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VALOR RELATIVO SOPORTE DE LOS SUELOS (C.B.R): Fue propuesto en 1929 por los ingenieros T.E. Stanton y O. J. Porter, del Departamento de Carreteras del Estado de California. Desde esa fecha, tanto en Europa como en América, el método C.B.R (California Bearing Ratio - Relación de Soporte California) se ha generalizado y es hoy en día, uno de los más empleados para la caracterización de la “resistencia” de los suelos, sub-bases y bases granulares, valor que generalmente se utiliza en el cálculo de los espesores de pavimentos. Se establece en él, una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos flexibles. Si bien este método es empírico, se basa en un gran número de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, como en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los mejores procedimientos prácticos sugeridos hasta hoy. El C.B.R es una medida comparativa de la “resistencia al corte” de un suelo o material granular, y se define como la relación porcentual entre la carga unitaria requerida para penetrar un pistón normalizado a una profundidad determinada dentro de una muestra del material; y la carga unitaria necesaria para penetrar el mismo pistón y a la misma profundidad en una mezcla patrón de piedra picada; es decir: C.B.R = Carga unitaria del material ensayado x 100 Carga unitaria de la piedra picada (1) NOTA (1): las penetraciones y cargas unitarias normalizadas para el material patrón son: TABLA 1: Penetración (pulg.) Carga Unitaria (psi) 0,1 1.000 0,2 1.500 0,3 1.900 0,4 2.300 0,5 2.600

El C.B.R de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0,1” y 0,2” de penetración, expresada en porcentaje con respecto a su respectivo “valor patrón”. El C.B.R de un material es función de su densidad, textura, humedad de compactación, humedad después de la saturación, su “grado de alteración” y de su granulometría. Su valor se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos, principalmente con fines de uso como subrasante, sub-base y base bajo pavimentos de carreteras y aeropistas. A continuación y a manera de referencia, se presenta la tabla 2, de valores “típicos” del C.B.R, su clasificación general y el uso probable de los suelos según los sistemas de clasificación Unificado y H.R.B. (AASHTO). Prof. Alfredo E. Barrios M.

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TABLA 2:

C.B.R (%)

Clasificación General

Usos

0-3 3-7 7-20 20-50 > 50

Muy pobre Pobre a regular Regular Bueno Excelente

Subrasante Subrasante Sub-base Base, sub-base Base

Sistema de Clasificación: Unificado AASHTO OH, CH, MH, OL OH, CH, MH, OL OL, CL, ML, SC, SM, SP GM, GC, SW, SM, SP,GP GW, GM

A-5, A-6, A-7 A-4, A-5, A-6, A-7 A-2, A-4, A-6, A-7 A-1-b, A-2-5, A-3, A-2-6 A-1-a, A-2-4, A-3

Los factores que más afectan a los valores obtenidos en la prueba C.B.R son la textura del suelo, su contenido de agua y su condición de compactación.

MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DEL C.B.R:

- Gravas y Arenas 

Suelos perturbados y remoldeados

Determinación del C.B.R

- Suelos cohesivos, poco plásticos no expansivos. - Suelos cohesivos y expansivos.



Suelos inalterados.



C.B.R in situ

La determinación del C.B.R. de suelos perturbados y remoldeados es el más común, y debido a que la muestra de laboratorio debe representar lo más fielmente posible los resultados de la compactación de campo, debe realizarse un estricto control en laboratorio sobre la densidad (energía de compactación) y la humedad de la muestra en el momento de la compactación.

1) DETERMINACIÓN DEL C.B.R DE SUELOS PERTURBADOS Y REMOLDEADOS: La determinación del C.B.R se realiza en tres etapas: la primera corresponde a la compactación del espécimen, la segunda al hinchamiento de la muestra y la tercera pertenece a la prueba de penetración del suelo (ver el “Método de Ensayo para determinar el Valor Soprte C.B.R” del Manual visualizado – FLNV-MVS-15B – versión 2, del Ministerio de Infraestructura, Fundación Laboratorio Nacional de Vialidad, FUNDALANAVIAL).

