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Esta pregunta me la hace nuestro patrocinante SOLESTUDIOS, C.A. Dicen que es una de las preguntas más frecuentes que reciben en sus laboratorios por parte de los clientes cuando incrédulos ven los registros del ensayo en sus reportes. A pesar de que les muestran los registros de calibración de sus prensas, y pruebas de que la secuencia de procedimientos de ejecución del ensayo son las mismas que en la norma ASTM D 1883-07, persiste la incredulidad.
Este artículo es para responder a los clientes de mi cliente, y también para que mi testimonio pueda servir de ayuda a Uds., consuetudinarios lectores, en caso de que se les presente una situación similar que, al igual que el 100% de compactación, está recubierto de una estela de dogma que tanto perjudica el entendimiento.
¿Puede haber un CBR mayor al 100%?
Recuerdo que en 2000, cuando empezamos a realizar ensayos para trazar los primeros mapas de resistencia de suelos del sur del estado Anzoátegui (Venezuela), rompimos la prensa universal del laboratorio; se le salió el aceite y el marco de carga se desvencijó pues, en un intento de cubrir el rango hasta 0.3 o 0.4 pulgadas de deformación de penetración para obtener una curva presentable de CBR, la carga superó la capacidad máxima de 11200 libras-fuerza de la prensa. En aquellas pruebas, en aquellos CBRs de 15 puntos que hacíamos, sobrepasamos el 100% de CBR en varias oportunidades, sobre todo en los especímenes ubicados en la rama seca de la curva Proctor.
Los mapas de resistencia son gráficos cartesianos que tienen en las abscisas a la humedad, en las ordenadas a la densidad seca, y en las curvas de contorno al valor de CBR. Son, digámoslo así, la «topografía» de la resistencia del suelo; muestran la variación del CBR del suelo (ensayado con la humedad de compactación; estado que en inglés llaman «unsoaked», para distinguir del de 4 días de inmersión) bajo la influencia de la humedad y la densidad del suelo. A partir del año 2009, estos útiles gráficos se sugieren en la norma técnica venezolana Fondonorma NTF 2000-1: 2009 de construcción de carreteras, como alternativa al criterio del 95% del Proctor en el diseño y control de suelos compactados. (Puede conocer más acerca de los mapas de resistencia bajando este artículo: Artículo sobre mapas de resistencia en UNSAT 2002)
Estos mapas se trazan a través de experimentos factoriales de laboratorio bajo las directrices de la variante «CBR para un rango de humedad», que aparece en la norma ASTM D 1883-07. Este rango de humedad es el rango en el que se juzga será el rango de humedad de trabajo del suelo en el campo, desde estados secos hasta húmedos. Cuando empezamos a trazar los primeros mapas de resistencia nuestra intención era, como la de cualquier diseñador, maximizar la resistencia del suelo, es decir, encontrar las combinaciones de humedad y densidad con las que se podía obtener el CBR más alto del suelo. Pero posteriormente, y con los últimos desarrollos tecnológicos, los mapas de resistencia se utilizaron para producir curvas de diseño para un amplio rango de grados de saturación del suelo.
A continuación voy a presentar un par de pruebas de que es posible encontrar suelos con CBR mayor que 100%.
La siguiente gráfica muestra la curva de penetración-esfuerzo de CBR para una probeta de suelo elaborada con arena limosa (SM, A-4(0)); la misma fue compactada con energía Proctor de 56 golpes/capa y humedad óptima produciendo un grado de saturación de 60%.
El ensayo de penetración CBR se realizó inmediatamente luego de elaborada la probeta (sin inmersión a 4 días). La curva de penetración se compara en la gráfica con los registros estándar de la piedra picada California (ASTM D 1883-07) que son 1000 y 1500 psi, para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración, respectivamente. Obsérvese que los mismos están por debajo de la curva, lo que significa que el CBR del suelo de la probeta ensayada es mayor que 100%; de hecho es 133% (1338 psi/1000 psi).
El siguiente ejemplo, mostrado en la Figura 2, es una gráfica de correlación entre el valor de CBR medido en laboratorio en estado «tal como se compactó» y el módulo elástico medido con pruebas de placa en dos terraplenes de prueba elaborados con el mismo suelo. En este caso el suelo es grava limosa (GM, A-1-b(0)) compactada, tanto en laboratorio como en el terraplén, a diversos grados de compactación. Obsérvese que se registraron valores de CBR de hasta 180%, que en campo se asociaron a módulos elásticos mayores que 250 MPa. El grado de saturación del suelo en el terraplén de prueba varió entre 50 y 65%.
Una vez demostrado que sí es posible que el suelo tenga valores de CBR mayores que 100% pasamos a explicar el por qué de este fenómeno.
La piedra picada es un excelente material constructivo para pavimentos y rellenos estructurales no solo por su resistencia, sino por el hecho de que la misma no es susceptible al humedecimiento. Es decir, la resistencia de la piedra picada es prácticamente igual en seco que humedecida. Sin embargo, los suelos que combinan el agregado grueso e intermedio con finos plásticos (como las arenas gruesas y gravas, ambas limosas y/o arcillosas) tienen la ventaja de tener un cementante que aumenta la resistencia del suelo cuando la humedad baja. Es decir, la resistencia aumenta en función de dos fenómenos, el contacto entre granos (que produce la densificación), y el aumento de la succión (a medida que se tienen humedades más bajas).
Según Fredlund y Rahardjo (1993), una presión de succión de entre 100 y 1000 kPa, típica de un suelo compactado, es tan grande como la presión que recibiría un suelo ubicado a una profundidad de 10 a 100 metros; de modo que esta sería una gran contribución a la resistencia del suelo cuando está seco, que no tiene la piedra picada.
En conclusión,
Sí es posible (pues se ha probado aquí) encontrar suelos con CBR mayor que 100% y generalmente esto se produce cuando son ensayados en la condición que llama la norma ASTM D 1883-07 «tal como se compactó».
Esto es posible en suelos que combinan los tamaños de agregado grueso e intermedio con finos plásticos (arenas gruesas y gravas, ambas limosas y arcillosas). Como en la piedra picada, la resistencia de este tipo de suelos viene del contacto entre granos, que se gana con la densificación, pero (y a diferencia de la piedra picada) estos suelos también reciben el aporte de resistencia de la succión que se genera al bajar la humedad de la pasta de fino con agua que se transforma en cementante; esta succión es una presión de magnitud considerable.
Si el CBR es a 4 días de inmersión es poco probable que el CBR de un suelo supere el 100% debido a que, por la saturación tal alta esperada, la succión en el suelo debe ser muy baja, con un aporte poco significativo a la resistencia.
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