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 artículo http://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).

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.

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.

Si aún no se han enganchado con el relato de ingeniería civil que estamos escribiendo, ya va por su tercer capítulo MR. CARLSON. Puedes leerlo en http://blogramcodes.blogspot.com/2012/09/mr-carlson.html

Freddy J. Sánchez-Leal

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