Versión en Español
Contento de retomar estos temas asociados al mejoramiento de los suelos, tomando como referencia un indicador de resistencia conocido internacionalmente como CBR, estas iniciales vienen del Inglés “California Bearing Ratio”. El enfoque de esta publicación es entender el significado físico y mecánico de este valor, utilizando materiales de reciclaje, enalteciendo de este modo la temática de “Ingeniería con Creatividad”. Quiero agregar que las explicaciones que se realizarán en esta publicación son en base a mi experiencia como profesor universitario, experiencia en la que tuve la oportunidad de asistir a muchos ensayos de laboratorio del tema que estamos abordando.
Ahora bien, el CBR en esencia viene a comparar la resistencia a la penetración de la piedra de california, con respecto a la resistencia a la penetración del suelo que estamos estudiando, típicamente usando en la laboratorio un suelo mejorado por el procedimiento de compactación, en torno a este tema te recomiendo la lectura de esta publicación , en la que abordo los aspectos teóricos y prácticos en los que se fundamenta. Entonces esa comparación para poderse realizar, debemos de partir de ciertos parámetros conocidos; según la normativa ASTM D 1883-84 que rige el ensayo CBR conocemos que la piedra de california para ser deformada 0.1” (0.1 pulgadas) requiere un esfuerzo de penetración de 1000 psi, y para ser deformada 0,2” (0.2 pulgadas se requiere un esfuerzo de penetración de 1500 psi). En este orden de ideas el suelo compactado se somete a un esfuerzo de penetración, usando por ejemplo una prensa universal como la indicada en la figura. Esta fotografía fue capturada en uno de mis momentos en el laboratorio de mecánica de suelos de la UNEFM, Falcon, Venezuela, casa de estudios donde laboré por casi 10 años.
Lo resaltado por el ovalo de color rojo viene a ser el suelo previamente compactado que se encuentra dentro de un molde cilíndrico de metal, y encima hay un pistón que aplica un esfuerzo con la intención de penetrar ese suelo en cuestión, ese esfuerzo requerido para lograr la deformación de 0.1” y 0.2” es el que comparamos con el esfuerzo requerido para lograr esas mismas deformaciones en la piedra de california. Entonces teniendo claro el concepto de CBR, quiero ilustrar con un resorte la idea de las relaciones esfuerzo deformación que puede experimentar material (suelo compacto, siendo el enfoque de esta publicación). Primero que todo la idea del molde la quiero ilustrar con este soporte de mi antiguo globo terráqueo que se malogró hace unos meses y usando también una lámina de plástico.
El resorte viene a ilustrar esa parte del suelo que se encuentra justo debajo del pistón, acotando que el suelo esta formado por una fase solida (el metal en cuestión del resorte) y la fase de vacíos (aire y agua) que vienen siendo estos espacios dentro del espiral del resorte, obviamente como el suelo esta compactado los vacíos se han reducido al máximo siendo ocupados por mas suelo, entonces es interesante medir la resistencia que opondrá ese suelo a la deformación.
Este aspecto lo aclaro, porque técnicamente se considera a las partículas del suelo incompresibles, es decir, lo que se produce es una disminución de los vacíos al aplicar este esfuerzo de deformación en el suelo, algo que intento ilustrar didácticamente de la siguiente manera, acotando que mis manos hacen las veces del pistón de la prensa universal mostrada en la imagen anterior.
