor de conjunto de resistencia del suelo en la
zona de influencia. En obras viales, se usa una
prueba de carga con una placa circular rígida de
diámetro que varían entre 150 mm a 760 mm. La
relación entre la presión aplicada y la
deformación vertical recibe el nombre de Módulo
de reacción del suelo K, que se expresa en
kg/cm3.
8
Como esta relación no queda representada por una
línea recta, se elige un valor de penetración de
referencia de 1,25 mm (0,05) para calcular el
valor de K. La deflexión para determinar el
modulo de reacción será determinada sobre la
curva corregida del gráfico carga-deformación. Se
deben aplicar tres correcciones a la información
registrada durante el ensaye, que se deben a
trazado de la curva carga-deformación, flexión de
las placas de ensaye y suelo cohesivo
parcialmente saturado. En el acápite 18 se
estudia este ensayo.
9
ensayos de penetración Este tipo de ensayos
determinan, al igual que los ensayos de corte,
las propiedades en un punto de la masa de suelo.
Pueden ser efectuados tanto en terreno (in situ)
como en laboratorio. Los resultados de los
ensayos de penetración están, en general,
relacionados con experiencias sobre el
comportamiento de suelos semejantes. Tal es el
caso de los métodos empíricos usados en diseño de
espesores de pavimentos de caminos y aeropuertos.
También puede usarse los datos de penetración
para establecer relaciones con la cohesión y la
fricción del suelo.
10
Un caso particular de ensayo de penetración,
ampliamente usado en obras viales, es el Ensayo
California, denominado comúnmente como CBR
(California Bearing Ratio). Para este ensayo se
emplea una muestra de suelo de 150 mm de diámetro
y 116 mm de altura, compactada en un molde
cilíndrico de acero. Antes de realizar el ensaye
generalmente se satura para simular las
condiciones más desfavorables en cuanto a drenaje
de un camino y para determinar su posible
expansión. Junto con la saturación y durante la
penetración, se somete la muestra a una presión
(sobrecarga) igual a la que producirá el futuro
pavimento.
11
En este ensayo se mide la carga necesaria para
hacer penetrar un pistón de 505 mm de diámetro
en una masa de suelo compactada en un molde
cilíndrico de acero, a una velocidad de 1,27
mm/min, para producir deformaciones de hasta 12,7
mm (1/2). Esta carga se relaciona con una carga
estándar y el resultado final se expresa en
porcentaje. La curva de comparación se llama
curva patrón y corresponde a un chancado
normalizado al cual se le asigna un valor CBR de
100. La expresión que define al CBR, es la
siguiente CBR (carga unitaria del ensayo /
carga unitaria patrón) 100 ( )
12
De la ecuación se puede ver que el número CBR, es
un porcentaje de la carga unitaria patrón. En la
práctica el símbolo de () se quita y la relación
se presenta simplemente por el número entero. Se
deben confeccionar como mínimo tres probetas con
distinta energía de compactación, de tal manera
que la densidad a la cual se desee determinar el
CBR, quede entre dos probetas. Generalmente se
utilizan probetas compactadas con 56, 25 y 10
golpes. Si la densidad a la cual se desea
determinar el CBR es menor que la del molde de 10
golpes, se debe confeccionar otra probeta con
menor energía (por ejemplo 5 golpes).
13
2 DETERMINACIÓN DE LA RAZON DE SOPORTE
CALIFORNIA (CBR) Este método establece el
procedimiento para determinar un índice de
resistencia de los suelos, conocido como Razón de
Soporte de California (CBR California Bearing
Ratio) El ensaye se realiza normalmente a suelos
compactados en laboratorio, con la humedad óptima
y niveles de energía variables. Este método se
utiliza para evaluar la capacidad de soporte de
suelos de subrasante, como también de materiales
empleados en la construcción de terraplenes,
subbases, bases y capas de rodadura granulares.
14
o obstante que originalmente el método fue
diseñado para evaluar el soporte de suelos de
tamaño máximo ¾ (20 mm), el ensaye es aplicable
a todos aquellos suelos que contengan una
cantidad limitada de material que pasa por el
tamiz de 50 mm y es retenido en el tamiz de 20
mm. nota1 cuando el tamaño máximo absoluto del
material en estudio sea superior a 20 mm, el peso
retenido en este tamiz se reemplazará por uno
equivalente de material de la misma muestra que
pasa por 20 mm y es retenido en 5 mm.
15
2.1 OBJETIVO DEL ENSAYE Determinar la capacidad
de soporte de un suelo en el laboratorio,
preparando tres probetas de suelo con la misma
humedad y con niveles de energía variables. 2.2
NORMA A UTILIZAR El ensayo se basa en la norma
NCh. 1852 Of. 81 (LNV 92 85)
16
APARATOS Y EQUIPOS prensa de ensaye, conformada
por un marco de carga con capacidad mínima de
44,5 KN (10.000 lbf) y una gata mecánica capaz de
desplazar una base metálica rígida a una
velocidad uniforme y sin pulsaciones, de 1,27
mm/min, contra el pistón de penetración. Este
último debe estar equipado con un dispositivo
indicador de carga de una capacidad mínima de
26,7 KN (6.000 lbf), que permita registrar
lecturas con una resolución mínima de 50 N. El
pistón debe llevar, además, sujeto a él, un dial
de penetración graduado en milésimas de pulgadas
(0,025 mm) (ver Figura Nº 1) molde metálico
cilíndrico (152,4 0,7 mm de diámetro y 177,8
0,5 mm de altura) deben tener un collar de
17

