Lab CBR y proctor pavimentos

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LA GRAN COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

RELACION DE SOPORTE DE CALIFORNIA

LABORATORIO DE SUELOS I Fecha: MARZO 2015

LABORATORIO DE PROCTOR Y COMPACTACION (C.B.R.)

Presentado por:

NANCY ALEJANDRA CACERES

Cód. 3021021709

REINALDO BARRERA OROZCO

Cód. 3021120622

EDIWN ALVARADO PEREZ

Cód. 3020911506DIEGO ALEJANDRO RODRIGUEZ

Cód. 3021211390

Relación de Soporte de California y Proctor Modificado

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UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C. 2015

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION.....................................................32. OBJETIVOS........................................................53. MARCO TEORICO....................................................64. METODOS Y MATERIALES.............................................85. CALCULOS........................................................126. ANALISIS DE RESULTADOS..........................................167. CONCLUSIONES....................................................198. BIBLIOGRAFIA....................................................20


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1.INTRODUCCION

En cada una de las obras de construcción, es de gran importancia

tener bien definidas las propiedades que tiene el suelo ya que

este es la base sobre la cual se realizara el proyecto. En

muchos casos dichas propiedades no cumplen con lo que buscamos

en ellas, sin embargo, se pueden realizar alteraciones en estas

para poder obtener las propiedades satisfactorias.

Una opción que nos permite tener características de suelo que

nos sirvan para nuestra construcción es la de la sustitución de

terreno por uno de propiedades ideales. Sin embargo este es un

procedimiento de alto costo, por lo que en muchos casos se deben

buscar otras soluciones con el suelo que tenemos. La

compactación es un procedimiento que nos permite mejorar el

funcionamiento del suelo que tenemos en nuestro terreno. Este

mejora propiedades como la resistencia al esfuerzo cortante,

densifica el suelo y Ensayo de Proctor Modificado (obtención de

humedad óptima) 2 reduce los asentamientos al igual que laRelación de Soporte de California y Proctor Modificado

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permeabilidad. Este es de menor costo, sin embargo, no en todos

los casos es factible el uso de esta técnica de mejoramiento del

suelo. Es importante obtener la curva de compactación, y por

medio de esta una humedad optima, para lograr alcanzar el máximo

grado de compactación.

Las pruebas que se realizan en los laboratorios nos generan una

idea muy cercana de la humedad optima de nuestro terreno, esto

en el caso de que se realicen correctamente los procedimientos

de obtención y preparación de la muestra con el objetivo de que

se obtenga lo más representativa posible. En este informe de laboratorio también queremos estudiar el

ensayo de Relación de Soporte de California, o más conocido como

CBR (California Bearing Ratio)

En primer lugar se tratarán los objetivos de este trabajo, tanto

del ensayo en si, como de la experiencia en el laboratorio.


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Luego se explicará brevemente el marco teórico sobre el cual se

basa el ensayo, específicamente la capacidad de soporte de los

suelos. Además se explicará el desarrollo de la experiencia, los

resultados obtenidos con sus respectivos análisis y cálculos y

finalmente se harán las conclusiones y discusiones que

correspondan.


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2. OBJETIVOS

Objetivo General

Determinar la humedad necesaria en un suelo para lograr la

Compactación máxima y así conocer los resultados obtenidos al

realizar el ensayo CBR, determinando la curva tensión-

penetración de donde se obtendrá el valor relativo de soporte de

un suelo.


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Objetivos Específicos:

● Conocer las técnicas adecuadas para la preparación de

muestras para compactación.

● Establecer el contenido de humedad óptimo del material.

● Determinar el peso seco máximo en una muestra obtenido

mediante compactación.

● Determinar el número CBR, que corresponde al valor relativo

de soporte de un suelo.

3. MARCO TEORICO


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Según Juárez y Rico (1975) “la compactación busca el

mejoramiento de las propiedades mecánicas del suelo provocando

un aumento de resistencia y una disminución en la capacidad de

deformación”. A demás de estas propiedades, también encontramos

la densificación del material lo que disminuye la permeabilidad

y la erosión y brinda mayor estabilidad.

El ensayo de CBR mide la resistencia al corte (esfuerzo

cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad

controladas, permitiendo obtener un % de la razón de soporte. El

% CBR está definido como la fuerza requerida para que un pistón

normalizado penetre a una profundidad determinada, expresada en

porcentaje de fuerza necesaria para que el pistón penetre a esa

misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta

normalizada.

