practica N°4-CBR Y EXP

Universidad Autónoma de Yucatán

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Pavimentos

Ing. Javier Amaya

PRÁCTICA NO. 4

“Valor soporte de california (CBR) y expansión (exp) en el

laboratorio”

ALUMNOS

Gilberto Irigoyen Irigoyen

Carrillo Medina Alberto

Delgado Del Bosque Héctor

1

Índice Objetivos ............................................................................................................................................. 2

Introducción ........................................................................................................................................ 2

Referencias .......................................................................................................................................... 3

Equipo ................................................................................................................................................. 4

Procedimiento ..................................................................................................................................... 5

Compactación .................................................................................................................................. 5

Expansión ........................................................................................................................................ 7

Cálculos ............................................................................................................................................... 9

Prueba A con pistón de 2.5 kg con 56 golpes. ................................................................................ 9

Compactación .................................................................................................................................. 9

Expansión ...................................................................................................................................... 10

Saturación ..................................................................................................................................... 10

Penetración ................................................................................................................................... 11

Curva CARGA-DEFORMACIÓN ....................................................................................................... 11

Prueba B con pistón de 2.5 kg con 25 golpes. ............................................................................... 13

PRUEBA DE PENETRACIÓN ............................................................................................................ 14

Prueba C con pistón de 4.54 kg con 56 golpes. ............................................................................. 16

Compactación ................................................................................................................................ 16

Expansión ...................................................................................................................................... 16

Saturación ..................................................................................................................................... 16

Penetración ................................................................................................................................... 17

Curva deformación- carga ............................................................................................................. 18

Curva γd – CBR ................................................................................................................................... 19

Requerimientos de los materiales para la estructura de un pavimento .......................................... 21

Terracerías ..................................................................................................................................... 21

Bases y subbases ........................................................................................................................... 21

Conclusión ......................................................................................................................................... 21

Bibliografía ........................................................................................................................................ 21

2

Métodos de muestreo y prueba de materiales

Suelos y materiales para terracerías

Valor de soporte california (CBR) y Expansión

Objetivos

Determinar la expansión del material utilizado en terraplén, subyacente y subrasante

originada por la saturación. También se hallará el valor del soporte California en muestras

que serán compactadas de forma dinámica además de que se verificará que cumplan con

lo indicado en las normas.

Cada equipo hará un espécimen para hallar el contenido de agua de cada uno, así como

el valor del soporte California mediante un proceso de saturación.

La expansión se tomará en cuenta al aumento de la altura del espécimen puesto que esto

indica el cambio volumétrico en el espécimen.

Con los valores obtenidos del soporte de california de 2.54 y 5.08 se hallará el CBR de

cada muestra y después se juntarán los datos para realizar la gráfica.

Introducción Mide la resistencia del suelo a la penetración de un pistón de 1935 mm2 (3 pulg2) de área

de una probeta de 15 cm. (6 pulg.) de diámetro y 12.5 cm. (5 pulg.) de altura, con una

velocidad de 1.27 mm/min. (0.05 pulg./min.). La fuerza requerida para forzar el pistón

dentro del suelo se mide a determinados intervalos de penetración. Estas fuerzas se

comparan con las necesarias para producir iguales penetraciones en una muestra patrón

que es una piedra partida bien graduada. El CBR es, por definición:

Carga que produce una penetración de 2.5 mm en el suelo

Carga que produce una penetración de 2.5 mm en la muestra patrón

Y se mide en porcentaje, el cual es muy variable, 2 a 3% para arcillas plásticas a 70% o

mas para materiales granulares de buena calidad.

Los suelos finos son compactados a la humedad óptima antes de ser ensayados. Los

suelos granulares se compactan a diferentes contenidos de humedad por encima y por

debajo del óptimo. Las muestras se sumergen en agua durante 96 horas antes del ensayo

para simular las condiciones de saturación y tener así los CBR en las condiciones mas

críticas. Se pueden agregar pesos a la superficie de la probeta para simular las

3

sobrecargas debidas al peso del paquete estructural.

Dado que este ensayo es, por naturaleza arbitrario, tiene bastantes limitaciones, pero sus

mayores ventajas son su simpleza y la gran cantidad de datos existentes y acumulados

permiten una buena correlación.