Entonces imaginemos que mi mano requirió un esfuerzo de 750 psi para deformar el suelo 0.1”, en sentido el CBR de suepueto suelo viene dado por la expresión:
Es decir el suelo tendría un CBR de 75%. Ya sabemos entonces de dónde viene ese valor de CBR, ahora es el momento de profundizar en las tantas variantes que pueden influir en este valor, una de estas es por ejemplo la velocidad de penetración del pistón, por eso la misma está estandarizada según la norma ASTM D-1883 a 0.05 pulgadas por minuto. Este aspecto lo he resaltado, porque es una cuestión técnica del equipo que se utiliza para realizar la penetración al suelo comprado, y depende de por ejemplo de la calibración del equipo en cuestión. Ahora bien, existen otras variables de mucho interés, como por ejemplo la cantidad de sobrecargas, condiciones de hidratación, parametritos derivados del proceso de compactación del suelo, lo que perite dedicir que un mismo suelo dependiendo las condiciones en las que se realice el ensayo pieude tener infnidad de valore de CBR, pero allí vienen los criterios de la ingeniera para saber a que condiciones adaptarnos y proceder con el ensayo para que busque simular en la medida de lo posible las condiciones que el suelo compactado experimentará una vez utilizado como material de relleno del cuerpo de una carretera. Espero estar abordando estas ideas en futuras publicaciones. Por lo que ahora concierne me siento muy contento de que hayamos iniciado este viaje en un tema central del mejoramiento de los suelos como lo es el ensayo de CBR. Espero los contenidos expuestos hayan sido de su agrado y utilidad. Nos leemos en una próxima oportunidad. Escribió para ustedes:
Notas de Importancia
Todas las imágenes estáticas e imágenes animadas son propiedad del autor
La bibliografía consultada es la norma ASTM D 1883
Los logos empleados son cortesía de la comunidad StemSocial
El traductor empleado para la versión en Inglés es DeepL
English Version
We are pleased to revisit these topics associated with the improvement of soils, taking as a reference a resistance indicator known internationally as CBR, these initials come from the English “California Bearing Ratio”. The focus of this publication is to understand the physical and mechanical meaning of this value, using recycled materials, thus enhancing the theme of “Engineering with Creativity”. I want to add that the explanations that will be made in this publication are based on my experience as a university professor, experience in which I had the opportunity to attend many laboratory tests of the subject we are addressing.
Now, the CBR essentially comes to compare the penetration resistance of the california stone, with respect to the penetration resistance of the soil we are studying, typically using in the laboratory a soil improved by the compaction procedure, on this topic I recommend reading this publication , in which I address the theoretical and practical aspects on which it is based. In order to make this comparison, we must start from certain known parameters; according to the ASTM D 1883-84 standard that governs the CBR test, we know that the california stone to be deformed 0.1“ (0.1 inches) requires a penetration effort of 1000 psi, and to be deformed 0.2” (0.2 inches) requires a penetration effort of 1500 psi. In this order of ideas the compacted soil is subjected to a penetration stress, using for example a universal press as shown in the figure. This photograph was taken in one of my moments in the soil mechanics laboratory of the UNEFM, Falcon, Venezuela, where I worked for almost 10 years.
What is highlighted by the red oval is the previously compacted soil that is inside a cylindrical metal mold, and on top of it there is a piston that applies an effort with the intention of penetrating the soil in question, that effort required to achieve the deformation of 0.1“ and 0.2” is what we compare with the effort required to achieve those same deformations in the california stone. So having clear the concept of CBR, I want to illustrate with a spring the idea of the stress-strain relationships that material (compacted soil, being the focus of this publication) can experience. First of all, I want to illustrate the idea of the mold with this support of my old globe that was damaged a few months ago and also using a plastic sheet.
The spring comes to illustrate that part of the soil that is just below the piston, noting that the soil is formed by a solid phase (the metal in question of the spring) and the phase of voids (air and water) that are these spaces within the coil of the spring, obviously as the soil is compacted the voids have been reduced to the maximum being occupied by more soil, then it is interesting to measure the resistance that will oppose the soil to deformation.
I clarify this aspect because technically the soil particles are considered incompressible, i.e., what is produced is a decrease of the voids when applying this deformation stress on the soil, something that I try to illustrate didactically in the following way, noting that my hands act as the piston of the universal press shown in the previous image.
So let's imagine that my hand required a stress of 750 psi to deform the soil 0.1”, in sense the CBR of your soil is given by the expression:
In other words, the soil would have a CBR of 75%. We already know then where this CBR value comes from, now it is time to delve into the many variants that can influence this value, one of these is for example the speed of penetration of the piston, so it is standardized according to ASTM D-1883 at 0.05 inches per minute. This aspect I have highlighted, because it is a technical issue of the equipment used to perform the penetration to the ground purchased, and depends on for example the calibration of the equipment in question. Now, there are other variables of great interest, such as the amount of overloads, hydration conditions, parameters derived from the soil compaction process, which allows to deduce that the same soil depending on the conditions in which the test is performed may have infnidad of CBR value, but there come the criteria of the engineer to know what conditions to adapt and proceed with the test to seek to simulate as far as possible the conditions that the compacted soil will experience once used as fill material for the body of a road. I hope to be addressing these ideas in future publications. As far as I am concerned, I am very happy that we have started this journey on a central topic of soil improvement such as the CBR test. I hope you have enjoyed and found the contents presented here useful. See you in a future opportunity. Written for you:
Important Notes
All static and animated images are property of the author, edited with Filmora 11 software.
The logos used are courtesy of the StemSocial community.
The translator used for the English version is DeepL