2.0 Comportamiento de Los Materiales Sub Rasante Unh 2011

7/28/2019 2.0 Comportamiento de Los Materiales Sub Rasante Unh 2011

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Captulo II :

Caracterizacin de losMateriales

Ing. Johny Bendezu Acero

Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 1


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Sylabo


II. CARACTERIZACIN DE LOS MATERIALES

2.1 Suelo de fundacin2.2 Bases y sub bases2.3 Materiales bituminosos2.4 Concreto


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2.1 Suelo de fundacin y

subrasante



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Suelo de fundacin

Se denomina suelo de fundacin a la capa del suelo bajo laestructura del pavimento, preparada y compactada comofundacin para el pavimento. Se trata del terreno natural o laltima capa del relleno de la plataforma sobre la que seasienta el pavimento.



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Trabajo en campo

Con el objeto de determinar

las caractersticas fsico-

mecnicas de los materiales

de la subrasante se llevarna cabo investigaciones

mediante la ejecucin de

pozos exploratorios o

calicatas de 1.5 m deprofundidad mnima

(respecto del nivel de

subrasante del proyecto).



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Trabajo en campo

El espaciamiento varia de

100 m en zonas urbanas a

150 500 m en carreteras.

Las calicatas permiten

extraer muestras alteradas

que sern remoldeadas en

el laboratorio, tambin

permiten obtener muestrasinalteradas.



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Trabajo en laboratorio

Todas las muestras representativas obtenidas de los estratos de las

calicatas del suelo de fundacin debern contar con los siguientes

ensayos:

Anlisis granulomtrico por tamizado.

Lmites de consistencia: Lmite lquido, lmite plstico e ndice deplasticidad.

Clasificacin SUCS.

Clasificacin AASHTO.

Humedad Natural.

Proctor Modificado.

C.B.R./Modulo de reaccin de la sub rasante

Permeabilidad*



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Granulometra



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Limites de consistencia



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ndice Plstico (IP)

Es la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico de unsuelo. ASTM D-424.

Indica el intervalo de humedades entre las cuales el suelo secomporta como un material plstico, es decir mide la

plasticidad del suelo. Un lmite lquido alto indica una alta elasticidad del suelo.

Un valor muy alto del ndice plstico significa una altaprobabilidad de hinchamiento.


IP = LL

LP


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Clasificacin de suelos



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Relacin Humedad - Densidad(Proctor Modificado)



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Permeabilidad


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CBR

Relacin entre la presinnecesaria para penetrar un

material 0,25 cm (0,1 pulg )y la presin para tener lamisma penetracin en unmaterial adoptado como

patrn.



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CBR es un nmero que carece de siginificado fsico Porter (1950): CBR no es una medida directa del valor

soporte de los materiales Turnbull (1950): CBR no es ms que un simple ensayo de

corte, siendo til como indicador de la resistencia al corte delos suelos

Simposio de la ASCE (1950): CBR debe ser consideradocomo un ensayo indicativo de resistencia al corte... principiosde diseo de pavimentos estn basados en prevencin de lafalla al corte de las subrasantes de los pavimentos


CBR


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CBR


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CBR in-situ



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CBR de la Subrasante


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CBR(%) ClasificacinGeneral Usos

Sistema de ClasificacinSUCS AASHTO

0.03.0 Muy pobre -- OH, CH, MH, OL A-5, A-6, A-7

3.07.0 Pobre aregular -- OH, CH, MH, OL A-4, A-5, A-6, A-7

7.020.0 Regular Subrasante OL, CL, ML, SC, SM, SP A-2, A-4, A-6, A-7

20.050.0 Bueno Sub Base,Base GM, GC, SW, SM, SP, GP A-1-a, A-2-5, A-3, A-2-6

> 50.0 Excelente Base GW, GM A-1-a, A-2-4, A-3



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Potencial de Expansin ndice de Plasticidad Potencial de Expansin (%) Lmite de Contraccin

Muy alto >32.0 > 25.0 < 10.0

Alto 23.0 32.0 5.0 25.0 6.0 12.0

Medio 12.0 23.0 1.5 5.0 8.0 18.0

Bajo < 12.0 0.0 1.50 > 13.0


La siguiente es una clasificacin segn Holtz y Gibbs (Bureau of Reclamation de los E.U.A.)


