8. CBR (ASTM D1883) (1).pdf

MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA
FUNDACION DE LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD
FUNDALANAVIAL
FLNV- MVS-15B
MANUAL VISUALIZADO VERSION 2
CBR EN LABORATORIO
NOVIEMBRE 2003

FLNV -MVS-15B
FUNDACION LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD
FUNDALANAVIAL
Fecha: 28/11/2003
VERSION 2 MANUAL VISUALIZADO
Pág.
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METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL VALOR SOPORTE CBR
(CALIFORNIA BEARING RATIO)
NORMA A.S.T.M. D 1883 / A.S.S.H.T.O. T-193
1 OBJETO El objeto de este ensayo es determinar la resistencia a la penetración de un suelo
compactado bajo condiciones controladas de humedad y densidad y que se expresa como
una relación de soporte porcentual entre la carga unitaria del suelo y la carga unitaria patrón
de la piedra picada, establecida por la penetración a una misma profundidad de un pistón de
penetración.
2 DURACIÓN Aproximadamente siete (7) días
3 EQUIPO REQUERIDO
Figura 1 Equipo requerido
? Prensa de carga con una capacidad mayor o
igual a 44,5 KN capaz de aplicar una fuerza
uniformemente a una rata de 0.05 in/min (1,27
mm/min) para hacer penetrar el pistón dentro
del espécimen.
? Moldes cilíndricos de metal con diámetro
interno de 6?0,26 in (152 ± 0,66 mm) y una
altura de 7?0,018 in (177,8±0,46 mm).
Acoplados con collar (collar de extensión)
metálico no menor de 2" (50,8 mm) de altura y
con base cilíndrica metálica perf orada con
vástago graduado, que puede acoplarse en
ambos extremos del molde.
? Disco espaciador metálico de diámetro no
menor de 5
15
/16" (150,8±0,8 mm) y
2,416±0,005 in (61,37±0,127 mm) de altura.