• extensión metálico de 50,8 mm de altura y una
  placa base metálica de 9,5 mm de espesor con
  perforaciones de un diámetro menor o igual que
  1,6 mm (ver Figura Nº 2)
• disco espaciador metálico cilíndrico de 150,8
  0.8 mm de diámetro y altura de 61,4 0,2 mm
• pisón, de acuerdo a lo especificado en el acápite
  9.-
• aparato para medir la expansión (hinchamiento)
  (ver Figuras Nºs 2 y 3) compuesto por
• una placa metálica de 149,2 1,6 mm de diámetro,
  por cada molde. La placa debe tener perforaciones
  de un diámetro menor o igual que 1,6 mm, y debe
  estar provista de un vástago ajustable de metal
  en el centro, con un sistema de tornillo y
  contratuerca que permita regular y fijar su
  altura.

18

• un trípode metálico por cada molde, cuyas patas
  puedan apoyarse en el borde de éste, y que lleve
  montado en el centro un calibre comparador con
  indicador de dial, con resolución de lectura
  0,025 mm. El vástago debe desplazarse libremente
  y coincidir con el de la placa, de forma tal que
  permita controlar la posición de ésta y medir el
  hinchamiento.
• un dial para medir expansión, por cada molde,
  con resolución de lectura 0,025mm
• cargas, para cada molde se debe disponer de una
  carga metálica anular y varias ranuradas de 2,27
  0,05 kg cada una. La carga anular, de diámetro
  exterior de 149,2

19
1,6 mm, debe disponer de una perforación u
orificio en el centro de aproximadamente 54 mm de
diámetro. pistón de penetración, metálico
cilíndrico, de 49,6 0,1 mm de diámetro y una
longitud no inferior a 101,6 mm herramientas y
accesorios deposito de capacidad suficiente para
la inmersión de los moldes en agua, horno,
balanzas de 20 kg y 2 kg, tamices, pailas,
recipientes, probetas, poruñas, espátulas,
reglas, brochas, discos de papel filtro,
cronometro, etc.
20
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA secar la muestra al
horno a temperatura menor a 60ºC (disgregar
terrones en caso necesario) preparar tres pailas
con 7000 g de suelo seco de acuerdo al método B o
D del Proctor Modificado nota2 previo al ensaye
de CBR debe determinar el contenido óptimo de
humedad y la densidad máxima compactada seca
(DMCS) del material de acuerdo con el método
indicado en el acápite 9, según corresponda.
21
Nota3 el procedimiento usado en esta guía está
pensado para el control de las distintas capas
que compone un camino, y por lo tanto, cada capa
debe prepararse de acuerdo a un método de
compactación, en este caso particular se ha
escogido el Proctor Modificado y por ende la
humedad de confección es la humedad óptima. Para
estudios de proyectos, los CBR deben realizarse
con la humedad propia de terreno y con energías
variables
22
PROCEDIMIENTO DE ENSAYE agregar agua según
contenido de humedad óptima a cada una de las
tres pailas de suelo en función de la masa y
mezclar homogéneamente colocar la mezcla en un
depósito tapado por un periodo de media hora o
más, según el tipo de suelo, para obtener una
distribución uniforme de humedad para cada molde
realice los pasos siguientes
23