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En caso la subrasante sea clasificada como pobre (CBR < 6%),se proceder a eliminar el material inadecuado y se colocarun material granular con CBR mayor a 10%.

En caso de encontrarse suelos saturados o blandos, o napafretica alta (cercana al nivel de subrasante), el proyectistadefinir las medidas de estabilizacin (cambio de material,adicin de roca, pedraplen, etc.), especificando material

relativamente permeable y diseando los elementos dedrenaje y/o subdrenaje que permitan drenar el agua.

En zonas sobre los 3,000 msnm se evaluar la accin de lasheladas en los suelos.


CBR de la subrasante


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Excavacin y recompactacin controlando ladensidad y la humedad

Mejora mecnica (mezclando con un materialmas grueso)

Excavacin y reemplazo con rellenoseleccionado

Estabilizacin (con cal, cemento, cal-cenizasvolantes, asfalto)

Refuerzo con geosinteticos


Mejora de la Sub-rasante


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Mejora de laSub-rasante


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El mdulo de reaccin de la

subrasante k, representa la

presin de una placacircular rgida de 76 cm de

dimetro dividida por la

deformacin que dicha

presin genera. Su unidad

de medida es el Kg/cm2/cm(Kg/cm3).

Mdulo de reaccin de lasub-rasante (k)


Mdulo de reaccin de subrasante (k)

p: presin que transmite la placa al suelo

: deformacin fijada previamente


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El ensayo consiste en aplicar al

suelo distintos estados de carga y

registrar la deflexin producida enellos.

Se utiliza para evaluar la capacidad

de soporte de subrasantes, bases o

pavimentos completos.


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Debido a que el ensayocorrespondiente (NormaAASHTO T222-78) es lento y

caro de realizar, habitualmentese calcula correlacionndolocon otro tipo de ensayos msrpidos de ejecutar, talescomo la clasificacin de sueloso el ensayo CBR.

Sub-rasante:

k=0.25xlog (C.B.R.)(kg /cm3 )C.B.R.< 10 %

Sub-base granular:

k=-4.51xlog(C.B.R.)(kg /cm3 ) C.B.R. >10 %



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Correlacin de k con las Propiedades del Suelo

Tipo de suelo Densidad (g/cc) CBR (%) k (kg/cc)

A-1-a, bien gradada 2.10 2.35 60 - 80 8.3 12.5

A-1-a, pob. gradada 2.02 2.18 35 - 60 8.3 11.1

A-2-4 5, gravosa 2.18 2.44 40 - 80 8.3 13.8

A-2-4 5, arenosa 2.02 2.27 20 - 40 8.3 11.1

A-3 1.76 2.02 4.2 8.3 15 25

A-4, limo 1.51 1.76 4 8 0.7 4.6

A-5, limo 1.34 1.68 5 15 1.1 6.1

A-6, arcilla plstica 1.68 2.10 5 15 0.7 7.1

A-7-5, arcilla mod. plst. 1.51 2.10 4 15 0.7 6.0

A-7-6, arcilla alta plast. 1.34 1.85 3 5 1.1 6.1


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Correlacin de k con CBR

C l i


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Correlaciones



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Ensayos en la subrasante

Campo Cono de penetracin ligero (PDC)

FWD (Deflectometra de impacto)

Viga Benkelman


P t t di i li d


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Penetrmetro dinmico ligero de conoPDC

Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A.35


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Correlacin de PDC y CBR



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Correlaciones entre el PDC y CBR (Per)



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FWD (Falling weight Deflectometer)


Cuenco de deflexiones en el ensayo con FWD


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Falling Weight Deflectometer (FWD)


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Falling Weight Deflectometer (FWD)



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Viga Benkelman



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Mdulo de resilencia


Estado de esfuerzos provocados en la subrasante por el paso de un vehculo en movimiento.