FLNV -MVS-15B
FUNDALANAVIAL
Fecha: 28/11/2003
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? Martillos de compactación de acuerdo a los
ensayos Proctor Standard (ASTM D698) ó
Proctor Modificado (ASTM D1557).
? Aparatos medidores de expansión, un plato
perforado de diámetro 5
1
/8 a
15
/16 (149,23 a
150,81 mm) y huecos uniformemente
espaciados sobre el plato con una barra
metálica ajustable colocada perpe ndicular al
plato.
? Un trípode de metal para colocar el reloj
comparador, para medir la cantidad de
expansión durante la inmersión.
? Horno controlado termostáticamente capaz de
mantener una temperatura de 110±5 ºC.
? Una o dos pesas (para cada espécimen)
teniendo una masa total de 4,54±0,02 kg. La
pesa anular debe estar entre 5
7
/8 a 5
15
/16 in
(149,23 a 150,81 mm) de diámetro y el agujero
central aproximadamente 2
1
/8 in (53,98 mm) de
diámetro.
? Pistón de penetración . Un pistón de metal de
1,954±0,005 in (49,63±0,13 mm) de diámetro y
mayor a 4 in (101,6 mm) de largo.
? Reloj comparador de 0,001 in (0,015 mm) con
una apreciación de 0,2 mínimo.
? Utensilios y herramientas de uso general:
bandeja o poncheras, cucharas, regla de borde
recto, papel de filtro, balanzas, etc.
? Tanque para inmersión de los moldes que
permita mantener el nivel de agua a 25 mm (1")
por encima del tope de los especimenes.
4 PREPARACIÓN DEL ES PECIMEN
Los especimenes se preparan conforme a lo
especificado en los métodos de ensayos para
compactación ASTM D
-698 ó D
-1557 (ver Manual
Visualizado para PROCTOR FLNV -MVS-12) con
molde de Fi = 6” (152,4 mm), excepto cuando:
? Si la gradación del material pasar
completamente por el tamiz ¾" (19 mm), se
prepara el espécimen para la compactación
utilizando todo el material sin modificación.
? Si hay material retenido en el tamiz de ¾” (19
mm) se remueve el material retenido y se
reemplaza por una cantidad igual del material
que pasa por el tamiz ¾” (19 mm) y retenido en
el tamiz Nº 4 (4,75 mm), obtenido por
separación de las porciones del material que no
se ha utilizado en otros ensayos.
5 HUMEDAD DE MEZCLADO
5.1 Para un solo contenido de humedad
Al material preparado como se indico anteriormente,
añadir la cantidad de agua necesaria para obtener
la humedad optima de mezclado que fue calculada
previamente en el ensayo de compactación (D698 ó
D1557).
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Para casos donde el CBR se desea al 100% de la
DMS y a humedad óptima (w op), compactar el suelo
de acuerdo al ensayo de compactación real izado
previamente (D 698 ó D1557) y a contenido de
humedad entre ? 0,5 % de la w op.
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FLNV -MVS-15B
FUNDALANAVIAL
Fecha: 28/11/2003
Pág.
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Cuando se desea el CBR a la humedad óptima y
algún porcentaje de la DMS, compactar tres
especímenes de suelo preparados entre ? 0,5 % de
la w op y utilizando el método de compactación
realizado previamente (D 698 ó D1557) compactar a
diferentes Nº de golpes cada espécimen. El número
de golpes por capa varía lo suficiente para preparar
especímenes que tengan densidades por encima y
por debajo de la deseada. Típicamente, si se
requiere el valor de CBR al 95% de la DMS, se
preparan especímenes compactados con 56, 25 y
10 golpes por capa, que son satisfactorios. Se
realiza luego el ensayo de penetración a cada
espécimen.
5.2 Para un rango de humedades
Preparar los especimenes de manera similar a 5.1,
excepto que cada espécimen utilizado para
determinar la curva de compactación se debe
penetrar. Adicionalmente se debe hacer la curva de
compactación para las otras energías de
compactación (Nº de golpes) y los especímenes
también deben ser penetrados. Las compactaciones
antes indicadas se realizaran en el molde de CBR.
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6 EJECUCIÓN DEL ENSAYO
Para obtener el CBR se requiere realizar los
ensayos siguientes:
Compactación preparar tres (3) especímenes, los
cuales compactaran en moldes de 6” (152,4 mm) a
la misma humedad (Humedad de mezcla) y a tres
(3) diferentes energías (Nº de golpes).
Expansión mediante la inmersión y saturación
de los especimenes.
Penetración de cada uno de los especímenes,
compactados a diferentes energías de
compactación (Nº de golpes).
6.1 Compactación
6.1.1 Se pesa el molde de CBR con la base sin
collarín en la balanza y apreciación de ? 1 g (0,002
lb), (
véase figura 2), anote el valor en la hoja de
registro, (peso molde).
Figura 2 Peso del molde sin collarín
6.1.2 Se Inserta el disco espaciador dentro del
molde y se ensambla el collarín al cuerpo del mismo
(véase figura 3 y 4).
.

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Figura 3 Inserción del disco dentro del molde
Figura 4 Ensamblado del collarín
6.1.3 Se coloca encima un disco de papel de filtro
grueso en sustitución del disco de malla Nº 200
(0,074 mm), como se aprecia en la figura 5.
Figura 5 Colocación de papel de filtro
6.1.4 A cada espécimen agregue un volumen de
agua equivalente a la humedad de mezclado,
normalmente corresponde al w op del ensayo de
compactación (véase figura 6).
Figura 6 Adición de agua a la mezcla
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6.1.4 Se mezcla el agua con el material usando
cucharón y guantes de goma hasta lograr una
repartición uniforme de la humedad, (véase figura
7).
Figura 7 Mezclado del material
6.1.5 Se introduce cada uno de los tres (3)
especímenes de suelos dentro de bolsas plásticas
y se guarda por un periodo no menor de 12 horas,
para lograr una redistribución uniforme de la
humedad, especia lmente si se trata de suelos
finos (véase figura 8).
Figura 7 Colocación del material en bolsas
6.1.6 Después del período de curado se toma una
porción representativa de cada espécimen, se
procede a determinar su contenido de humedad y a
anotarla en la planilla del ensayo como % de
humedad de Compactación.
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6.1.7 Se coloca una porción del espécimen dentro
del molde de CBR (
véase figura 8) y se tapa la
porción restante con un paño húmedo para evitar la
perdida de humedad.
Figura 8 Colocación del material en el molde
de CBR
6.1.8 Se debe compactar con martillo en la periferia
y centro, distribuyendo el número de golpes en cada
capa (véase figura 9).
6.1.9 Cada espécimen se elaborará con igual
número de golpes por capa, preparando tres (3)
especimenes con diferentes números de golpes.
Normalmente el Nº de golpes elegido es 56, 25 y 10.

