Lab CBR y proctor pavimentos

LABORATORIO DE PROCTOR Y COMPACTACION (C.B.R.) Presentado por: NANCY ALEJANDRA CACERES Cód. 3021021709 REINALDO BARRERA OROZCO Cód. 3021120622 EDIWN ALVARADO PEREZ Cód. 3020911506 DIEGO ALEJANDRO RODRIGUEZ Cód. 3021211390 UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2015 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCION 3 2. OBJETIVOS 5 3. MARCO TEORICO 6 4. METODOS Y MATERIALES 8 5. CALCULOS 12 6. ANALISIS DE RESULTADOS 16 7. CONCLUSIONES 19 8. BIBLIOGRAFIA 20 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 la 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. 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. 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. 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. MARCO TEORICO 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. 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: 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). 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: Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de pavimento cuando el suelo se satura. 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 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. METODOS Y MATERIALES PROCTOR MODIFICADO Preparación de muestras: Equipo: Espátula Bandejas metálicas Balanzas Procedimiento: 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 capas 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/min 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. 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. CALCULOS PROCTOR PRUEBA 1 2 3 No. Golpes 56 56 56 Humedad deseada % 6 9 12 Humedada Natural de la muestra % 2% 2% 2% Humedad Adicional 4% 7% 10% Peso de la muestra humeda (g).   5500 5500 5500 Peso de la muestra seca (g). 5392 5392 5392 Agua adicional (cc) 215,69 377,45 539,21 Molde No. # 19 # 15 # 17 Peso de la muestra humeda y molde (g). 7936 7643 8099 Peso de molde (g). 3524 2952 3524 Peso de la muestra humeda (g). 4412 4691 4575 Peso de la muestra humeda y molde (g). 454,6 291,7 320 Peso molde (g). 80,96 34,55 36,1 % humedad (horno). 5% 5% 10% Peso de la muestra seca (g). 436,4 278,6 293,3 Peso de la muestra seca (lb). 0,96 0,61 0,65 Volumen del molde (cm3) 2014,54 2014,54 2014,54 Volumen molde (ft3)       Peso unitario total (g/cm3). 2,19 2,33 2,27 Densidad 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: De este grafico anterior obtenemos que el peso específico seco máximo es de aproximadamente 2,21 g/cm3 con una humedad optima del 5%, según ensayos realizados, se calcula ahora el porcentaje de error del dato obtenido mediante la práctica tomando como referencia este parámetro. e= (9-5/5)=0.8 CBR Datos del Laboratorio Diámetro Pistón de Penetración [cm] 0,01 Área pistón de penetración [cm2] 19,35 Penetración [in] Penetración [mm] Esfuerzo Estándar [lb/in²] Lectura [kgf] Esfuerzo [kg/cm²] Esfuerzo [kPa] 0,000 0,000 - 0,00 0,00 0,00 0,005 0,127   0,25 0,01 1,27 0,025 0,635 - 0,49 0,03 2,48 0,050 1,270 - 2,34 0,12 11,86 0,075 1,905 - 6,75 0,35 34,21 0,100 2,540 1000 14,01 0,72 71,01 0,125 3,175 - 20,76 1,07 105,22 0,150 3,810 - 24,97 1,29 126,55 0,175 4,445 - 28,45 1,47 144,19 0,200 5,080 1500 31,53 1,63 159,80 0,225 5,715 1900 34,30 1,77 173,84 0,250 6,350   35,64 1,84 180,63 Cálculo de esfuerzos Dibujar una curva de resistencia a la penetración en libras por pulgada cuadrada (psi) o kPa versus la penetración en pulgadas o mm. Calculo CBR ANALISIS DE RESULTADOS Las muestras que se obtuvieron de la preparación para el ensayo de proctor fueron de 5500 g cada una, en las cuales se eliminaron las partículas superiores a dos pulgadas debido a que estas alteran las muestras debido a las dimensiones del molde donde se realiza la compactación. Este porcentaje eliminado se dimensiona en partículas finas para asegurar en cierto modo el mantener la representatividad, sin embrago esto puede ser una fuente de error. Por eso es que se sabe que los datos obtenidos en el laboratorio son una aproximación a lo real y de esto se infiere la importancia de la representatividad de la muestra. Respecto al contenido de humedad, se obtuvo una humedad optima del 5%, lo que nos indica, tomando en cuenta estudios previos del contenido de humedad este mismo suelo, que no hace falta agregarle mucha cantidad de agua al suelo para poder llegar a la compactación máxima que se busca. El peso específico seco máximo, el cual se supone que nos brindara el mejoramiento de las propiedades del suelo, se encuentra aproximadamente en 2,21 g/cm3. En este punto donde estamos