El método CBR para diseño de pavimentos fue uno de los primeros en usarse. Se basa

en que a menor valor de CBR de subrasante, se requieren mayores espesores de

pavimento para protegerlo de las solicitaciones del tránsito.

Referencias Normas y Manuales:

Materiales para terraplén…………………… N.CMT.1.01

Materiales para subyacente…………………N.CMT.1.02

Materiales para subrasante………………….N.CMT.1.03

Muestreo de materiales para terracería... M.MMP.1.01

Secado, disgregado y cuarteo de muestras... M.MMP.1.03

Contenido de agua……………………………………..M.MMP.1.04

Granulometría de materiales compactables para terracerías…. M.MMP.1.06

Compactación AASHTO………………………M.MMP.1.09

4

Equipo 1. Equipo de carga con:

- Gato de carga

- Marco de carga adosado al gato de carga

- Anillos de medición de carga calibrados

- Pistón de penetración de acero con sección circular

- Un extensómetro para medir la penetración

- Cronómetro

2. Dispositivos de medición de expansión

- Una placa de expansión

- Un trípode para soportar el extensómetro

3. Moldes

4. Disco espaciador

5. Pisones

6. Base cúbica

7. Placas de carga

- Una o dos anulares

- Dos placas ranuradas

8. Tanque de saturación

9. Mallas ¾ y Nº 4

10. Balanza

11. Charolas

12. Cucharón

13. Probetas

14. Regla

15. Papel filtro

5

Procedimiento

Compactación

1.-Con las porciones de material preparadas como se indica en la clausula E se

compactan tres especímenes en forma que se describe a continuación, con las energía de

compactación aplicando el numero de golpes por capa con el pisón que corresponda

según la utilización prevista del material en estudio y del espécimen que se trate

2.- se ensambla un molden con un collarín de extensión a la placa sin perforaciones por

medio de las abrazaderas y se lubrican con aceite las paredes del molde, se inserta el

disco espaciador dentro del molde, se coloca un papel filtro sobre el disco para impedir

que el material se adhiera a él.

3.- se coloca el molde apoyado sobre la base cubica una de las porciones de material y se

compacta con el pisón aplicando uniformemente repartidores en la superficie de la capa

del material en número de golpes según corresponda su utilización prevista y del

espécimen de que se trate, se escarifica la capa antes de poner el material sobre esta

para que así puede adherirse mejor

4.- terminada la compactación de todas la capas se retira el collarín de extensión del

molde y se verifica que el material no sobresalga del molde de un espesor promedio a 1.5

cm como máximo de lo contrario la compactación se repite para lo que se extrae material

del molde se disgrega se mezcla cuidadosamente para homogeneizarlo y se compacta

6

como se indica en el inciso anterior pero disminuyendo ligeramente el tamaño de las

porciones del material en cada capa

5.- una ver retirado el collarín de extensión se enraza cuidadosamente con una regla

metálica depositando en una charola el material excedente para determinar su contenido

de agua de compactación.

6.- se rellena con material fino las oquedades se desprende de la placa de base del molde

con el espécimen se retira el disco espaciador y se determina la masa del molde con el

espécimen.

7

Expansión

1.- inmediatamente después de obtenida la masa del molde con el espécimen

compactado se coloca un papel filtro sobre la placa de base perforada se invierte el molde

con el espécimen de tal manera que su fondo sea ahora la parte de arriba se coloca un

papel filtro en contacto con el espécimen y se ensamble al molde a la placa de base

perforada por medio de las abrazaderas.

2.- se coloca sobre el espécimen compactado una placa de expansión con su vastaho

ahustable y las placas de carha que sean necesarias para producir una sobrecarha

equivalente a las capas que se constrira sobre la capa del material en estudio

3.- se introduce cuidadosamente el molde en el tanque de saturacion de manera que se

perita el libre fluho de ahua tanto en la parte inferior como en la superior del especimen

se coloca el tripode del dispositivo de medicion de expansión sobre el molde con su

extensometro arriba del vastaho de la placa de expansión el que se ahusta al hacer

contacto con el vastaho del extensometro y se dho saturar durante 96 horas para

meteriales hraulares que presente drenahe rapido podra ser mas corto pero no menor a

24 horas.

