D2. Ensayo De California Bearing Ratio (cbr) – Inv E-148 (3)

ENSAYO DE CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) – INV E-148

YENY YULIETH GRANDAS HERNANDEZ - 2162272 VALENTINA PABÓN RANGEL-2171740 MARÍA PAULA PÉREZ POVEDA- 2161191

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES II GRUPO MARTES 10AM-12AM

PRESENTADO A LUIS ALBERTO CAPACHO SILVA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICO-MECÁNICAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL BUCARAMANGA MARZO DE 2020

1. INTRODUCCIÓN Es importante determinar la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo ya que factores como el tiempo y la degradación hacen que los suelos reduzcan su capacidad inicial. Se puede determinar mediante el Ensayo de Relación de Soporte (CBR) INVIAS 148 en materiales de subrasante, subbase y base para su posterior empleo en pavimentos de carreteras y pistas de aterrizaje. El presente informe se trabajó con agregados pétreos teniendo en cuenta humedades y compactaciones con el fin de determinar en que tipo de mezcla pueden ser usados. 2. OBJETIVOS - Calcular el CBR de diseño de acuerdo con el porcentaje máximo para la compactación y la densidad máxima establecida. - Determinar los tipos de mezclas en los que pueden ser utilizado el suelo estudiado en la práctica, o cualquier otro establecido en la norma. 3. MEMORIA DE CÁLCULO Inicialmente se realizó un ensayo de Proctor Modificado. A continuación se muestran los resultados del ensayo con sus respectivos cálculos. MOLDE #

10

11

13

DÍAMETRO [m]

0,152

0,152

0,152

ALTURA [m]

0,128

0,128

0,128

VOLUMEN [m3]

2,323,E-03

2,323,E-03

2,323,E-03

N° DE GOLPES

10

25

56

2 V olumen molde = Altura × π × Diámetro 4

V olumen molde = 0, 128[m] × π ×

(0,152 [m] )2 4

V olumen molde = 2, 323 × 10−3 [m3 ]

HUMEDAD DE COMPACTACIÓN PESO TARA [kg]

0,016

0,0158

0,016

0,0156

0,016

0,0152

W DE TARA + S.HÚMEDO [kg]

0,0573

0,0569

0,0528

0,0521

0,0529

0,0528

W DE TARA + S.SECO [kg]

0,0525

0,052

0,0485

0,0478

0,0486

0,0484

HUMEDAD EN %

13,151

13,536

13,231

13,354

13,190

13,253

PROMEDIO HUMEDAD EN %

13,343

H U M EDAD EN % = 100 ×

13,292

13,222

(W DE T ARA + S.HÚM EDO) − (W DE T ARA + S.SECO) (W DE T ARA + S.SECO) − (P ESO T ARA)

Cálculo tipo “HUMEDAD EN %” para Molde #10: (0,0573 [kg] ) − (0,0525 [kg] )

H U M EDAD EN % = 100 × (0,0525 [kg] ) − (0,016 [kg] ) = 13, 151 P ROM EDIO HU M EDAD EN % =

Σ(HU M EDAD EN %) 2

Cálculo tipo “PROMEDIO HUMEDAD EN %” para Molde #10: P ROM EDIO HU M EDAD EN % =

13,151+13,536 2

= 13, 343

CONTENIDO DE HUMEDAD %

13,343

13,292

13,222

W MOLDE + S.HÚMEDO [kg]

13

13,2

13,6

PESO MOLDE [kg]

8,8

8,6

8,9

W SUELO EN EL MOLDE [kg]

4,2

4,6

4,7

DENSIDAD HÚMEDA [kg/m3]

1808,27

1980,48

2023,54

DENSIDAD SECA

1595,39

1748,12

1787,23

[kg/m3]

C ON T EN IDO DE HU M EDAD % = P ROM EDIO HU M EDAD EN % W SU ELO EN EL M OLDE = (W M OLDE + S. HÚM EDO) − (P ESO M OLDE) Cálculo tipo “W SUELO EN EL MOLDE ” para Molde #10: W SU ELO EN EL M OLDE = (13 [kg] ) − (8, 8 [kg] ) = 4, 2 [kg] ELO EN EL M OLDE DEN SIDAD HU M EDAD = W VSUOLU M EN M OLDE

Cálculo tipo “DENSIDAD HÚMEDA ” para Molde #10: DEN SIDAD HU M EDAD =

4,2 [kg] 2,323×10−3 [m3 ]