• colocar el disco espaciador sobre la placa base y
  fijar el molde
• colocar un disco de papel filtro sobre el
  espaciador
• compactar cada una de las cinco capas de suelo
  húmedo en el molde, escarificando cada capa antes
  de realizar la siguiente
• a cada molde se le aplican diferentes energías
  (golpes), por ejemplo 56, 25 y 10 golpes, de tal
  manera que la densidad en la cual se desee
  determinar la razón de soporte quede en un rango
  de 90 a 100 de la densidad máxima obtenida por
  el ensaye de Proctor Modificado
• colocada la última capa se procede a sacar el
  collarín y enrasar cuidadosamente la muestra de
  cada molde

24

• rellenar con material bajo malla 5 mm (tamiz Nº
  4) cualquier hueco que pueda haber quedado en la
  superficie
• obtener la humedad del material al inicio y final
  del proceso de compactación. Cada muestra para
  contenido de humedad debe pesar como mínimo 100 g
  para suelos finos y 500 g para suelos granulares
• sacar la placa base perforada y el disco
  espaciador y pesar el molde con el suelo
  compactado
• determine la densidad de la muestra antes de
  inmersión (?) dividiendo la masa de suelo
  compactado (m) por la capacidad volumétrica del
  molde (v)(no olvidar restar el volumen del disco
  espaciador)

25
? m/v registre, aproximando el resultado a
0,01 g /cm3 colocar un disco de papel filtro
sobre la superficie enrasada, invierta el molde y
fíjelo a la placa base perforada, con el suelo
compactado en contacto con el papel filtro Nota
4 cuando hay riesgo de disgregación del suelo
compactado en el molde, éste debe pesarse junto
con la placa base colocar el vástago ajustable
con placa perforada sobre la probeta de suelo
compactado y aplique las cargas hasta una
sobrecarga igual a la ejercida por la estructura
del pavimento sobre el material en estudio,
redondeando a múltiplos de 2,27 kg (5lb). En
ningún caso debe ser menor que 4,54 kg (10lb).
26
si la muestra va a ser sometida a inmersión,
coloque los moldes con sus respectivas cargas en
el recipiente sin agua y acomode el aparato de
expansión a cada uno de los moldes, tomando
lecturas iniciales de expansión o hinchamiento.
Luego agregue el agua lentamente para no producir
movimientos que desajusten el trípode de
expansión, permitiendo el libre acceso de ésta a
las probetas, las que debe dejar sumergidas
dejar saturando el material por el periodo
correspondiente al tipo de suelo, con su
respectivo dial para medir el hinchamiento o
expansión en cada molde (generalmente por 96
horas, pero si se trata de suelos de grano fino o
suelos
27
granulares que absorben humedad fácilmente se
permite un periodo de inmersión más corto, no
menor a 24 horas) al término del periodo de
inmersión, tome las lecturas finales de expansión
a cada una de las probetas y calcule el
porcentaje de expansión refiriendo dichas
lecturas a la altura inicial de éstas. e
?h / hi 100 () ?h ( hf - hi
) donde e expansión ?h
expansión o hinchamiento de la probeta (mm)
hi altura inicial de la probeta (mm) (hi
116,4 mm )
28
nota5 se comprueba que no hay más hinchamiento,
cuando dos lecturas de dial efectuadas con 24
horas de intervalo difieren en menos de 0,03 mm.
Durante todo el tiempo de inmersión el nivel de
agua se debe mantener constante. saque el agua
libre dejando drenar la probeta a través de las
perforaciones de la placa base durante 15 min.
Cuide de no alterar la superficie de la probeta
mientras se extrae el agua, puede ser necesario
inclinar la probeta para eliminar el agua
superficial.
29

• retire las cargas y la placa base perforada. Pese
  el molde con el suelo. Determine la masa de suelo
  compactado después de la inmersión (mi), restando
  la masa del molde. Registre aproximando a 1g
• determine la densidad de la muestra después de la
  inmersión (?i) dividiendo la masa de suelo
  compactado (mi) por la capacidad volumétrica del
  molde (v) no olvidar restar el volumen del disco
  espaciador.
• ?i mi / v registre, aproximando a 0,01g/cm3

