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Captulo II :
Caracterizacin de losMateriales
Ing. Johny Bendezu Acero
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Sylabo
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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)
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Mdulo de reaccin de subrasante (k)
p: presin que transmite la placa al suelo
: deformacin fijada previamente
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Mdulo de reaccin de lasub-rasante (k)
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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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Mdulo de reaccin de lasub-rasante (k)
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
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P t t di i li d
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Penetrmetro dinmico ligero de conoPDC
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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)
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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
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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
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 44
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
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 51
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Correlaciones Mdulo de Resilencia - CBR
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Correlaciones Mdulo de Resilencia
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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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Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 55
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
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 57
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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
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 58
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Procedimiento de calculo del modulo resilente
6. Calcular el modulo efectivo bajo el criterio deserviciabilidad
7.Verificar el ahuellamiento lmite
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 59
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.
60
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Mr de diseo Pavimentos AsflticosInstituto del Asfalto
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 61
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7/28/2019 2.0 Comportamiento de Los Materiales Sub Rasante Unh 2011
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Mdulo resilente de diseo
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 62
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Ejemplo de modulo resilente de diseo
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 63
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
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 64
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Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 65
Mdulo dereaccin de la
subrasante
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K de diseo Pavimentos Rgidos
AASHTO 1993
Pavimentos UNH-2011 Ing. Johny Bendezu A. 66
Mdulo de
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Mdulo dereaccin de la
subrasante