[kg]

= 1808, 27 [m3 ]

DEN SIDAD HU M EDAD DEN SIDAD HU M EDAD = 1 + (P ROM EDIO HU M EDAD EN %/100)

Cálculo tipo “DENSIDAD SECA” para Molde #10:

1808,27

[kg] [m3 ]

[kg]

DEN SIDAD HU M EDAD = 1 + (13,343/100) = 1595, 39 [m3 ] HUMEDAD DE PENETRACIÓN PESO TARA [kg]

0,0158

0,0158

0,0160

0,0156

0,0160

0,0156

W DE TARA + S.HÚMEDO [kg]

0,0536

0,0580

0,0577

0,0580

0,0561

0,0550

W DE TARA + S.SECO [kg]

0,0479

0,0516

0,0516

0,0517

0,0504

0,0493

HUMEDAD EN %

17,757

17,877

17,135

17,452

16,570

16,914

PROMEDIO HÚMEDAD EN %

17,817

17,293

16,742

H U M EDAD EN % = 100 ×

(W DE T ARA + S.HÚM EDO) − (W DE T ARA + S.SECO) (W DE T ARA + S.SECO) − (P ESO T ARA)

Cálculo tipo “HUMEDAD EN %” para Molde #10: (0,0536 [kg] ) − (0,0479 [kg] )

H U M EDAD EN % = 100 × (0,0479 [kg] ) − (0,0158 [kg] ) = 17, 757 P ROM EDIO HU M EDAD EN % =

Σ(HU M EDAD EN %) 2

Cálculo tipo “PROMEDIO HUMEDAD EN %” para Molde #10: P ROM EDIO HU M EDAD EN % =

17,757+17,877 2

= 17, 817

Seguidamente se llevó a cabo el ensayo de CBR. A continuación se muestran los resultados del ensayo y sus respectivos cálculos. Molde N°

10

11

13

N° Golpes

10

25

56

Días de inmersión

4

4

4

Penetración [mm]

LEC [kg]

Carga [lb]

Presió n [Psi]

LEC [kg]

Carga [lb]

Presió n [Psi]

LEC [kg]

Carga [lb]

Presió n [Psi]

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0,6

48

105,86

35,29

60

132,32

44,12

71

156,58

52,21

1,3

61

134,53

44,85

91

200,69

66,91

110

242,59

80,88

1,9

68

149,97

50,00

110

242,59

80,88

141

310,96

103,68

2,5

74

163,20

54,41

125

275,67

91,91

170

374,91

125,00

3,8

82

180,84

60,30

149

328,60

109,56

212

467,54

155,89

5,1

90

198,48

66,18

167

368,30

122,80

250

551,34

183,83

6,4

96

211,72

70,59

184

405,79

135,30

285

628,53

209,56

7,6

102

224,95

75,00

201

443,28

147,80

311

685,87

228,68

10,2

113

249,21

83,09

228

502,83

167,65

368

811,58

270,59

12,7

122

269,06

89,71

252

555,75

185,30

423

932,87

311,04

CBR A 0,1''

5,44

9,19

12,50

CBR A 0,2''

4,41

8,19

12,26

CBR Corregido a 0,1''

No se corrige

No se corrige

No se corrige

CBR Corregido a 0,2''

No se corrige

No se corrige

No se corrige

Expansión [mm]

1,09

1,04

0,76

Expansión [%]

0,94

0,89

0,65

Para realizar los cálculos se tuvieron en cuenta los siguientes valores: Gravedad [m/s2 ]

9,81

Área pistón [m2 ]

0,001935

Altura inicial muestra [mm]

116,43

C arga [lb] = LEC [kg] × gravedad [ sm2 ] ×

0,22481 [lb] 1 [N ]

Cálculo tipo “Carga [lb]” para Molde #10 y “penetración=0,6 [mm]”: C arga [lb] = 48 [kg] × 9, 81 [ sm2 ] ×

0,22481 [lb] 1 [N ]

= 105, 86 [lb]

1 [P si] 1 P resión [P si] = LEC [kg] × gravedad [ sm2 ] × 0,001935 × 6894,76 [P a] [m2 ]

Cálculo tipo “Presión [Psi]” para Molde #10 y “penetración=0,6 [mm]”: 1 [P si] 1 P resión [P si] = LEC [kg] × gravedad [ sm2 ] × 0,001935 × 6894,76 [P a] = 35, 29 [P si] [m2 ]