La ASTM denomina a este ensayo, simplemente como “Relación de

soporte” y está normado con el número ASTM D 1883-73. Relación de Soporte de California y Proctor Modificado

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Se aplica para la evaluación de la calidad relativa de suelos de

sub-rasante, algunos materiales de sub-bases y bases granulares,

que contengan solamente una pequeña cantidad de material que

pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20

mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%.

Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en

terreno.

La expresión para calcular el número CBR es la siguiente:

CBR=(CARGAUNITARIADELENSAYO )(CARGAUNITARIADELPATRON )

∗100

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras

compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo

determinado utilizando el ensayo de compactación estándar (o

modificado).Relación de Soporte de California y Proctor Modificado

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A menudo se compactan dos moldes de suelo: uno para penetración

inmediata y otro para penetración después de dejarlo saturar por

un periodo de 96 horas; este último se sobrecarga con un peso

similar al del pavimento pero en ningún caso menor que 4.5 kg.

Es necesario durante este periodo tomar registros de expansión

para instantes escogidos arbitrariamente.

En ambos ensayos, se coloca una sobrecarga sobre la muestra de

la misma magnitud de la que se utiliza durante el ensayo de

expansión. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos

propósitos:

1. Dar información sobre la expansión esperada en el suelo

bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura.

2. Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la

saturación en el campo.

El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de

compresión utilizando una velocidad de deformación unitaria de

1.27 mm/min. Se toman lecturas de carga versus penetración cada


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0.64 mm de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm a

partir del cual se toman lecturas con velocidades de penetración

de 2.5 mm/min hasta obtener una penetración total de 12.7 mm.

El valor del CBR se utiliza para establecer una relación entre

el comportamiento de los

suelos, principalmente con fines de utilización como base y

subrasante bajo pavimentos de carreteras y aeropistas.

4. METODOS Y MATERIALES

PROCTOR MODIFICADO

Preparación de muestras:

Equipo:

• Espátula

• Bandejas metálicas

• Balanzas

Procedimiento: Relación de Soporte de California y Proctor Modificado

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Se debe realizar el cuarteo de alrededor de tres carretillos de

material y reducir la muestra hasta asegurar unos 5500 kg de

material pasando el tamiz ¾.

Compactación:

Equipo:

• Mazo Proctor modificado

• Molde metálico

• Bandeja metálica

• Balanzas

• Espatula

• Probeta

• Enrasador

• Horno

Procedimiento:

Se debe agregar agua a la primera muestra hasta tener una

consistencia donde los terrenos se mantenga con textura uniforme

en este caso fue del 2%, se debe llenar el molde en 5 capasRelación de Soporte de California y Proctor Modificado

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aplicando 56 golpes por capa, luego se debe enrasar y determinar

el peso del material, se extrae una pequeña parte de la muestra

la cual se coloca en el horno para determinar el respectivo

contenido de humedad. Para las otras muestras se varía los

contenidos de agua aumentando el 2% en cada una para obtener

diversos valores de humedad. (Acorde con la ASTM D-698 y ASTM D-

1557).

CBR

Preparación de muestras:

Equipo

● Molde de compactación (con collar y base)

● Disco espaciador

● Martillo de compactación

● Aparato para medir la expansión con deformímetro de

carátula con precisión de mm

● Pesos para sobrecarga

● Máquina de compresión equipada con pistón de penetración

CBR capaz de penetrar a una velocidad de 1.27 mm/minRelación de Soporte de California y Proctor Modificado

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Procedimiento

● Preparar una muestra de suelo de grano fino menor que el

tamiz # 4, al contenido de humedad óptima del suelo

determinado con el ensayo de Proctor Modificado.


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● Pesar el molde sin su base ni el collar. Para el molde

ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador en

el molde y cubrirlo con un disco de papel filtro.

● Para cada molde retirar la base, el collar y el disco

espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y

determinara el peso unitario total del suelo.

● Colocar un disco de papel filtro sobre la base, invertir la

muestra y asegurar el molde a la base de forma que el suelo

quede en contacto con el papel filtro.

● Colocar la muestra en la máquina de compresión y sentar el

pistón sobre la superficie de suelo utilizando una carga

inicial no mayor de 4.5 kg. Fijar el cero en los

deformímetros de medida de carga y de penetración (o

deformación).

● Hacer lecturas de deformación o penetración y tomar las

respectivas lecturas del deformímetro de carga. Extruir la

muestra del molde y tomar dos muestras representativas

adicionales para contenido de humedad.