La sub rasante estasometida a un estado

de esfuerzos variable y

por ende a un estado

de deformaciones en el

momento que losvehculos aplican las

cargas sobre la

estructura del

pavimento.


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Se conoce que los materialesempleados en la construccin depavimentos no son elsticos porque presentan una deformacinplstica acumulada con cadaaplicacin de carga, sin embargo sila carga es reducida con respecto ala resistencia del material, ladeformacin acumulada ser

reducida por ende se puedeconsiderar el material como

elstico.



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Mdulo de resilencia


El modulo resilentees el modulo

elstico para serempleado en lateora elstica

Deformaciones por cargas repetitivas.


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Mdulo de resilencia

Deformacin acumulada con el nmero de aplicaciones del esfuerzo desviador



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Mdulo de resilencia

Como se ha observado en los estudios llevados a

cabo sobre mdulo resiliente, este parmetro no es

una propiedad constante del material, sino que

depende de muchos factores. Los principales son:nmero de aplicaciones del esfuerzo, tixotropa,

magnitud del esfuerzo desviador, mtodo decompactacin y condiciones de compactacin.



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Mdulo de resilencia

La metodologa actual para diseo de pavimentosutilizada por el mtodo AASHTO (AmericanAssociation of State Highway and TransportationOfficials) considera que la propiedad fundamentalpara caracterizar los materiales constitutivos de laseccin de una carretera es el parmetrodenominado mdulo resiliente.

Es por ello que la seleccin apropiada del mdulo

resiliente de un material se debe de realizar consumo cuidado, teniendo en cuenta los factores queen l influyen.



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Mdulo de resilencia material granular



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Mdulo de resilencia suelo fino



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Efecto de la presin de confinamiento en elmdulo resilente


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CorrelacionesMdulo de

resilencia



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Correlaciones Mdulo de Resilencia - CBR



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Correlaciones Mdulo de Resilencia


Ecuacin propuesta por la guia AASHTO:Mr (psi) = 1500 CBR , para CBR < 10%

Para suelos finos:Mr = 1500 x CBR; para CBR < 7.2 % (Venezuela)

Mr = 3000 x CBR0.65 para CBR de 7.2 a 20 % (Sudfrica)

Para suelos granulares, las siguiente ecuacin desarrollada con base en lapropia gua AASHTO ofrece una buena correlacin:

Mr = 4326 x ln CBR + 241


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Modulo de resilencia

Para suelos granulares

Para suelos finos

Donde:

= esfuerzo de masa

K1 y K2 son constantes de regresin

Donde:

d= esfuerzo desviador

K1 y K2 son constantes de regresin

Donde:

Pa = presin atmosfrica

K1, K2, K3 = coeficientes y constante elstica no

lineal

Modelos usados para estimar modulos resilentes de suelos

Para todo tipo de suelo


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Mr de Diseo en Pavimentos

AsflticosAASHTO 1993



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Procedimiento de calculo del modulo resilente(AASHTO)

1. Calcular el coeficiente de empuje en reposo:

Suelos cohesivos

Suelos granulares

2.Calcular el esfuerzo lateral



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Procedimiento de calculo del modulo resilente

3. Calcular el esfuerzo desviador

4. Calcular el esfuerzo Total

5. Calcular el Mr, en caso de suelos estratificados secalcula con



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Procedimiento de calculo del modulo resilente

6. Calcular el modulo efectivo bajo el criterio deserviciabilidad

7.Verificar el ahuellamiento lmite


f = Dao relativo basado en un criterio de diseo de serviciabilidad

MR = Modulo resilente del suelo


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Modulo de resilencia

efectivo

Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A.

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Mr de diseo Pavimentos AsflticosInstituto del Asfalto



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Mdulo resilente de diseo



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Ejemplo de modulo resilente de diseo


El Mr de diseo de la subrasante es definido como el valor

que es menor al 60, 75 o 85.5% de todos los valores.


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K de diseo Pavimentos Rgidos

mtodo PCA



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Mdulo dereaccin de la

subrasante


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K de diseo Pavimentos Rgidos

AASHTO 1993


Mdulo de


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Mdulo dereaccin de la

subrasante

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