4.- al temrinar el periodo de saturacion se efectua la lectura final del extensometro

5.- se retira del tanque de saturacion el molde del especimen cuidadosamente se elimina

el ahua d ela parte superior y se deha drenar 15 min

6.-inmediatemente despues d eobtenidfa la masa del molde con el especimen saturado se

ensambla el molde a la placa sin perforaciones por medio de abrazaderas en la misma

posicion que tenia durante el proceso de aturaicon se coloca sobre el equipo de carha

8

sobre el una plato de carha anular aplica carha inicial de 4.38 kh y se colocan las placas

ranulares necesarias para reproducir la sobrecarha

7.- sin retirar a carha se ahusta el extensometro para medir la penetracion

8.- con luida la penetracion de especimen este se corta linhitudinalmente y se saca una

muestra representatica para medir el contenido de ahuare

9

Cálculos Prueba A con pistón de 2.5 kg con 56 golpes.

Compactación

Para la prueba de compactación con el material húmedo es decir, en las condiciones de

campo arrojo los siguientes datos:

Compactación Prueba A

W(molde+base+disco) (gr) 18300

W (molde+base+disco+masa) 22520

W húmedo (kg) 4.22

Volumen (m3) 0.0021233

Masa volumétrica húmeda (kg/m3)

1987.472331

Humedad Prueba A

W húmedo (gr) 587.5

W seco (gr) 523.8

Humedad (%) 12.1611302

1) Se calcula la masa volumétrica del material húmedo del espécimen mediante la

expresión:

2) Se calcula la masa volumétrica seca del espécimen, mediante la expresión:

10

𝛾𝑑 𝑘𝑔

𝑚

Expansión

La segunda prueba fue la de expansión, que arrojo los datos siguientes:

Expansión Prueba A

Lo 11.98

Lf 11.98

ΔL 0

Debido a la inexistencia de expansión, no hay valores que calcular.

Saturación

La tercera prueba fue la de saturar el material, los datos arrojados fueron:

Saturación Prueba A

W (molde+masa) (kg) 12.24

W (molde) 8.02

W (masa) 4.22

Volumen (m3) 0.003243341

Peso volumétrico saturado (kg/m3)

1301.127522

Se obtiene los valores de la humedad:

Humedad (saturado) Prueba A

Peso húmedo (gr) 100

Peso seco (gr) 87.5

Humedad (%) 14.28571429

11

Penetración

La última prueba fue la de penetración fue la de penetración, cuyos datos arrojados

fueron:

Deformación Carga (KN)

0 0

0.64 0.698187

1.27 1.745468

1.91 3.054569

2.54 4.538217

3.81 7.592786

5.08 10.51644

7.62 15.62194

10.16 19.76743

12.7 23.302

Curva CARGA-DEFORMACIÓN

Con los datos obtenidos se realiza la gráfica penetración-carga.

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15

Series1

12

Y se obtienen gráficamente los valores de , para ello aplicamos un zoom a la

gráfica anterior,

Los valores son:

Obtenemos los valores del CBR mediante las siguientes relaciones:

Elegimos el menor como valor del CBR, este será entonces igual a 34.02

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 1.27 2.54 3.81 5.08 6.35 7.62

carg

a (K

N)

penetración (mm)

CARGA-PENETRACIÓN

13

Prueba B con pistón de 2.5 kg con 25 golpes.

Los datos de esta prueba fueron obtenidos por los integrantes de otro turno, es por ello

que los resultados se encontraran de forma resumida.

DATOS DE HUMEDAD Y SATURACIÓN.

Molde PRUEBA B

Diámetro interior Dm (mm) 151.6

Altura molde Hm(mm) 177.44

Altura disco espaciador Hde (mm) 61.4

Masa del molde (Wm) (g) 5540

Masa molde + espécimen compactado (Wm+ei)(g) 9380

Masa molde + espécimen saturado (Wm+ef)(g)

9620

Capsula 1

Masa capsula 163.7

Masa capsula + suelo húmedo 410.3

Masa capsula + suelo seco 378.3

Contenido de agua saturado wsat(%) 14.91

Masa volumétrica seca (kg/m3) 1695.18

Contenido de agua compactado wc(%) 10.82

Lectura inicial de expansión ho(mm) 1.60

Lectura final de expansión hf(mm) 1.62

Diferencia deltaH (mm) 0.02

Expansión Expi(%) 0.017

14

PRUEBA DE PENETRACIÓN

Tiempo

(min)

Penetración

(mm)

