No pida un CBR, pida un ensayo de mini Placa

Hace un par de semanas facilité un seminario de diseño de suelos compactados en Valencia,

Venezuela, y entre el grupo de estupendos profesionales que tuve la suerte de tener como

participantes, conversé con un destacado ingeniero civil estructurista, el Ing. Edinson

Guanchez, que me hizo la siguiente observación:

Freddy, con los geotecnistas siempre tenemos el mismo problema al solicitarles el coeficiente de

balasto de un relleno controlado; no nos lo saben dar. Lo hacen muy bien para el terreno natural

pues hacen estimaciones basadas en el SPT, pero para un futuro relleno nos dan valores

asumidos, sin soporte. ¿Cómo podemos usar tu método (refiriéndose a RAMCODES) para resolver

esto? ¿Por qué, así como lo haces con los ingenieros de pavimentos, no nos hablas en nuestro

idioma?

Ya antes había tratado este tema en mis estudios y si el lector gusta puede revisar este

artículohttp://blogramcodes.blogspot.com/2012/07/terraplenes-y-validacion-de-

resistencia.html. Sin embargo, se me ocurrió escribir este artículo para hablar el lenguaje

específico de los estructuristas.

Para los que me preguntan sobre el ensayo CBR de laboratorio les doy siempre mi opinión. Es

un ensayo muy práctico y económico pero que tiene tres errores fundamentales que son, tal

vez, el origen de tantas críticas de las que es objeto el ensayo en el mundo académico. Estos

errores son:

1. El valor CBR no tiene ningún significado mecánico. Su "transformación" a un parámetro

mecánico se realiza a través de correlaciones.

2. La fase de escurrimiento por 15 minutos, a la que se somete a los especímenes luego de

que son sacados del tanque de inmersión y antes de penetrarlos, según se establece en el

procedimiento ASTM D 1883-07 cuando se escoje el periodo de 4 días de inmersión como

condición de hidratación, es enteramente contraproducente, y hace que el suelo pueda ganar

una resistencia adicional debido al incremento incontrolado de la succión (tensión capilar) en

el suelo producto del escurrido. Sencillamente se corre el riesgo de que, debido al fenómeno

explicado, el suelo presente una resistencia mayor que a la que este tendría de estar

realmente saturado.

3. Cuando se elabora la curva de diseño, es decir, la gráfica de grado de compactación versus

CBR, para la variante del ensayo a humedad óptima, también conocida como CBR de 3

puntos, bien sea a 4 días de inmersión o a humedad de compactación, realmente esta no es

una curva de diseño pues no se puede asegurar que los especímenes estén al mismo grado

de saturación. ¿Curva de diseño? Lee aquí --> Curva de diseño

Para resolver estos inconvenientes antes hemos dado las soluciones correspondientes. Por

ejemplo, para garantizar que los especímenes estén saturados (al menos aproximadamente),

recomendamos que los especímenes pasen los 4 días de inmersión un recipiente que luego

pueda ser llevado, junto con el espécimen, a la prensa universal para ensayarlos a la

penetración. Es decir, recomendamos ensayarlos bajo agua. Para producir verdaderas curvas

de diseño en la condición de humedad de compactación recomendamos diseñar en el 3er

nivel de la pirámide utilizando el software SoilDesigner (Entra aquí y mira una infografía de

cómo diseñar en el tercer nivel de la pirámide http://blogramcodes.blogspot.com/2012/09/5-

pasos-para-disenar-un-suelo.html.

Pero para convertir el CBR en un parámetro mecánico damos la solución en este artículo.

Hemos comprobado que si consideramos el CBR como un ensayo de placa a escala (mini

placa) su valoración cambia radicalmente. Ciertamente que el ensayo de CBR es un ensayo

de placa pues el pistón, que aplica la carga a velocidad controlada sobre la superficie de la

muestra de suelo compactado, tiene un área circular. Para obtener el módulo de Elasticidad

(E) de este ensayo se podría utilizar la fórmula de Boussinesq que se emplea en el ensayo de

placa de campo ASTM D 1194.