30
PENETRACIÓN Antes de producir la penetración se
debe deja drenando la probeta por un periodo
mínimo de 15 minutos colocar sobre la probeta las
cargas necesarias para producir una sobre carga
igual a la ejercida por el pavimento, redondeando
a múltiplos de 2,27 kg (5 lb) en ningún caso
debe ser menor que 4,54 kg, (10 lb), equivalente
al peso de un pavimento de hormigón de 5 pulgadas
de espesor si la probeta ha sido previamente
sumergida, la sobrecarga debe ser aplicada
durante el periodo de inmersión
31
apoyar el pistón de penetración con la carga más
pequeña posible, la cual no debe exceder de 45
N colocar los diales de tensión y deformación en
cero aplicar la carga en el pistón de penetración
de manera que la velocidad sea de 1,27
mm/min. Anotar las lecturas de carga en los
siguientes niveles de penetración 0,64 1,27
1,91 2,54 3,18 3,81 4,45 5,08 7,62
10,16 12,7 mm . nota para equipos con diales
en pulgadas estos intervalos corresponden
aproximadamente a Anotar las lecturas de carga
en los siguientes niveles de penetración 0,025
0,050 0,075 0,1 0,125 0,150 0,175 0,2
0,225 0,250 0,275 0,3 pulgadas
32
el ensaye debe realizarse hasta alcanzar una
penetración mínima de 0,72 mm (0,300) sacar el
suelo del molde y determinar la humedad después
de la penetración EXPRESIÓN DE RESULTADOS grado
de saturación con la humedad obtenida después de
la penetración, determinar el grado de saturación
de cada probeta de acuerdo a la siguiente
expresión
33
S (?/e) (?s/?w) donde S
grado de saturación de la probeta ?
humedad de la muestra después de la penetración
e índice de huecos ?s
densidad de las partículas sólidas de la muestra
?w densidad del agua curva de tensión
penetración calcule las tensiones de
penetración en Mpa, aproximando a un decimal,
para lo cual divida las cargas aplicadas (kgf)
por el área de la sección transversal del pistón
(cm2) luego divida el resultado obtenido por el
factor de conversión 10,2
34

• trace la curva de cada molde en un mismo gráfico
  de tensión penetración. En algunos casos esta
  curva puede tomar, inicialmente, la forma cóncava
  hacia arriba debido a irregularidades de la
  superficie u otras causas.
• En dichos casos el punto cero debe corregirse
  trazando una recta tangente a la mayor pendiente
  de la curva y trasladando el origen al punto en
  que esta tangente corta a la abscisa. El valor
  buscado estará desplazado a la derecha en la
  misma distancia que hay desde el origen hasta la
  intersección de la curva corregida con la abscisa
  (ver Figura Nº 4)

35
razón de soporte Empleando los valores de tensión
corregidos tomados de la curva tensión
penetración para 2,54 mm y 5,08 mm de
penetración, calcule las razones de soporte para
cada una de ellas, dividiendo las tensiones
corregidas por las tensiones normales de 6,9 MPa
y 10,3 MPa respectivamente. Cuando en el ensayo
no se logre una penetración de 5,08 mm, debe
extrapolar la curva hasta dicho valor para
calcular la razón de soporte para los suelos del
tipo A-1, A-2-4 y A-2-6. la razón de soporte se
calcula solo para 5,08 mm de penetración
36
para los suelos del tipo A-4, A-5, A-6 y A-7,
cuando la razón de soporte correspondiente a 5,08
mm resulte mayor que la correspondiente a 2,54
mm, repita el ensaye. Si el ensaye de chequeo
entrega un resultado similar, emplee la razón de
soporte correspondiente a 5,08 mm de penetración
para los suelos del tipo A-3, A-2-5, A-2-7,
informe el mayor porcentaje de CBR obtenido entre
los correspondientes a 2,54 y 5,08 mm.
37
razón de soporte densidad seca Usando los datos
obtenidos para las distintas probetas, dibuje una
curva razón de soporte densidad seca de
compactación. Se puede determinar así la razón
de soporte correspondiente a una densidad seca
preestablecida. (ver Figura Nº 5)
38
INFORME El informe deberá incluir la siguiente
información referencia al procedimiento empleado
para preparar y compactar las probetas acondiciona
miento de la muestra (con o sin
inmersión) densidad seca de la muestra antes de
la inmersión (g /cm3) densidad seca de la muestra
después de la inmersión (g /cm3)
39
antes de la compactación () después
de la compactación () después de la
inmersión () expansión (referida a la
altura inicial del molde) () razón de soporte de
la muestra () cualquier información especifica
relativa al procedimiento de ensaye o al material
la referencia a este método
humedad de la muestra
40
CBR
41
(No Transcript)
42
(No Transcript)
43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
(No Transcript)