Lectura (mm/100) Carga kg Carga (kN)

0 0 0 0 0.00

0.5 0.64 3.5 62.3 0.61

1 1.27 7.5 133.5 1.31

1.5 1.91 12.5 222.5 2.18

2 2.54 17.5 311.5 3.06

3 3.81 27.8 494.84 4.85

4 5.08 38 676.4 6.64

6 7.62 55 979 9.60

8 10.16 70 1246 12.22

10 12.7 84 1495.2 14.67

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0 2 4 6 8 10 12 14

carg

a K

N

penetracion en mm

curva carga-penetracion

Series1

15

Calculando el valor de soporte california, se calcula con las siguientes formulas:

Donde:

C2.54= 3.06 C5.08= 6.64

= 33.18

Tomando el valor menor como el valor CBR igual a 22.93

16

Prueba C con pistón de 4.54 kg con 56 golpes.

Los datos de esta prueba fueron obtenidos por los integrantes de otro turno, es por ello

que los resultados se encontraran de forma resumida.

Compactación

Compactación

W(molde+base+disco) (g) 18020

W(molde+base+disco+material) (g) 22360

W material (g) 4340

Expansión

Expansión

hf (mm) 12.99

h0 (mm) 13.01

W(molde+base+disco) (g) 18440


W material (g) 4300

Exp 0.01124471

Saturación

Material saturado


W(base perforada) (g) 2540

W(molde cilíndrico) (g) 5660

Obtención del porcentaje de humedad.

Determinación wsat

Wm (g) 241.2

Ws (g) 216.2

%H 11.56

17

1) Se calcula la masa volumétrica del material húmedo del espécimen mediante la

expresión:

2) Se calcula la masa volumétrica seca del espécimen, mediante la expresión:

𝛾𝑑 𝑘𝑔

𝑚

Penetración

Deformación Carga (KN)

0 0

0.64 0.59345912

1.27 1.41382908

1.91 2.60074732

2.54 4.0145764

3.81 7.47060304

5.08 11.22335924

7.62 18.0655938

10.16 23.96527564

12.7 29.00967816

18

Curva deformación- carga

Y se obtienen gráficamente los valores de , los valores son:

Obtenemos los valores del CBR mediante las siguientes relaciones:

Elegimos el menor como valor del CBR, este será entonces igual a 30.09

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 1.27 2.54 3.81 5.08 6.35 7.62

Penetración-Carga

19

Curva γd – CBR En la siguiente grafica se obtiene el valor del CBR del material obteniendo el valor del

peso volumétrico seco máximo de la prueba de laboratorio AASHTO anteriormente hecha,

los datos de las pruebas anteriores se agrupan a continuación:

PRUEBA A

PRUEBA B

PRUEBA C

20

Los valores anteriormente nombrados son graficados:

El máximo valor de la masa volumétrica seca es:

Obtenemos el valor en la gráfica y ese es el valor del CBR del material:

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

1690 1700 1710 1720 1730 1740 1750 1760 1770 1780

CB

R (

%)

Masa Volumetrica Seca

γ - CBR

21

Requerimientos de los materiales para la estructura de un

pavimento Terracerías

a) Terraplén

Los valores del CBR se cumplen porque el mínimo es 5% y nuestro resultado fue

el 28.7% y también con el valor de expansión máxima.

b) Subyacente



c) Subrasante



Bases y subbases

No cumple para ninguna ya que el CBR de estas capas va entre 50% y 60%, valores muy

lejanos al obtenido, por lo que el material no es apto para Base o Subbase.

Conclusión Conocer las características del suelo en cuanto a su porcentaje de CBR y su valor de

expansión son de gran ayuda para determinar las características de calidad del material,

lo que nos permitirá saber si el suelo con el que estamos trabajando es adecuado para el

tipo de carretera que se ha diseñado y si no lo cumpliese mejorar las características del

suelo mediante cualquier método alguno podría ser la extracción del material de poca

calidad y sustituirlo por otro traído de algún banco, esto permitirá proporcionar una

estructura más estable, evitando que la carretera falle ante las lluvias o por los equipos

muy pesados que lo transitan.

Bibliografía Badillo, J., Eulalio y Rico Rodríguez, & Alfonso. (s.f.). Mecánica de suelos. Tomo 1. “fundamentos de

la mecánica de suelos. Limusa S.A.

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