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1.1) COMPACTACIÓN: Para la compactación del espécimen, se utiliza la metodología establecida por las pruebas Proctor Estándar (AASHTO T99 y ASTM D698) para el material de fundación (subrasante) y Proctor Modificado (AASHTO T180 y ASTM D1557) para materiales utilizados en la sub-base y base del pavimento, obteniéndose mediante éstas, la densidad máxima y humedad óptima del suelo estudiado. El problema principal, consiste en preparar en el laboratorio una muestra que tenga prácticamente, la misma densidad y humedad que se proyecta alcanzar en el sitio donde se construirá el pavimento. 1.2) HINCHAMIENTO: El hinchamiento mide la “susceptibilidad” del suelo utilizado, para la construcción de los pavimentos ante la presencia de agua. Para la realización de ésta prueba es indispensable la aplicación de una sobrecarga (2), cuya magnitud mínima debe ser de 4,54 kg. (10 lb.), equivalente a la de un pavimento de concreto (cemento Pórtland) de 12,5 cm de espesor. Entre las razones fundamentales que obligan a la aplicación de la sobrecarga al momento de la prueba tenemos: 

La evaluación del material en las condiciones a la cual estará expuesto, posterior a la construcción del pavimento.



Evitar o al menos reducir, la deformación de la superficie de la muestra cuando se somete a la penetración del vástago.

NOTA (2): a continuación y a manera de referencia, se presenta la tabla 3, donde se indican los valores de la sobrecarga tentativa para ensayos C.B.R en función del espesor esperado del pavimento:

Espesor estimado del pavimento (cm)

≤ 21 22 30 37 45 53 61 69 76

a 29 a 36 a 44 a 52 a 60 a 68 a 75 a 83

> 84

TABLA 3: Carga Total (2): Kilogramos libras 4,54 10 6,81 9,09 11,35 13,62 15,89 18,16 20,43 22,70 24,97

15 20 25 30 35 40 45 50 55

Nº de pesas a colocar sobre la muestra: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

NOTA (2): El peso unitario estimado del pavimento es de 1900 kg/m3.

Se sumerge el molde en un tanque de agua durante cuatro días (96 horas), registrándose las lecturas del extensómetro cada 24 horas y así determinar el hinchamiento o expansión del material. Prof. Alfredo E. Barrios M.

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La necesidad de saturación: El método utilizado en Venezuela para la determinación del C.B.R, requiere de la saturación del espécimen a ensayar, no obstante, y privando el buen criterio técnico, se podrían aplicar (3) los principios del Método MTC para el diseño de pavimentos, los cuales se señalan a continuación: 

En regiones áridas y semiáridas de precipitación menor a 600 mm anuales, la evaporación será superior a la precipitación y normalmente el nivel freático estará profundo, por ello difícilmente ocurrirá la saturación del pavimento, por lo que los ensayos de capacidad de soporte se realizarán a la humedad de equilibrio, la cual se puede determinar haciendo ensayos de succión o midiendo la humedad de la subrasante en pavimentos similares de vías cercanas que tengan al menos dos años de construidas. También se puede estimar con base a la humedad óptima del ensayo de compactación estándar o del límite plástico.



En las regiones con precipitación superior a los 600 mm anuales y donde se estime la posible saturación de la subrasante, deben realizarse en condición saturada.

NOTA (3): tomado de los Apuntes de Pavimentos. Volumen I. Ing. Gustavo Corredor M.

En general y amanera de recomendación, los materiales de préstamo a utilizar como sub-base deben tener expansiones menores del 2% y los materiales para bases menores al 1%. 1.3) PENETRACIÓN: Posterior a la saturación, se realiza la prueba de penetración a la muestra con la sobrecarga. Las lecturas tomadas, tanto de las penetraciones como de las cargas unitarias, se representan gráficamente en un sistema de coordenadas (ver Figura 1). Del dibujo de los valores de penetración vs cargas, pueden resultar dos casos: 

Si la curva esfuerzo- penetración que se obtiene es semejante a la del “Ensayo Nº 1” de la Figura 1, los valores anotados serán los que se tomen directamente en cuenta para el cálculo del C.B.R.