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Sin embargo si el ensayo de compactación se
realizó en un molde de 4” (101,6 mm) es posible
que sea necesario aumentar el número de golpes
de 56 a 75, u otro Nº de golpes para lograr la DMS
requerida.
Figura 9 Martillo de c ompactación
El número de capas y las dimensiones del martillo
de compactación corresponde al método de
compactación realizado previo a este ensayo
(ASTM D698 - Proctor Standard - o ASTM D1557 -
Proctor Modificado).
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6.1.10 Se repite el proceso hasta lograr compactar
las cinco (5) capas de iguales espesores. El proceso
se repite para las otras dos (2) especímenes que se
compactaran respectivamente con 25 golpes y 10
golpes del martillo.
El plano superior de la última capa estará a 13 mm
por encima de la unión del molde con el collarín
para facilitar el enrasado del espécimen.
6.1.11 Se retira el collarín y se procede a enrasar
con la regla metálica el material excedente sobre la
parte superior del molde, como se aprecia en la
figura 10.
Figura 10 Enrase del material
En caso de quedar irregularidades en la superficie
se rellenarán con material sobrante pasante tamiz
Nº 4.
6.1.12 Se retira el disco espaciador y se coloca en
la base un disco de papel de filtro grueso de 6”
(152,4 mm) de diámetro en sustitución de la malla
Nº 200 (véase figura 11 y 12).

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Figura 11 Extracción del disco espaciador
Figura 12 Colocación de papel de filtro
6.1.13 Se Invierte el molde de modo que la
superficie enrasada quede hacia abajo y ensamble
a la base o plato perforado (véasefigura 13).
Figura 13 Inversión del molde
6.1.14 Se procede a pesar el conjunto e n una
balanza de 20 kg y 1 g de apreciación y anote
resultado en una hoja de registro (peso mo lde +
Suelo húmedo inicial). (véase figura 14).
Figura 14 Pesada del conjunto

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6.2 Expansión
Si es necesario se coloca otro disco de papel de
filtro grueso (diámetro 6'), sobre la superficie libre
del espécimen y se deja reposar unos 30 minutos
(véase figura 15).
Figura 15 Colocación de papel de filtro adicional
6.2.1 Se coloca el disco perforado y vástago
ajustado sobre el espécimen y luego las pesas para
producir una sobrecarga similar a la producida por la
estructura del pavimento a construirse (véase figura
16).
Figura 16 Colocación de disco de perforación
La sobrecarga mínima a emplear es de 4,54 kg (10
lb).
6.2.2 Se ensambla el collarín y se coloca el trípode
sobre el molde y el extensómetro sobre el vástago
graduable, como se aprecia en la figura 17.
Moviendo la parte graduable del vástago se coloca
el reloj comparador en una lectura convenida.
Figura 17 Colocación del extensometro sobre
el vástago
6.2.3 Se retira el trípode y extensómetro y se
sumerge cada uno de los tres (3) moldes en el
tanque de saturación apoyados sobre rejilla
metálica o plástica y no directamente sobre el
fondo del tanque para que circule el agua por
debajo de los moldes (véase figura 18).

