UNIVERSIDAD DE IBAGUÉINGENIERIA CIVIL

2015

Laboratorio CBR inalterado y cono de arena

Nadia Valentina Viña Moreno

Edward Alexander Orjuela Andapiña

Juan Pablo Salcedo Monroy

Universidad de Ibagué

Facultad de ingeniería

Programa de ingeniería civil

Ibagué - Tolima

2015

Laboratorio CBR inalterado y cono de arena

Nadia Valentina Viña Moreno

Edward Alexander Orjuela Andapiña

Juan Pablo Salcedo Monroy

Pavimentos

Ing. Ricardo Rodríguez Plata

Universidad de Ibagué

Facultad de ingeniería

Programa de ingeniería civil

Ibagué - Tolima

2015

CONTENIDO

1. Introducción……………………………………………………………....52. Objetivos……………………………………………………………….....53. Marco teórico…………………………………………………………......54. Materiales………………………………………………………………....85. Procedimiento………………………………………………………….....86. Cálculos…………………………………………………………………..137. Conclusiones……………………………………………………………...148. Bibliografía……………………………………………………………….15

1. INTRODUCCIÓN.

El CBR (relación soporte de California) es un ensayo en el cual se busca medir la resistencia al corte bajo condiciones de humedad y densidad alterada. Lo que se busca con este ensayo es aplicar una carga uniforme sobre un área distribuida, con el fin de determinar el esfuerzo y las deformaciones que se producen en el suelo de ensayo.

El CBR inalterado, tiene el mismo objetivo del CBR de laboratorio, su diferencia es la obtención de la muestra a estudiar; ya que el suelo del CBR inalterado debe ser una muestra tomada de campo, exactamente de la zona donde se requiera hacer el diseño de pavimentos, esta muestra debe ser cuidada de tal forma que no se altere su composición para que al momento de llevarla al laboratorio no cambien sus propiedades y los resultados obtenidos sean condiciones reales.

2. OBJETIVOS.

- Determinar la resistencia al corte del suelo extraído por medio del ensayo de laboratorio CBR inalterado.

- Calcular los esfuerzos producidos en la masa de suelo a medida que se le aplica una carga constante.

- Calcular el índice CBR para 0,1” y 0,2” del suelo de subrasante.

-Determinar la densidad húmeda y seca del suelo de subrasante.

3. MARCO TEORICO.

CONO DE ARENA (DENSIDAD O MASA UNITARIA DEL SUELO EN EL TERRENO MÉTODO DEL CONO DE ARENA I.N.V. E – 161 – 07)

Este método de ensayo se usa para determinar la densidad de los suelos compactados, utilizados para construir terraplenes, rellenos viales y rellenos estructurales. Se usa con frecuencia, como base para la aceptación de suelos compactados a una densidad especificada o un porcentaje de densidad máxima determinada por los métodos de ensayo de las normas INV E – 141 o INV E – 142.

Así mismo, el uso de este método de ensayo está limitado, generalmente, a suelos en condición no saturada. No se recomienda este método para suelos blandos o friables (que se desmoronan fácilmente) o en condición tan húmeda que el agua se escurra hacia el hueco excavado para la prueba. En los suelos que se deforman fácilmente o que pueden cambiar

de volumen por la vibración generada al excavar el hueco, o por pasar o caminar cerca al hueco durante el ensayo, se puede afectar la exactitud de la prueba.

MÉTODO PARA MUESTRAS INALTERADAS

Mediante este método, se determina el CBR de un suelo cohesivo en estado natural. Se diferencia del CBR de laboratorio sólo en la toma de muestras, ya que los pasos para determinar las propiedades expansivas y la resistencia a la penetración son similares.

El procedimiento consiste en ir comprimiendo o hincando el molde contra la superficie del terreno y al mismo tiempo retirando el suelo de alrededor del molde, hasta que la muestra de suelo entre en el collarín superior por lo menos 25 mm, cuidando reducir al mínimo las perturbaciones de la muestra.

Finalmente, se retira el molde realiza dando un movimiento como cortando el suelo, se retira el collarín superior, se enrasan ambas caras de la muestra y se les vierte parafina sólida derretida con el fin de evitar pérdidas de humedad en el traslado al laboratorio. El peso unitario y la humedad deberán ser determinados por medio del ensayo de densidad in situ, eligiendo un lugar próximo a aquel desde donde se obtuvieron las muestras.