Donde:

Δσ es el incremento de esfuerzo en un intervalo de carga,

Δδ es el incremento de deformación vertical producido por el incremento de carga,

B es el ancho o diámetro de la fundación,

μ es el coeficiente de Poisson, tomado en 0.35 para suelos compactados,

Ip es el factor de forma de la fundación, que vale 0.79 en placas circulares

También de esta expresión, el cociente Δσ/Δδ es conocido como el coeficiente o módulo de

balasto, k, que en este caso sería el "k0.05", dado que el diámetro del pistón CBR es de 5

centímetros.

Por ejemplo, en la tabla siguiente se muestran resultados típicos de la penetración de un

espécimen de suelo en el ensayo de CBR. Estos valores que usualmente vienen en unidades

imperiales se convierten al sistema internacional mientras se emplea la fórmula de Boussinesq

arriba descrita para calcular el módulo de Elasticidad en cada intervalo de carga. Siendo el

módulo de Elasticidad la pendiente del trazo inicial, se escoge como valor del módulo el valor

más alto de la tabla de resultados (usualmente el inicial o siguiente si es que la curva no

requiere corrección por reacomodo de partículas).

Ejemplo de conversión de resultados de CBR a módulo de Elasticidad.(E=50 MPa)

mm in KPa Psi MPa/m m Mpaδ Δδ σ Δσ k B (1-μ^2) Ip E

0 0 0.050.635 0.025 730.34 106 1149.04 0.05 0.8775 0.79 39.827161.27 0.025 1660.49 135 1463.4 0.05 0.8775 0.79 50.72327

1.905 0.025 2445.95 114 1235.76 0.05 0.8775 0.79 42.832992.54 0.025 2962.7 75 813 0.05 0.8775 0.79 28.17965.08 0.1 4850.56 274 742.54 0.05 0.8775 0.79 25.737367.62 0.1 6462.82 234 634.14 0.05 0.8775 0.79 21.98009

10.16 0.1 7820.15 197 533.87 0.05 0.8775 0.79 18.504612.7 0.1 9267.05 210 569.1 0.05 0.8775 0.79 19.72572

Dados estos resultados, se reporta el valor del módulo de Elasticidad del espécimen como el

valor más alto de la columna para "E", que en este caso es 50 MPa, y que representa la

pendiente del tramo recto inicial de la curva esfuerzo vs. deformación. De igual forma, para el

coeficiente de balasto, se toma el valor mayor de la columna "k", que es en este caso 1463

MPa/m.

Curva esfuerzo-deformación en ensayo de mini placa.

Los resultados de módulo de Elasticidad, o los de coeficiente de balasto, se utilizarían luego

para trazar las curvas de diseño, usando cualquier software de graficación, en el caso de CBR

de tres puntos a 4 días de inmersión, o utilizando el software SoilDesigner, en ese mismo caso

o en el de CBR 15 puntos a humedad de compactación. Para recordar cómo se hace esto

puedes leer http://blogramcodes.blogspot.com/2012/08/experto-en-ramcodes-para-

suelos.html.

En conclusión, este artículo presenta la alternativa de "valorizar" el ensayo de CBR, por una

parte, analizando sus resultados como si fuera una prueba de placa a escala (¡que de hecho

lo es!), y por otro, corrigiendo el procedimiento normativo ASTM para la condición de

hidratación de 4 días de inmersión, como la interpretación de los resultados para ensayos en

la condición de hidratación con humedad de compactación.

De modo que, amigo estructurista, cuando se trate de rellenos controlados ya no acepte

aproximaciones o valores sacados del sombrero de mago, solicite resultados de ensayos.

Pero ya no le solicite al laboratorio un ensayo de CBR, sino un ensayo de mini placa, y exija

que le reporten tanto el módulo de Elasticidad, como el coeficiente de balasto (¡pida su

k0.05!).

Tengo en mi escritorio los resultados de un gran número de pruebas de placa realizadas sobre

un par de terraplenes de prueba con relleno controlado y voy a analizarlas utilizando las

conocidas fórmulas de Terzaghi y Peck (1967), con validación de D'Appolonia y otros (1970)

para correlacionar el asentamiento de una prueba de placa con el asentamiento medido en

una fundación real, y averiguar si también se puede utilizar la prueba de mini Placa como un

predictor de este asentamiento. De ser posible sería simplemente genial. Les aviso en un

próximo artículo.