Universidad Peruana Los AndesFacultad De Ingeniera Civil

Universidad Peruana Los Andes Facultad De Ingeniera CivilDEFINICIONElEnsayo CBR(California Bearing Ratio: Ensayo de Relacin de Soporte de California) mide laresistenciaal esfuerzo cortante de unsueloy para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base depavimentos.Se efecta bajo condiciones controladas de humedad y densidad.Este es uno de los parmetros necesarios obtenidos en losestudios geotcnicosprevios a la construccin, como tambin lo son elEnsayo Proctory los anlisis granulomtricos del terreno.DESCRIPCIN DEL ENSAYOEl ensayo tiene como objetivodeterminar la capacidad portante de un suelo en funcin de su estado, densidad y humedad, as como de la sobrecarga que se le aplique.ElEnsayo C.B.R. (California Bearing Ratio)se puede llevar a cabo sobre unsuelo compactoen laboratorio o bien sobre muestras inalteradas de un determinadoterreno. Una vez preparadas las muestras, stas pueden ser sometidas a inundacin de agua o ensayarlas sin inmersin.La metodologa que se expone en los siguientes puntos, corresponde a muestras compactadas en un laboratorio ensayadas sin inmersin.CMO SE HACE?Debe haberse determinado la densidad mxima y la humedad ptima de suelo mediante elensayo de Prctor Modificado.Si la muestra est excesivamente hmeda, se dejar secar al aire, o en estufa, a temperatura inferior a 60C.Se pasa la muestra por el tamiz 20 mm y se determina el porcentaje de masa retenida. Si ste es superior al 10%, se sustituye la parte retenida por material de tamao de entre 20 y 5 mm. En el caso de que la fraccin de material retenida por el tamiz de 20 mm supere el 30% de la muestra o existan partculas de tamao superior a 50 mm, el ensayo no es adecuado para este tipo de suelo.Una vez preparada la muestra y determinada suhumedad, se aplica la cantidad de agua necesaria hasta llegar a la ptima. En un molde de dimensiones normalizadas, se introduce la muestra de suelo en cinco capas del mismo espesor, compactndose cada una de ellas con 15 golpes de un mazo de 4,535 kg que cae libremente a una altura de 457 mm.Se repite el proceso con otros dos moldes compactndolos con 30 y 60 golpes respectivamente para cada una de las cinco capas.Enrasados los moldes, una vez ya girados y extrada la base, se coloca, encima de la probeta, una sobrecarga anular de 2,25 kg y se lleva el conjunto a la prensa. Puede lastrarse la muestra con una carga equivalente a la esperada en obra.La prensa se compone de un pistn metlico de 49,6 mm de dimetro y un sistema de medida de deformacin.Se aplica la carga sobre el pistn a una velocidad de penetracin uniforme de 1,2 mm/min. Se anotan las lecturas de carga correspondientes a los valores de penetracin en mm: 0,25, 0,50, 0,75, 1,00, 1,50, 2,00, 2,50, 3,00, 4,00, 5,00, 7,50, 10,00 y 12,50.Una vez acabada la operacin, se retira el molde de la prensa, se desmonta y se extrae, de la zona prxima a la penetracin, una muestra de sol para determinar la humedad final de la muestra.Si designamosQcomo la fuerza total expresada enkNo enkPpor las penetraciones correspondientes a 2,50 mm y 5,00 mm, elndice C.B.R.se calcula en conformidad al cuadro siguiente, para cada uno de los tres moldes preparados:Penetracinen mm.CBRCBR