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5. CALCULOSPROCTOR

PRUEBA 1 2 3No. Golpes 56 56 56Humedad deseada % 6 9 12Humedada Natural de la muestra % 2% 2% 2%Humedad Adicional 4% 7% 10%Peso de la muestra humeda (g). 5500 5500 5500Peso de la muestra seca (g). 5392 5392 5392Agua adicional (cc) 215,69 377,45 539,21Molde No. # 19 # 15 # 17Peso de la muestra humeda y molde (g). 7936 7643 8099Peso de molde (g). 3524 2952 3524Peso de la muestra humeda (g). 4412 4691 4575Peso de la muestra humeda y molde (g). 454,6 291,7 320Peso molde (g). 80,96 34,55 36,1


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% humedad (horno). 5% 5% 10%Peso de la muestra seca (g). 436,4 278,6 293,3Peso de la muestra seca (lb). 0,96 0,61 0,65Volumen del molde (cm3) 2014,54 2014,54 2014,54Volumen molde (ft3)Peso unitario total (g/cm3). 2,19 2,33 2,27Densidad de la muestra seca (lb/ft3)Densidad de la muestra seca (g/cm3) 2,08 2,21 2,06

Ws=Wh-Wr

%w= WHR-WSR/WSR-WR*100

γd= γt / 1+% w

γt= Wt /Vt

Según estos datos obtenemos la siguiente gráfica:


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De estegraficoanteriorobtenemos queel pesoespecífico secomáximo es de

aproximadamente 2,21 g/cm3 con una humedad optima del 5%, segúnensayos realizados, se calcula ahora el porcentaje de error deldato obtenido mediante la práctica tomando como referencia esteparámetro.

e= (9-5/5)=0.8


4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11%1.952.002.052.102.152.202.25

Densidad vs Humedad

Humedad

Dens

idad

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CBR

Datos del Laboratorio

● Diámetro Pistón de Penetración [cm] 0,01

● Área pistón de penetración [cm2] 19,35

Penetración [in]

Penetración [mm]

EsfuerzoEstándar[lb/in²]

Lectura[kgf]

Esfuerzo[kg/cm²]

Esfuerzo[kPa]

0,000 0,000 - 0,00 0,00 0,000,005 0,127 0,25 0,01 1,270,025 0,635 - 0,49 0,03 2,480,050 1,270 - 2,34 0,12 11,860,075 1,905 - 6,75 0,35 34,210,100 2,540 1000 14,01 0,72 71,010,125 3,175 - 20,76 1,07 105,220,150 3,810 - 24,97 1,29 126,550,175 4,445 - 28,45 1,47 144,190,200 5,080 1500 31,53 1,63 159,800,225 5,715 1900 34,30 1,77 173,840,250 6,350 35,64 1,84 180,63

Cálculo de esfuerzosRelación de Soporte de California y Proctor Modificado

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σ=Carga

AreaPiston

Dibujar una curva de resistencia a la penetración en libras

por pulgada cuadrada (psi) o kPa versus la penetración en

pulgadas o mm.

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.3000.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00

ESFUERZO VS PENETRACION

56 Golpes26 Golpes12 Golpes


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Calculo CBR

CBR=(71,01∗6.895)1000

=0.01

6. ANALISIS DE RESULTADOS

Las muestras que se obtuvieron de la preparación para el ensayode proctor fueron de 5500 g cada una, en las cuales seeliminaron las partículas superiores a dos pulgadas debido a queestas alteran las muestras debido a las dimensiones del moldedonde se realiza la compactación. Este porcentaje eliminado sedimensiona en partículas finas para asegurar en cierto modo el


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mantener la representatividad, sin embrago esto puede ser unafuente de error. Por eso es que se sabe que los datos obtenidosen el laboratorio son una aproximación a lo real y de esto seinfiere la importancia de la representatividad de la muestra.

Respecto al contenido de humedad, se obtuvo una humedad optimadel 5%, lo que nos indica, tomando en cuenta estudios previosdel contenido de humedad este mismo suelo, que no hace faltaagregarle mucha cantidad de agua al suelo para poder llegar a lacompactación máxima que se busca.

El peso específico seco máximo, el cual se supone que nosbrindara el mejoramiento de las propiedades del suelo, seencuentra aproximadamente en 2,21 g/cm3. En este punto dondeestamos en la humedad optima, es donde obtenemos esascaracterísticas ingenieriles que se buscan.

Algunas fuentes de error en este ensayo puede ser el no mantenerel mazo Proctor en posición vertical o no colocar el molde enuna superficie plana que evite vibraciones al molde, el mantenerla muestra mucho tiempo fuera del horno después de secada puedeincurrir en que el material absorba humedad del ambiente.

