¿Qué quiere decir CBR?
El término “CBR” en el ámbito de la ingeniería y la construcción, se refiere a “California Bearing Ratio”, que en español se traduce como “Coeficiente de Resistencia de California”. Un ensayo CBR es una prueba de laboratorio utilizada para evaluar la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones específicas. Este ensayo es comúnmente utilizado para el diseño de pavimentos y la evaluación de la capacidad portante del suelo.
En este ensayo se toma una muestra representativa del suelo y se compacta en un molde normalizado. Luego, se realiza una serie de cargas sobre la muestra compactada y se mide la deformación resultante. La relación entre la presión aplicada y la deformación resultante se utiliza para calcular el Coeficiente de Resistencia de California. Este coeficiente es una medida de la capacidad del suelo para soportar cargas y es particularmente relevante en el diseño de pavimentos, donde se busca asegurar que el suelo pueda soportar las cargas de tráfico sin deformarse excesivamente.
¿Qué equipo es necesario para realizar el ensayo CBR?
- Prensa: Utilizada para forzar la penetración de un pistón dentro del Espécimen de ensayo. Debe estar equipada con una cabeza o base móvil que se mueva a una velocidad uniforme de 1.27 mm/min, con una tolerancia de ± 20 %.
- La máquina debe estar equipada con un dispositivo indicador de carga que tenga una aproximación de lectura adecuada para la máxima carga prevista durante la penetración.
- El dispositivo medidor de la penetración (dial mecánico o transductor de desplazamiento electrónico) debe dar lecturas con una aproximación a los 0.025 mm más cercanos y estar asociado a un accesorio de montaje, el cual debe establecer una conexión entre el medidor de penetración, el pistón de penetración y el borde del molde, para brindar medidas de penetración correctas.
- Moldes: Cada molde es un cilindro metálico con dimensiones específicas, incluyendo un collar suplementario y una placa de base con perforaciones. El volumen interno del molde debe ser preciso.
- Disco espaciador: De forma circular, metálico, de 150.8 ± 0.8 mm de diámetro y de 61.4 ± 0.25 mm de espesor, para insertarlo dentro del molde cilíndrico como falso fondo durante la compactación.
- Martillos de compactación: Se utilizan para compactar el material en el molde.
- Aparato medidor de expansión: Compuesto por:
- Una placa de metal perforada – Una para cada molde, de 149.23 + 1.6 mm de diámetro, con no menos de 42 perforaciones de 1,6 mm de diámetro, distribuidas uniformemente sobre el área de la placa. Estará provista de un vástago en el centro, con un sistema de tornillo que permita regular su altura.
- Un trípode – Se utiliza un aparato con patas diseñadas para apoyarse en el borde del molde. Este aparato cuenta con un dial (deformímetro) montado en el centro y sujeto de manera segura. El vástago del deformímetro se alinea con el de la placa, lo que permite controlar su posición y medir la expansión con una precisión de 0.025 mm dentro de un rango mínimo de 5 mm durante la inmersión de las probetas en agua.
- Sobrecargas metálicas: Unas diez por cada molde, una o dos anulares y las restantes ranuradas, para aplicar cargas en el ensayo.
- Pistón de penetración: Cilíndrico, metálico, de longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con el número requerido de sobrecargas.
- Tanque: Con capacidad suficiente para la inmersión total de los moldes en agua. Deberá tener una reja en su fondo, que permita el acceso del agua a través de las perforaciones de la placa de base del molde.
- Horno: Termostáticamente controlado, preferiblemente de tiro forzado, regulable a 110 ± 5°C.
- Balanzas: Una de 20 kg de capacidad, y otra de 1000 g, con posibilidades de lectura de 1 g y 0.1 g, respectivamente.
- Tamices – De 4.75 mm (No. 4) y de 19.0 mm (3/4″).
- Regla metálica: De acero endurecido, de borde recto, al menos de 250 mm (10″) de largo. El borde de corte y enrasado deberá ser biselado, si tiene más de 3 mm (1/8″) de espesor.
- Material misceláneo Cuarteador, mezclador, cápsulas, probetas, espátulas, palas, cucharones, discos de papel de filtro aproximadamente del mismo diámetro interno del molde, etc.
- Prensa: Utilizada para forzar la penetración de un pistón dentro del Espécimen de ensayo. Debe estar equipada con una cabeza o base móvil que se mueva a una velocidad uniforme de 1.27 mm/min, con una tolerancia de ± 20 %.
¿Cómo es el procedimiento para realizar un ensayo CBR?