. . . . .Qen KNQen KP

2,507,57 x Q0,0742 x Q

5,005 x Q0,0490 x Q

Se elige como ndice C.B.R de la muestra ensayada, el mayor de estos valores.CMO SE EXPRESAN:El ndice C.B.R. es un nmero sin unidad. En un grfico se representan las densidades secas en el eje de las ordenadas y sus respectivos ndices C.B.R, en el de las abcisas.Variaciones segn la norma del CBREl ensayo CBR incluido en HCLab permite aplicar varias normativas (ASTM, UNE, NLT y las normas Mexicana, Chilena, Colombiana y Peruana). Aunque los clculos que se realizan son bsicamente los mismos (la norma ASTM es la base de todas las dems normas), existen pequeas diferencias que pasamos a comentar.Las normas actualmente disponibles para el ensayo CBR son estas: NLT 111/87 (Norma Espaola antigua). UNE 103.502:1995 (Norma Europea actual). ASTM D1883-07 (Norma U.S.A. "original"). M-MMP-1-11-08 (Norma Mexicana). INV E-148-07 (Norma Colombiana). NCh1852.Of81 (Norma Chilena, para una sola probeta). MTC E 132 - 2000N (Norma Peruana, para una sola probeta).NMERO DE GOLPES POR CAPA:Es una gua de cuantos golpes por capa (los moldes se van rellenando en 2 o ms capas, segn nos indique la norma para cada tipo de uso previsto) habra que darle a un molde, con una maza estandarizada y desde una altura fija, para conseguir una "energia de compactacin" equivalente a la utilizada en el ensayo proctor con el que obtubimos la densidad mxima, es decir, si le damos 60 golpes "estandar" el molde debera conseguir, aproximadamente, la densidad mxima indicada en el proctor. UNE y NLT: 60 golpes. ASTM, Mexico, Colombia, Per y Chile: 56 golpes.LECTURAS DE CARGAS:Una vez tenemos los 3 moldes correctamente "golpeados", hemos de presionarlos hasta que cedan 0.25 mm (0.1") y luego seguir hasta que cedan 0.5 mm (0.2"), ya que necesitamos las cargas aplicadas en ambos casos (ya dije que la introduccin era algo "simplificada").Respecto de qu unidades se han de usar para anotar estas cargas, cada norma usa las que ve bien, algunas usan cargas y otras presiones, y la mayora mezcla 2 o 3 posibles unidades. La verdad es que ninguna hace mencin sobre que solo valga usar unas unidades, al final se van a convertir a un % por lo que ninguna norma se preocupa mucho.Pero por tener una gua, estas son las unidades en que se tratan estos temas: NLT: Usa kN o kp para las lecturas (unidades de fuerza) pero luego usan PSI, MPa o kp/cm2(unidades de presin) para la comparacin con los valores ideales. UNE: Se usa N, kN o kp para todo (no convierte las cargas a presiones nunca). ASTM: No indican unidades para las lecturas (usan "loads", cargas), y usan PSI o MPa para las presiones ideales. Mexico: usa kN para todo (no convierten las cargas a presiones nunca). Colombia: Solo hablan de kPa y PSI (es extrao ver los kPa, se suelen usar MPa). Chile: No indica unidades de las lecturas, pero pide pasarlas a presiones en MPa. Per: Habln de kg e incluyen la conversin a libras.Nota:El ensayo CBR de HCLab pregunta siempre cargas en kp, pero se puede eligir una "constante de anillo" adecuada, de forma que si usamos una constante de 0.102 podemos introducir las cargas en kN.CONVERTIR CARGAS EN PRESIONES:Solo tenemos que dividir la carga por el dimetro del pistn usado para aplicar la carga, que aunque en la prctica son los mismos, segn las normas su dimetro varia ligeramente (en teora, la superficie del pistn ha de ser de 3 pulgadas cuadradas): ASTM, Mexico, Colombia, Per: 49.63 mm. UNE y NLT: 49.60 mm. Chile: 49.5 mm. (indica que se utilice un rea de 19.35 cm2, lo que corresponde a 49.635 mm)PENETRACIONES "OBJETIVO":Ya tenemos unas cargas aplicadas con un pistn de un cierto dimetro, es decir, presiones, pero necesitamos anotar la presin que corresponde con unas ciertas deformaciones (o penetraciones) del molde especiales. ASTM, Mexico, Colombia, Per y Chile: Usan 0.1" (2.54 mm) y 0.2" (5.08 mm). UNE y NLT: Usan valores redondeados de 2.5 y 5 mm.Nota 1:En la introduccin solo habl de 2.5 mm. por simplificar la explicacin.Nota 2:Esta pequea diferencia hace que el valor "ideal" sea ligeramente distinto aunque se mida a partir del mismo suelo.PRESIONES IDEALES:Ya tenemos dos cargas (o presiones) por cada molde, correspondientes a las penetraciones "objetivo": ahora podemos comparar nuestros moldes con el "caso ideal", ya que este "caso ideal" viene dado por las dos cargas -o presiones- necesarias para alcanzar las dos penetraciones "objetivo" en un molde con ese material "ideal".En cada norma nos dan el caso ideal usando parejas de cargas y/o presiones, una para 2.5 mm (0.1") y la otra para 5 mm (0.2"). NLT 2.5 mm: 1000 PSI, 6.90 Mpa. 70.31 kp/cm2. NLT 5.0 mm: 1500 PSI, 10.35 Mpa 105.46 kp/cm2. UNE 2.5 mm: 13.2 kN 1346.9 kp. UNE 5.0 mm: 20 kN 2040.8 kp (1 kN = 1000/9.8 kp = 102 kp). ASTM 0.1": 1000 PSI 6.90 MPa. ASTM 0.2": 1500 PSI 10.30 Mpa. Mxico 0.1": 13.34 kN. Mxico 0.2": 20.01 kN. (iguales que ASTM si se usa g=10). Colombia 0.1": 1000 PSI 6.90 MPa. Colombia 0.2": 1500 PSI 10.35 Mpa (aparece tambien como 10.3 en otro punto). Chile 0.1": 6.90 MPa aprox. 