MÉTODO CBR IN SITU

Es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la estructura que soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos y en movimientos de tierra importantes.

Lo usual es determinar primero la densidad in situ del material en el lugar de ensayo, el cual puede ser usado bajo cualquiera de las siguientes condiciones:

- Cuando in situ la densidad y el contenido de agua son tal que el grado de saturación es de un 80% o superior.

- Cuando el material es de granos gruesos y su cohesión es tal que no se vea afectado por cambios en la humedad.

- Cuando el material ha estado en el lugar por varios años. En estos casos La humedad no es constante pero fluctúa dentro de rangos estrechos y el ensayo CBR in situ se considera como un indicador satisfactorio de la capacidad de soporte del suelo.

Por lo general se elige un lugar donde no haya piedras mayores a 3/4”, deberá removerse el material suelto y nivelar la superficie, luego se coloca un sistema de reacción montando un gato, con anillo dinamométrico y pistón, en forma vertical, aplicando la reacción con un vehículo cargado u otro sistema. En caso de que el pistón sea colocado en forma horizontal, la reacción será dada por la pared contraria del pozo construido para este efecto.

Se colocan los anillos de sobrecarga directamente al suelo y se carga el pistón al suelo con una fuerza menor que 4,54 kg. Se debe instalar un dial comparador para registrar las lecturas de deformaciones, en un punto que permanezca constante e inmóvil (por ejemplo una viga Empotrada al suelo en poyos de hormigón).

La penetración se realiza en forma similar al ensayo tradicional y el ensayo se repite en otros dos puntos escogidos con anterioridad. La forma de expresar los resultados también es idéntica al método de laboratorio, es decir, trazando la curva tensión contra penetración, corrigiendo la curva si fuese necesario y calculando el CBR in situ, usando los valores de penetración de 0,1” y 0,2”.

4. MATERIALES.

- Muestra de suelo (inalterado).- Deformimetro.- Molde cilíndrico más collar.- Disco espaciador.- Pisón.- Pesas.- Dispositivo de carga.- Recipientes- Horno- Balanza

5. PROCEDIMIENTO.

CONO DE ARENA

1. Se prepara el terreno donde se quiera realizar la excavación quitando la capa vegetal y llegando a la profundidad indicada por el director del laboratorio. (VER Imagen1)

Imagen 1

2. Se instala la plantilla metálica donde se va a iniciar la perforación manual, y se excava con martillo y una estaca metálica, se perfora en varias direcciones hasta

llegar a una profundidad deseada, el material que se extrae se saca y se coloca aparte para que se realice la toma de su peso, se pule cuidadosamente las paredes de la perforación. (VER Imagen2)

Imagen2

3. Posterior a esto se toma el peso del cono de arena inicial y se registra, se ajusta el cierre que queda en el cono para que al voltearlo la arena no caiga en el agujero

4. Se instala el cono (cerrado) sobre la placa metálica, y una vez colocada sobre esta, se procede a abrir el cono. Se espera hasta que la perforación se llene del material del cono. Mientras esto ocurre, se toma el peso de la muestra excavada y esta muestra se lleva al laboratorio para conocer el valor del testigo de humedad. (VER Imagen3)

Imagen 3

5. Cuando la arena llena todo la perforación, se cierra la llave del cono, y se procede a pesar la arena que quedo en este y se registra su valor.

6. Una vez pesado, se procede a devolver la arena perteneciente al cono limpiando la perforación, y tamizando la arena que se ingrese en el cono, para que en este no ingrese material extraño y altere su peso y densidad. Se cierra la válvula como paso final. (VER Imagen4)

Imagen 4

CBR INALTERADO

1. La muestra tomada para el ensayo de CBR inalterado fue adquirida del terreno de consultorio jurídico en la Universidad de Ibagué.

2. Se limpió el terreno quitando la capa vegetal. (VER Imagen5)

Imagen5

3. Se excavo hasta una profundidad tantica y se nivela el terreno con el fin de hincar el molde de CBR. (VER Imagen6)

Imagen6

4. El molde de CBR para muestras inalteradas es distinto, ya que este en su perímetro tiene un filo el cual permite que entre con facilidad al terreno.