C BR a 0, 1′′ =

P resión [P si] 1000 [P si]

× 100

Cálculo tipo “CBR a 0,1’’ = 2,5 mm ” para Molde #10: 54,41 [P si]

C BR a 0, 1′′ = 1000 [P si] × 100 = 5, 44 C BR a 0, 2′′ =

P resión [P si] 1500 [P si]

× 100

Cálculo tipo “CBR a 0,2’’ = 5,1 mm ” para Molde #10: 66,18 [P si]

C BR a 0, 1′′ = 1500 [P si] × 100 = 4, 41 Luego de realizar estos cálculos, se realizó la gráfica Esfuerzo [Psi] vs Penetración [mm] para verificar si era necesario corregir el CBR:

Debido a que las curvas de Esfuerzo [Psi] vs Penetración [mm] para el molde 10, molde 11 y molde 13 son cóncavas hacia abajo, no se realiza corrección del CBR. Luego se realizó el cálculo de “Expansión %”: resión [mm] E xpansión [%] = Altura Pinicial muestra [mm] × 100

Cálculo tipo “Expansión %” para Molde #10: 1,09 [mm]

E xpansión [%] = 116,43 [mm] × 100 = 0, 94

Seguidamente se procede a calcular el CBR de diseño, para la cual se graficó “Densidad Seca [kg/m3 ] vs CBR”. Para ello se toman los valores máximos de CBR calculados para cada molde y la Densidad Seca [kg/m3 ] calculada en Proctor Modificado para cada uno: Molde N°

CBRmax [%]

Densidad Seca [kg/m3 ]

10

5,44

1595,39

11

9,19

1748,12

13

12,50

1787,23

CBR DE DISEÑO % Densidad Max

Densidad

CBR [%]

95

1702,4

8,76

98

1756,16

10,72

100

1792

12,02

Densidad Proctor Modificado [kg/m3 ]

1792

Teniendo en cuenta la Densidad Proctor Modificado especificada (1792 [kg/m3 ] ) y la ecuación de la curva en la gráfica, se calculan los valores de CBR para una Densidad del 95%, 98% y 100% de la especificada. C BR[%] =

Densidad−1461,7 27,477

Cálculo tipo “% Densidad Max =95”: C BR[%] =

1702,4−1461,7 27,477

= 8, 76

4. CONCLUSIONES - El material no cumple con las requisitos de agregados pétreos para la construcción de bases estabilizadas con emulsión asfáltica de INV E-340 tabla 340.2, ya que el requisito min es de 20%. - El material no cumple con las requisitos de suelos aptos para la construcción de bases estabilizadas con emulsión asfáltica de INV E-340 tabla 340.3, ya que el requisito min es de 15%. - Según INV-E 231 tabla 231-3 se requiere que la subrasante tenga un CBR ≥​ 3% para que la función de separación por parte del geotextil sea efectiva, por lo que este material cumple para los tres valores de CBR. - Según INV-E 232 tabla 232-3 se requiere que la subrasante tenga un CBR entre 1​≤ ​CBR< 3% p​ara que la función de estabilización por parte del geotextil sea efectiva, por lo que este material NO cumple para los tres valores de CBR. - Según INV-E 311 tabla 311-1 se requiere que el afirmado sobre la subrasante terminada o ya existente tenga un CBR ≥​ 15 % para sus agregados, por lo que este material NO cumple para los tres valores de CBR. - Según INV-E 320 tabla 320-2 se requiere que los agregados de las sub-bases granulares tenga un CBR mínimo de 30%, 30% y 40% para cada nivel de tránsito ( NT1, NT2 y NT3) respectivamente; este material NO cumple para los tres valores de CBR. - Según INV-E 330 tabla 330-2 se requiere que los agregados de las bases granulares tenga un CBR mínimo de ≥​ ​80%, ≥​ ​80% y ≥​ 9​5% para cada nivel de tránsito ( NT1, NT2 y NT3) respectivamente; este material NO cumple para los tres valores de CBR. -Según INV-E 340 tabla 340-9 la verificación de CBR en agregados pétreos y suelos granulares se debe realizar una vez al mes. 5. BIBLIOGRAFÍA [1] INVIAS 2012, Especificaciones Generales de Construcción de carreteras. 6. ANEXOS