70 kp/cm2. Chile 0.2": 10.30 Mpa aprox. 105 kp/cm2. Per 0.1": 6.90 MN/m2( MPa) 70.31 kgf/cm2 1000 lb/pulgada2(PSI). Per 0.2": 10.35 MN/m2( MPa) 105.46 kgf/cm2 1500 lb/pulgada2(PSI).Nota:La UNE utiliza un valor de g = 9.8 m/s2en sus conversin kN a kp, mientras que la norma Mexicana parece traducir los valores de la ASTM a kN usando g = 10 m/s2.NDICE CBR DE CADA MOLDE:De las dos penetraciones "objetivo" hemos obtenido dos cargas por molde, pero necesitamos un nico ndice CBR para el molde. En teora habra que convertir cargas a presiones, compararlas con la dos presiones ideales, obteniendo dos porcentajes, y finalmente quedarnos con uno de ellos. En la pctica esto se resume en multiplicar las dos cargas por dos coeficientes que nos den directamente esos porcentajes, ms un criterio para elegir uno de los dos porcentajes que hemos obtenido.Nota:Los coeficientes por los que multiplicar las cargas salen de comparar con los valores ideales del punto 2.5) aunque hay que convertirlos antes a kp. En las normas similares a la ASTM (Mxico, Colombia y Chile) he utilizado g = 10 m/s2tal como veo que ellos usan, y de esta forma los coeficientes salen iguales a los de la norma ASTM. Ms abajo se incluyen ejemplos de estos clculos. UNE : Max(CBR2.50* 0.0742, CBR5.00* 0.049) NLT : Max(CBR2.54* 0.0735, CBR5.08* 0.049) ASTM : Max(CBR2.54* 0.0749, CBR5.08* 0.050) Mexico: Min(CBR2.54* 0.0749, CBR5.08* 0.050) Colombia: Max(CBR2.54* 0.0749, CBR5.08* 0.050) Chile: Max(CBR2.54* 0.0749, CBR5.08* 0.050) Per: Max(CBR2.54* 0.0749, CBR5.08* 0.050)Notas: La norma UNE nos da ya los coeficiente a utilizar precalculados. La norma NLT usa coeficientes distintos a todas las otras normas porque el radio de la placa es 0.3 mm inferior a la ASTM y las penetraciones objetivo son diferentes a las de la UNE, aparte no indica si se debe usar g=10 o 9.8 por lo que utilic el valor "correcto" de 9.8, mientras que ASTM parece preferir g = 10. Mxico da las cargas ideales en kN, para convertirlas he usado g = 10 m/s2de forma que los coeficientes coincidan con los de la ASTM. Solo la normativa Mexicana utiliza el menor de los dos valores. La norma ASTM y la peruana "MTC E 132" comentan que, si el mayor ndice es el correspondiente a 0.2" no nos lo creamos a la primera y repitamos el molde antes de dar por bueno el valor para 0.2", pero al final hemos de tomar el mayor de los dos.Ejemplo de conversin a kp para la norma ASTM: Presin mxima a 2.54 mm. Segn ASTM es 6.9 MPa = 6.9 N/mm2. Como dimetro es 49.63 mm, obtenemos superficie 1934.54 mm2. Presin mxima * superficie = carga mxima = 13348.35 N. Si g = 9.8 carga mxima = 13348.35/9.8 = 1362.076 kp. Si g = 9.8 coeficiente = 100/1362.076 = 0.0734 Si g = 10 carga mxima = 13348.35/10 = 1334.835 kp. Si g = 10 coeficiente = 100/1334.835 = 0.0749Ejemplo de conversin a kp para la norma Mexicana: Carga mxima 13.34 kN (similar al coef. ASTM para g=10). 13340/10 = 1334.000 kp (1334.835 en ASTM). 100/1334 = 0.0749 (con ms precisin 0.07496251874).Nota:En la norma Mexicana hubiese sido algo ms exacto usar un coeficiente redondeado a 0.0750, pero no mereca la pena sobre todo sabiendo que se basa en la ASTM y que la diferencia se debe a redondeos en la conversin entre unidades.GRFICA DENSIDADES / NDICES CBR:Una vez se tienen los 3 moldes, disponemos de sus 3 densidades y sus tres nidices CBR, y tenemos que representarlos en una grfica, que se utiliza para determinar el nidice CBR que correspondera con la densidad "objetivo" (densidad proctor * compactacin objectivo).Pues resulta que algunas normas piden explicitamente situar las densidades en el eje X de esta grfica (ASTM, Colombia y Mexico), mientras la UNE piede hacerlo en el eje Y.La NLT no lo menciona, as que por "proximidad" a la UNE se usa el eje Y para las densidades, mientras que la norma Chilena tampoco lo menciona, y por proximidad a la ASTM se utiliza el eje X.Nota:En el resto de grficas (densidad/humedad, densidad/absorcin y densidad/hinchamiento) la densidad ocupa el mismo eje que en la grfica anterior de densidad/CBR.UTILIDAD DEL ENSAYOLa realizacin del ensayo resulta imprescindible siempre que se quiera conocer lacapacidad portantede unterreno natural, o de bases dezahorranatural o artificial, ya que el resultado condiciona el tipo de firme o solucin constructiva a adoptar en funcin del tipo de trfico o uso que tendr elpavimento.EXIGENCIAEl nivel de exigencia de valor de ndice C.B.R., ligado al nivel de compactacin, es en funcin del tipo de material y de la situacin del mismo. Por lo tanto, en el caso de terraplenes se exige en coronaciones valores de C.B.R. > 5 en suelos adecuados y seleccionados; en el caso de cimentacin y ncleos de terraplenes (suelos tolerables, adecuados o seleccionados) el ndice debe ser superior a 3.