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Figura 18 Inmersión de las muestras
Para que los especímenes se saturen compl emente
se mantendrá el nivel de agua unos 25 mm por
encima del nivel superior de cada espécimen
(dentro y fuera del molde).
6.2.4 Se coloca el trípode con el extensómetro en la
parte superior del molde y anote la lectura inicial en
la hoja de registro (Lectura Hora o minutos)
Cada 24 horas y por un periodo de 9 6 horas (4 días)
se tomaran y anotaran lecturas de reloj comparador.
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En el esquema anterior se presenta un corte frontal
del conjunto.
6.2.5 Tomada la última lectura se retira trípode y
extensómetro y se saca cada uno de los moldes y
cuidadosamente póngalos a drenar durante 15
minutos sin perturbar los especimenes, como se
observa en la figura 19.
Figura 19 Escurrido de los moldes
6.2.6 Se debe secar bien el molde para eliminar el
agua adher ida (véase figura 20) y retire pesas,
disco perforado, papel de filtro y collarín y se pesa el
molde y el espécimen en una balanza de 20 kg y 1 g
de apreciación y se anota el resultado en hoja de
registro (peso Molde + Suelo Húmedo Final).
TRIPODE
MOVIBLE VASTAGO
NIVEL DE AGUA APROXIMADO
PESAS DE SOBRECARGA
DISCO METALICO PERFORADO
PAPEL DE FILTRO
BLOQUES O TACOS METALICOS
BASE PERFORADA
RECIP. METALICO

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Figura 20 Secado de los moldes
6.3 Penetración
6.3.1 Se coloca el mol de en la prensa con las
mismas pesas de sobrecarga usadas para la
inmersión (véase figura 21). Para evitar que el
desplazamiento del suelo blando obstruya el agujero
de las pesas se instala primero la pesa anular de 5
lb (2,27 kg) e inmediatamente se asienta el pistón
en la prensa sobre el espécimen aplicando una
carga no mayor de 10 lb (4,54 kg), Se coloca el
resto de las pesas alrededor del pistón Se lleva a
cero el dial del reloj comparador que mide la
deformación (penetración) y el del que mide la carga
aplicada después de aplicar la carga de
asentamiento.
Figura 21 Prensa para CBR
En el esquema siguiente se presenta un corte
transversal de una la prensa hidráulica con el
espécimen ensayando.
6.3.2 Se a
plica la carga del pistón a una rata de
0,05 pulg/min (1,27 mm/min) y se registra en la
planilla de ensayo las cargas para cada una de las
siguientes penetraciones: 0,025" (0,64 mm); 0,050"
(1,27 mm); 0,070" (1,91 mm); 0,100" (2,54 mm);
PRENSA HIDRAULICA
MUESTRA DE
TIERRA
PESAS (SOBRECARGA)
AREA 3 PULGADAS
2
PISTONDE
PENETRACION
CABEZA PRENSA HIDRAULICA
ALTURA DEL
ESPECIMEN

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0.200" (5,08 mm); 0,300" (7,62 mm); 0,400" (10,16
mm) y 0,500" (12,70 mm), (véase figura 22).
Figura 22 Espécimen ensayando
6.3.3 Se descarga la prensa, se baja el molde y se
remueve las pesas y base, y se procede a sacar el
espécimen del molde con extracción, ( véase figura
23).
6.3.4 Se toma una porción de suelo a unos 1" (25
mm) por debajo del tope del núcleo y determine %
de humedad. Se registra este valor en la hoja de
ensayo (% de Humedad en Inmersión).
Si desea mayor precisión se debe tomar otra
muestra en la base y determinar la humedad
promedio.
Figura 23 Extracción del espécimen
7 CALCULOS Y RESULTADOS (GRÁFICOS)
7.1 Compactación
7.1.1 Volumen de agua de Mezclado (V? )
Espécimen seco Vw = Ws x wh, (cm
3
) (1)
Row
Espécimen húmedo
V w = Wh x w m – w h, (c m
3
) (2)
(1 + w h) Row
Donde