en la humedad optima, es donde obtenemos esas características ingenieriles que se buscan. Algunas fuentes de error en este ensayo puede ser el no mantener el mazo Proctor en posición vertical o no colocar el molde en una superficie plana que evite vibraciones al molde, el mantener la muestra mucho tiempo fuera del horno después de secada puede incurrir en que el material absorba humedad del ambiente. El agua en el material puede beneficia la compactación hasta un punto de equilibrio que es aproximadamente cuando el agua ocupa todos los espacios vacios dentro del suelo pero sin presentar exceso, después de este punto, el agua comienza a ser perjudicial afectando la densificación del material. El porcentaje de error obtenido es considerablemente alto, tal resultado se presume pudo haber sido por las condiciones de compactación inadecuadas y por la poca practicidad, eficiencia y experiencia en el manejo del equipo. Además las condiciones climáticas también influyeron en el ensayo, debido a que las medidas de los pesos no fueron determinadas con precisión por causa de calibración de los equipos. Según los resultados obtenidos tras la realización de los cálculos y basándonos en la tabla 4 para el ensayo de CBR podemos afirmar que la muestra ensayada es para uso de sub rasante. Tabla 4 Clasificación General Basándonos en las tablas 1 y 2 se infiere que el material es un Suelo cohesivo, plástico, poco o nada expansivo. Tabla 1Valores de Carga Unitaria Tabla 3 Características Suelos según Cbr Suelos cohesivos, plásticos, poco o nada expansivos Estos suelos son los más comunes y pertenecen a la siguiente clasificación unificada: GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL. A B Se aplica a condiciones climatéricas normales y a aquellos suelos cuyo CBR no varíe apreciablemente con el contenido de humedad. Se aplica a condiciones climatéricas desfavorable y a aquellos suelos que son muy sensibles a cambios de 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. Se debe tener en cuenta que los valores descritos como resultados para CBR son de baja calidad ya que la muestra es preparada en laboratorio, ocasionando alteraciones del suelo original. A partir de los resultados arrojados por el ensayo se puede justificar y clasificar la muestra como muy pobre. Según el sistema de clasificación aastho la muestra puede ser A5, A6 o A7, y según el sistema de clasificación unificado lo podemos tomar entre GM, GC, SM, SC, CL, ML, OL., ya que el CBR no varía aparentemente con el grado y variación de humedad. CONCLUSIONES La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades algunos suelos que se utilizan en obras de construcción. El ensayo de Proctor modificado nos ayuda a representar en el laboratorio las técnicas de compactación utilizadas en campo. Conocer el contenido de humedad óptimo es de mucha importancia ya que es de gran utilidad a la hora de buscar una solución para mejorar las propiedades de resistencia al cortante, densidad y otras del suelo. En el caso del material que se utilizó en nuestra prueba se obtuvo un 5% de humedad óptima El producto puede ser aplicado a cualquier tipo de material utilizado en subrasantes; arcillas, limos y combinación de las mismas. Aumenta la capacidad portante de la sub-rasante, el cual presenta la ventaja de obtener diseños de pavimentos mucho más óptimos. Reduce la emisión de partículas sueltas (polvos) en forma considerable. Este producto es una alternativa para el control de terracerías. Su uso puede ser ventajoso en áreas en donde hay acumulación de polvos (minas, canteras, plantas, etc.) Como conclusión de esta experiencia podemos decir que la prueba de CBR o razón de soporte de California, permite determinar la razón de soporte de un suelo, bajo ciertas condiciones controladas y clasificar el suelo según sus características. Por lo tanto el objetivo de esta experiencia se pudo cumplir mediante la realización del ensayo y cálculos posteriores. Al calcular los números CBR, se pudo clasificar el suelo estudiado como: Base buena, ya que los números obtenidos CBR fueron de 52 y 56 dependiendo de la profundidad. Para finalizar, es importante mencionar la importancia de este ensayo en obras de vialidad, ya que es necesario saber la calidad, capacidad de soporte del suelo para poder ejecutar las obras sobre él. 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). UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL RELACION DE SOPORTE DE CALIFORNIA LABORATORIO DE SUELOS I Fecha: MARZO 2015 Relación de Soporte de California y Proctor Modificado