Las explanadas, que se clasifican en tres categoras capaces de responder a las solicitaciones de determinados tipos de trfico, tienen los siguientes grados de exigencia definidos por su C.B.R. E1: 5 < C.B.R.< 10 E2: 10 > C.B.R. < 20 E3: C.B.R. >20Las zahorras naturales tendrn una capacidad portante (C.B.R) no inferior a 20.Se usar tambin elndice C.B.Rcomo parmetro evaluador de soluciones de suelos utilizados concementoocala 7 das de edad.DESCRIPCIN AMPLIADADiferenciamos distintos tipos de CBR en funcin de la calidad de suelos, a saber: CBR suelos inalterados. CBR suelos remoldeados. CBR suelos gravosos y arenosos. CBR suelos cohesivos poco o nada plsticos. CBR suelos cohesivos plsticos.Este procedimiento puede efectuarse en terreno compactado.Este procedimiento mide la carga necesaria para penetrar un pistn de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra compactada de suelo despus de haberla sumergido en agua durante cuatro dias a la saturacin ms desfavorable y luego de haber medido su hinchamiento.La muestra se sumerge para poder preveer la hipottica situacin de acumulacin dehumedaden el suelo despus de la construccin. Por ello, despus de haber compactado el suelo y de haberlo sumergido, se lo penetra con un pistn el cual est conectado a un pequeo "plotter" que genera una grfica donde se representa la carga respecto la profundidad a la que ha penetrado el pistn dentro de la muestra.La grfica obtenida por lo general es una curva con el tramo inicial recto y el tramo final concavo hacia abajo; cuando el tramo inicial no es recto se le corrige.Con la grfica observamos los valores de la carga que soportaba el suelo cuando el pistn se haba hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en tanto por ciento (% ), tomando como ndice CBR el mayor de los porcentajes calculados.INDICE CBR Valor obtenido en elEnsayo CBRque indica la relacin entre la presin necesaria para que el pistn penetre en el suelo hasta una cierta profundidad, y la presin correspondiente a esa misma penetracin en una muestra patrn de grava machacada.

TALLER XII