Si las curvas son semejantes a las correspondientes a los “Ensayos N os 2 y 3”, deberán ser corregidas trazando tangentes en la forma que se indica en la Figura 1, cuyas correcciones se realizan para “compensar” las deformaciones que han sucedido sobre la superficie de la muestra y que han alterado los resultados de las lecturas de esfuerzo y deformación. Los puntos A y B, donde dichas tangentes cortan al eje de las abscisas, serán los “nuevos” ceros de las curvas, y las cargas unitarias y penetraciones se determinarán a partir de estos ceros. Así por ejemplo, si se analiza la curva del “Ensayo Nº 3”, se tendrá que el esfuerzo correspondiente a la penetración “corregida” de 0,1”, será de 280 psi en lugar de los 120 psi de la curva “sin corregir”.

SELECCIÓN DEL C.B.R DE LA MUESTRA ENSAYADA: El C.B.R de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0,1” ó 0,2” de penetración, expresada en porcentaje de su respectivo “valor patrón”. Si el C.B.R para 0,1” y 0,2” son semejantes, se recomienda usar en los cálculos el C.B.R correspondiente al mayor de ambos valores.

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Si el C.B.R correspondiente a 0,2” es muy superior al C.B.R a una penetración de 0,1”, deberá repetirse el ensayo. Si después de repetido el ensayo, aun sigue siendo muy superior, se tomará finalmente este valor repetido. A continuación se indican los procedimientos particulares a seguir según el tipo de suelo: I) Suelos Granulares (C.B.R de un solo punto): Es de escasa aplicación en Venezuela; estos suelos en la clasificación unificada se corresponden a los siguientes grupos de gravas y arenas: GW, GP, SW y SP. Los cuales no presentan “cohesión” y generalmente tienen valores del Índice de Plasticidad inferiores a 2, pudiéndose compactar fácilmente en el campo. En general, su capacidad de soporte no se altera apreciablemente con los cambios de humedad, de ahí que su C.B.R se puede determinar directamente después de compactarlos, sin sumergirlos previamente en agua, con una muestra preparada con un contenido de humedad igual a la “humedad de equilibrio”. Esta muestra se compacta de acuerdo al procedimiento del “Proctor Modificado” y se penetra. El C.B.R que se adopte para los cálculos de diseño de pavimentos flexibles, se corresponde con el de esta muestra única. II) Suelos Cohesivos poco plásticos y poco o nada expansivos (C.B.R de tres puntos): Es el de mayor utilización en el país, es aplicable a los siguientes suelos: 

Clasificación AASHTO: A-1-a; A-1-b; A-2-4; A-2-5; A-3; A-4; A-5; A-6 y A-7.



Clasificación SUCS: GW; GP; SW; SP; GM; GC; SM; SC; CL; ML Y OL.

Se aplica a condiciones climáticas normales y en suelos cuya capacidad de soporte no varía apreciablemente cuando se altera ligeramente su contenido de humedad. Procedimiento: 1) Se determina la curva de compactación según el método “Proctor Modificado”, si el material se empleará como capa de sub-base o de base granular; y el ensayo “Proctor Estándar”, si el material se empleará como fundación (subrasante) o subrasante mejorada (ver Figura 2). 2) Una vez determinada la curva de compactación, se preparan 3 briquetas (I, II y III), cada una de ellas con humedad de mezclado igual en ±0,5%, a la humedad óptima de la curva de compactación, cuyas briquetas se compactan con tres energías de compactación diferentes: Briqueta: I II III

Nº de golpes/capa 12 25 56

Se obtendrá por lo tanto, un valor de densidad seca para cada briqueta. 3) Cada una de las tres briquetas se sumerge en agua para la prueba de hinchamiento y posteriormente se realiza la prueba de penetración. 4) Se determina el valor del C.B.R a 0,1” y 0,2” para cada briqueta. 5) Se elabora un gráfico de densidades contra valores del C.B.R (ver Figura 2).