5. El molde es hincado totalmente. (VER Imagen7)

Imagen7

6. Se excavo por los lados donde estaba hincado el molde, tratando de no tocarlo para no alterar la muestra adquirida, luego de este se jalo el molde para poder sacarlo. (VER Imagen8)

Imagen8

7. El molde fue enrasado y se tomaron las medidas necesarias de este, después el molde fue sumergido en los tanques de agua que quedan cerca al laboratorio de suelo de la Universidad de Ibagué. (VER Imagen9)

Imagen9

8. Al tercer día se tomó la medida de la lámina de agua que había encima del molde, luego se sacó el mismo y se dejó por 10 minutos quieto con el fin de evacuar el exceso de agua. (VER Imagen10 e imagen 11)

Imagen10

Imagen11

9. Luego se iba a realizar la lectura de expansión después de la inmersión, pero esta no se pudo realizar debido a que el deformimetro no estaba sujeto al trípode de manera adecuada. (VER Imagen12)

Imagen12

10. Finalmente fue fallado en el dispositivo de carga, donde se tomaron las deformaciones que se produjeron el suelo con respecto a una carga distribuida en el área. (VER Imagen13)

Imagen13

6. CALCULOS.

Humedad después de inmersiónW recipiente + muestra húmeda (gr) 715,8

W recipiente + muestra seca (gr) 592,4W recipiente (gr) 67,6

W natural del suelo de exploración (%) 21,8

Datos del ensayo de cono de arenaPeso cono + embalse + arena después del

ensayo (gr) 3139Peso cono + embalse + arena antes del

ensayo (gr) 6821Constante del cono 1771

Peso del suelo extraído del hueco (gr) 2075Densidad de la arena del cono (gr/cm³) 1,524

Pistón de penetraciónDiámetro (mm) 49,63

Área (mm²) 1934,54

CBR PATRONPenetración (mm) Presión (MPa)

2,54 6,95,08 10,35

Deformación Carga Esfuerzomm N MPa

0 0 0

0,64 260 0,1341,27 435 0,2251,9 550 0,284

2,54 660 0,3413,81 820 0,4245,08 950 0,4916,35 1080 0,5587,62 1195 0,618

10,16 1405 0,72612,7 1595 0,824

0 2 4 6 8 10 12 140

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

CBR INALTERADO

Deformación (mm)

Esfu

erzo

(MPa

)

CBR0,1 in 4,9440,2 in 4,745

Pesos específicosVolumen (cm³) 1253,93701

δ muestra (gr/cm³) 1,655δ seco (gr/cm³) 1,359

δ saturado (gr/cm³) 1,676

7. CONCLUSIONES.

El ensayo de CBR para 0,1 in y 0,2 in calculados fueron 4,94% y 4,75% respectivamente, lo que concluye que el suelo de sub rasante es muy malo con

respecto al suelo patrón, por consiguiente se recomienda hacer mejoramientos en el terreno si se tiene proyectado realizar un diseño de pavimento, este mejoramiento puede realizarse por medio de métodos físicos (mezclado con otro material de mejores características plásticas y de resistencia) y/o químicos (cal, cemento, asfalto, entre otras).

La humedad natural del suelo en campo fue de 21,8% y la calculada en laboratorio fue de 23,51%, lo que evidencia la exposición a la inmersión realizada en la muestra que se llevó a laboratorio, esta ganancia se debe a que las partículas más finas tienen la capacidad de absorber el agua debido a su composición química y a su esqueleto mineral que tiende a acomodar el agua dentro de su estructura.

La excavación donde se realizó el CBR no fue profundamente considerable, esto afecta directamente la resistencia del suelo analizado, puesto que si esta profundidad fuese más grande tendría mejores características de resistencia (teóricamente hablando), lo que impide que hallan mayores deformaciones en el mismo.

8. BIBLIOGRAFIA.

- http://ingenieriasalva.blogspot.com/2008/12/metodo-para-muestras-inalteradas.html- http://webidu.idu.gov.co:9090/jspui/bitstream/123456789/31708/7/60017406-

03.pdf

- Vía interna SENA 070 - https://www.youtube.com/watch?v=lzsSN-VZHjA