El agua en el material puede beneficia la compactación hasta unpunto de equilibrio que es aproximadamente cuando el agua ocupatodos los espacios vacios dentro del suelo pero sin presentarexceso, después de este punto, el agua comienza a serperjudicial afectando la densificación del material.


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El porcentaje de error obtenido es considerablemente alto, talresultado se presume pudo haber sido por las condiciones decompactación inadecuadas y por la poca practicidad, eficiencia yexperiencia en el manejo del equipo. Además las condicionesclimáticas también influyeron en el ensayo, debido a que lasmedidas de los pesos no fueron determinadas con precisión porcausa de calibración de los equipos.

Según los resultados obtenidos tras la realización de loscálculos y basándonos en la tabla 4 para el ensayo de CBRpodemos afirmar que la muestra ensayada es para uso de subrasante.

Tabla 4 Clasificación General

Basándonos en las tablas 1 y 2 se infiere que el material es unSuelo cohesivo, plástico, poco o nada expansivo.


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Tabla 1Valores de Carga Unitaria

Tabla 3 Características Suelos según Cbr

Suelos cohesivos, plásticos, poco o nada expansivosEstos suelos son los más comunes y pertenecen a lasiguiente clasificación unificada: GM, GC, SM, SC,

CL, ML, OL.A BSe aplica a condiciones climatéricas normales y aaquellos suelos cuyo CBR no varíe apreciablemente con el contenido de humedad.

Se aplica a condicionesclimatéricas desfavorable y a aquellos suelos que sonmuy sensibles a cambiosde humedad.

No requiere estricto control de la humedad cuando Se compacta en el campo.

Se requiere un mayor control de la humedad en el campo.


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Se debe tener en cuenta que los valores descritos comoresultados para CBR son de baja calidad ya que la muestra espreparada en laboratorio, ocasionando alteraciones del suelooriginal.

A partir de los resultados arrojados por el ensayo se puedejustificar y clasificar la muestra como muy pobre.

Según el sistema de clasificación aastho la muestra puede serA5, A6 o A7, y según el sistema de clasificación unificado lopodemos tomar entre GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL., ya que el CBRno varía aparentemente con el grado y variación de humedad.


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7. CONCLUSIONES

La compactación es un método ideal para mejorar las propiedadesalgunos suelos que se utilizan en obras de construcción.

El ensayo de Proctor modificado nos ayuda a representar en ellaboratorio las técnicas de compactación utilizadas en campo.

Conocer el contenido de humedad óptimo es de mucha importanciaya que es de gran utilidad a la hora de buscar una solución paramejorar las propiedades de resistencia al cortante, densidad yotras del suelo. En el caso del material que se utilizó ennuestra prueba se obtuvo un 5% de humedad óptima


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El producto puede ser aplicado a cualquier tipo de materialutilizado en subrasantes; arcillas, limos y combinación de lasmismas.

Aumenta la capacidad portante de la sub-rasante, el cualpresenta la ventaja de obtener diseños de pavimentos mucho másóptimos.

Reduce la emisión de partículas sueltas (polvos) en formaconsiderable.

Este producto es una alternativa para el control de terracerías.Su uso puede ser ventajoso en áreas en donde hay acumulación depolvos (minas, canteras, plantas, etc.)

Como conclusión de esta experiencia podemos decir que la pruebade CBR o razón de soporte de California, permite determinar larazón de soporte de un suelo, bajo ciertas condicionescontroladas y clasificar el suelo según sus características. Porlo tanto el objetivo de esta experiencia se pudo cumplirmediante la realización del ensayo y cálculos posteriores.

Al calcular los números CBR, se pudo clasificar el sueloestudiado como: Base buena, ya que los números obtenidos CBRfueron de 52 y 56 dependiendo de la profundidad.

Para finalizar, es importante mencionar la importancia de esteensayo en obras de vialidad, ya que es necesario saber la


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calidad, capacidad de soporte del suelo para poder ejecutar lasobras sobre él.

8.BIBLIOGRAFIA

Juárez Badilla E. y Rico Rodríguez A. (2004). Mecánica de

Suelos: Teoría y aplicaciones de la mecánica de suelos.

Volumen 2, México: Editorial Limusa S.A.

Joseph Bowles (1980). Manual de Laboratorio de Suelos en

Ingeniería Civil: Mc Graw-Hill.

I.N.V. E – 148 – 07, Relación de Soporte del suelo en el

Laboratorio (CBR de laboratorio).


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