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Normalmente se grafican los valores de densidad vs ambos valores del C.B.R (0,1” y 0,2”), aun cuando en la Figura 2, se ha representado sólo una de ellas. Este procedimiento se recomienda ya que en algunos casos las curvas de C.B.R para 0,1” y 0,2” se cruzan, y debe seleccionarse el mayor valor de C.B.R posible del material ensayado. 6) Se selecciona el C.B.R de la muestra mediante el gráfico dibujado en el paso anterior, para una densidad igual a la que las especificaciones exigirán como compactación de campo (normalmente el 95% de la densidad máxima seca). Para ello se traza una perpendicular al eje de las ordenadas de la Figura 2, ubicada en el punto correspondiente a la densidad estimada de campo (en el ejemplo de la Figura 2, se observa que para el 95% de la densidad máxima, el C.B.R de diseño será el 46%). III) Suelos Cohesivos plásticos y expansivos (C.B.R de quince puntos): Estos suelos pertenecen, en la clasificación unificada, a los siguientes grupos: MH; CH y OH. Este procedimiento, es semejante al anterior pero más elaborado, pues se requiere de tres curvas de compactación; correspondiendo cada una de ellas a 56, 25 y 12 golpes por capa. Procedimiento: 1) Se determinan las tres curvas de compactación correspondientes a 56, 25 y 12 golpes respectivamente (ver Figura 3). Si los ensayos de compactación han sido realizados adecuadamente, la representación gráfica en papel semi-logarítmico, del esfuerzo de compactación vs densidad máxima, deberá de ser una línea recta (ver Figura 3). 2) Se realiza la prueba de hinchamiento a cada muestra. 3) Se determina el C.B.R de cada una de las muestras preparadas a diferentes densidades y contenidos de humedad. 4) Las curvas correspondientes a los contenidos de humedad, densidades y valores C.B.R, se representan en la forma indicada en la Figura 4. 5) En la Figura 4, se determina la zona “densidad-humedad”, de acuerdo con la clase de obra y a las normas aplicables (en el ejemplo, se trabajará con humedades de compactación del 14 al 18% y densidades entre el 95 y 99% de la máxima de laboratorio). 6) El C.B.R de diseño se seleccionará de las curvas C.B.R-densidad y C.B.R-humedad de la Figura 4 (en el ejemplo, el C.B.R de diseño “oscila” entre el 11 y 25%, siendo recomendable tomar como C.B.R de diseño un valor próximo a mínimo). Deberán seleccionarse cuidadosamente las humedades y densidades, pues en suelos expansivos no siempre la humedad óptima y densidad máxima son las más adecuadas.

2) DETERMINACIÓN DEL C.B.R DE SUELOS INALTERADOS: El C.B.R de éstos, se determina en los siguientes casos: 

Cuando se proyecta construir un pavimento encima del terreno de fundación existente, sin efectuar trabajos previos de compactación. Prof. Alfredo E. Barrios M.

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Cuando se desea correlacionar las pruebas de penetración realizadas “in situ”, con el C.B.R correspondiente a la humedad que se ha seleccionado para el diseño.

Para la obtención de las muestras inalteradas se utilizan cilindros de bordes cortantes (suelos cohesivos), los cuales se introducen a presión y cajas de madera (suelos granulares) que se introducen cuidadosamente en el terreno, hasta llenarlas de material. En ambos casos, las muestras deben ser protegidas de pérdidas en su contenido de humedad. Deberá asimismo, determinarse tanto el C.B.R correspondiente a la humedad natural en sitio, como el C.B.R correspondiente a la humedad que se ha seleccionado para el diseño. Ambas determinaciones se harán después de saturar las muestras en agua durante 4 días. 3) DETERMINACIÓN DEL C.B.R “IN SITU”: El ensayo se efectúa aplicando las cargas mediante un gato hidráulico sobre el que se apoya un vehículo (camión tanque, remolque, etc.) utilizado como sobrecarga. El C.B.R “in situ”, se determina a varias profundidades; generalmente se efectúa el ensayo a tres diferentes niveles, y se toma como C.B.R de diseño, el valor promedio de los C.B.R obtenidos.

BIBLIOGRAFÍA: 1. Apuntes de Pavimentos. Volumen I. Ing. Gustavo Corredor M. 2. La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres. Volumen 2. Alfonso Rico Rodríguez y Hermilo del Castillo. Editorial Limusa. 3. Carreteras, calles y aeropistas. Raúl Valle Rodas. 4. Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. Joseph E. Bowles. Editorial McGraw-Hill Latinoamericana. 5. Manual visualizado – FLNV-MVS-15B – versión 2, del Ministerio de Infraestructura, Fundación Laboratorio nacional de Vialidad, FUNDALANAVIAL.

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