- Se preparan tres muestras de material, cada una con un peso de 6000 gr, partir de ello se realiza un cuarteo para que estas tenga diferentes tamaños en su composición granular.
- Luego se tamiza con el propósito de que el 75% del material pase el tamiz, de lo contraria resultaría necesario hacer remplazo de material con el que pasa por dicho tamiz, pero que quede retenido en el número 4.
- Cada molde debe ser ajustado a la base, insertando el disco espaciador en el molde y cubrirlo con un disco de papel filtro.
- Se calcula la cantidad de agua que necesaria para que la muestra alcance la humedad optima.
- Se fabrican probetas de 5 capas, respectivamente: una de 12 golpes por capa, una de 25 golpes por capa y una de 56 golpes por capa.
- Para cada molde se debe retirar la base, el collar y el disco espaciador, se da la vuelta a la muestra se enrasa con el machete y se pesa el molde con el suelo compactado.
- Se coloca un disco de papel filtro sobre la base, se invierte la muestra y asegura el molde a la base de forma que el suelo quede en contacto con el papel de filtro.
- Sobre la muestra de suelo compactado se colocan dos pesas ranuradas (aprox 5 libras cada una) para simular la presión de sobrecarga requerida.
- Las muestras que se encuentran en probetas deben ser sumergidas en un tanque de inmersión durante un lapso de 96 horas. A partir del momento de la inmersión y cada 24 horas se lee la expansión o contracción de las muestras, con un deformímetro ubicado en un trípode que se ubica sobre el molde directamente.
- Pasadas las 96 horas se extrae la muestra del tanque de inmersión y se deja escurriendo durante 15 minutos. Se remueve el disco, las pesas, el papel filtro y se pesan las muestras.
- Se colocan los contrapesos necesarios para semejar el peso del pavimento. Luego el molde con la muestra y sobrecarga se coloca debajo del pistón de la prensa de carga aplicando una carga de asiento de 10 libras.
- Se tiene dos extensómetros uno da valores de la carga (superior) y el otro nos da valores de deformación (inferior).
- Se aplica la carga sobre el pistón de penetración con una velocidad de penetración uniforme de 0.05 pulgadas por minuto. La velocidad se controla por tiempo con un cronometro.
- Se anotan las lecturas de carga a las presiones de 0.025, 0.050, 0.075, 0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 pulgadas de penetración.
Dato: si la lectura correspondiente a cada penetración va progresando y la lectura de carga se repite significa que la muestra ya fallo, el pistón penetra sin que se encuentre resistencia.
- Este proceso debe repetirse con cada una de las muestras restantes.
- Se determina los valores de la carga ya corregidos por 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración con lo que se obtendrá los valores del C.B.R. para la cual se dividen las cargas entre la carga patrón y luego se multiplica por 100 para obtener el porcentaje.
- Una vez se grafica la curva densidad seca vs. C.B.R el valor correspondiente al 95 % del Proctor nos dará el valor de C.B.R.
- Se grafican los datos obtenidos por carga- penetración.
Recomendaciones y conclusiones
- Una de las principales dificultades en la realización del ensayo es el momento de girar la muestra para colocar la pesa ya que en el caso de la muestra que recibió 12 golpes por capa el material se disgregaba y lógicamente se alteraban los resultados, motivo por el cual se puede repetir el ensayo.
- El ensayo de CBR es fundamental en el diseño de un pavimento ya que permite medir la calidad de un material de subrasante, base o subbase e identificar la función que puede cumplir cierto material en la conformación de un pavimento en función de la resistencia al esfuerzo cortante que esté presente. por otro lado, por medio del CBR se puede llegar a relacionar módulos característicos del suelo, que nos permiten conocer sus propiedades de una manera m4s concreta, como el módulo elástico
- Los valores de CBR cercanos a 0% representan a suelos de pobre calidad, mientras que los más cercanos a 100% son indicativos de la mejor calidad. Antes de que pregunten les digo que sí, es posible obtener registros de CBR mayores que 100%, típicamente en suelos ensayados en condición «en seco» o «tal como se compactó», esto ocurre cuando la agencia o alguna especificación lo solicite.
- Al momento de la determinación del CBR en el laboratorio se manejan procesos que pueden ocasionar múltiples variaciones en las condiciones previamente establecidas para la obtención de los resultados (condiciones de densidad y “humedad). esto puede ocurrir debido a la manipulación de la muestra y las condiciones del sitio donde se realice el ensayo ya que se puede originar perdida de la “humedad optima requerida para el ensayo y al momento de la compactación se puede variar la energía si no se “ace un riguroso control al momento de la aplicación del n6mero de golpes desde la altura establecida.
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