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wm es la Humedad de mezclado en centesimal
(%wm/100), generalmente corresponde a la
hum
edad óptima del ensayo de compactación
(wop/100)
wh es la Humedad higroscópica, en centesimal
Ws es el Peso seco (g)
Wh es el Peso espécimen húmedo (g)
Ro?
?
w es la ??Densidad de agua 1g/cm
3
7.1.2 DENSIDAD HÚMEDA ( GAMMAh)
Gammah = Wh x 1000, kg/m
3
(3)
Vm
Wh es el Peso húmedo (g)
Vm es el Volumen molde (cm
3
)
7.1.3 HUMEDAD (W)
a. De Compactación (wc)
wc = Wh – Ws x 100 (4)
Ws
b. Después de la Inmersión
ws = Wh – Ws x100 (5)
Ws
7.1.4 DENSIDAD SECA (GAMMAS) DE COMPACTACION
GAMMAs = Gammah , (kg/m
3
) (6)
(1 + wc / 100)
wc = %wc
100
7.2 Expansión o hinchamiento
La expansión porcentual del espécimen (%Exp.) es
la relación entre su variación de altura (Lf - Li)
durante la inmersión y su altura inicial.
% Exp. = Lf – Li * 100 (7)
H
Lf es la Lectura final del extensómetro
Li es la Lectura inicial (al empezar el período)
H es la Altura del espécimen compactado
7.3 Penetración
7.3.1 Esfuerzo De Deformación o de Penetración
Normalmente las cargas aplicadas se miden en
anillos dinamométricos los cuales son calibrados
(hojas de calibración) para transformar la lectura del
reloj comparador (mm o pulg.) en kilogramo fuerza o
libra fuerza. Esta relación debe ser una línea recta
por la que se puede obtener un factor de conversión
(Fc) expresado en kg/mm o lb/in. El área del pistón
es constante (1935 mm
2
= 3 in
2
). Se puede definir
una constante (K) para cada anillo (K = Fc/A) que
multiplicada por cada lectura del reloj comparador
permite obtener los esfuerzos de deformación
(Sigma).
Para cada uno de los tres ensayos de penetración
se representa en un gráfico una relación entre la
resistencia a la penetración (psi o MPA) en el eje de
las ordenadas contra la penetración (pulg. o mm) en
el eje de las abscisas resultando en vez de una
recta que es el comportamiento de dicha
representación, una curva a causa de
asentamientos y ajustes del material u otras causas
al comienzo del ensayo, con una apreciable
inflexión o curvatura en la parte inicial. Si esta
inflexión es hacia arriba (curvas 2 y 3) se requiere
corregir los esfuerzos de penetración tanto para 0,1"
(2,54 mm) como para 0.2" (5,08 m).

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Para corregir la curva se trazará una tangente al
punto de inflexión (punto. Máximo pendiente) que se
prolonga hasta interceptar el eje de las abscisas,
que representará el nuevo origen, los nuevos
valores corregidos se efectuaran sobre la curva
original desplazando las deformaciones de Fi, 1” y
2”, tal como se indica en la grafica1.
7.3.2. CURVA DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN
(RESISTENCIA A LA PEN ETRACIÓN – PROFUNDIDAD DE
PENETRACIÓN)
Grafica 1 Curva Esfuerzo vs Deformación
El CBR se define como una relación porcentual
entre la carga unitaria del suelo (a esfuerzo de
penetración) y la carga unitaria de una piedra
triturada y bien gradada (carga unitaria patrón).
Por norma el valor del CBR se establece para
penetraciones o deformaciones de 0,1" (2,54 mm) y
0,2" (5,08 mm).
Para estos valores el esfuerzo unitario patrón es
respectivamente de 1000 psi (70,49 kg/cm
2
) y
1500 psi (105,68 kg/cm
2
) luego:
Ejemplo:
% CBR0,1 = Sigma 0,1”, (psi) x 100 (8)
1000 psi
% CBR0,2 = Sigma 0,2” (psi) x 100 (9)
1500 psi
Se calculan estos valores para cada una de los
tres especimenes compactadas a distintas
energías de compactación y se anotan en la hoja
de registro (Valores de CBR).
7.4 Capacidad soporte CBR
7.4.1 CBR PARA UN CONTENIDO DE HUMEDAD
Con los datos obtenidos de los tres
especímenes, graficar el CBR vs Densidad Seca,
relacionándolos como se observa en la grafica 2.
Determinar el valor del CBR al porcentaje a la
densidad seca que se requiera.
.
1
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Grafica 2 CBR vs Densidad Seca
7.4.2 CBR para un rango de humedades
Graficar los datos de las tres energías de
compactación (Nº de golpes) como se muestra en la
figura 3. Los datos así graficados representan la
respuesta del suelo en el rango de humedad (% w)
deseada. Seleccionar el CBR como valor más bajo
entre el contenido de agua (% w) deseado y que
tenga una Densidad Seca mínima requerida y
Densidad seca alcanzada por la compactación en el
rango de humedades.

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