subrasante y suelo de fundación

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Civil

SUBRASANTE Y SUELO DE FUNDACION Pavimentos

SUBRASANTE Y SUELO DE FUNDACION

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PAVIMENTOS

INTEGRANTES

Chagua Iberico Kevin

Figueroa Polo Alexandra

Mesta Bocanegra Gianfranco

Moncada Castagne Andrea

Rivera Serrano Joseph

Varas Ramírez Nataly

CURSO

PAVIMENTOS

TEMA


GRUPO

1

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO


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PAVIMENTOS


I. INTRODUCCION:

La subrasante se denomina a la superficie de la carretera terminada a nivel de

movimiento de tierras (corte y relleno), sobre la cual se coloca la estructura del

pavimento o afirmado, en la década del 40, el concepto de diseño de pavimentos

estaba basado en las propiedades ingenieriles de la subrasante. Estas propiedades

eran la clasificación de suelos, plasticidad, resistencia al corte, susceptibilidad a las

heladas y drenaje.

Desde las postrimerías de la década del 50, se puso más énfasis en las propiedades

fundamentales de la subrasante y se idearon ensayos para caracterizar mejor a estos

suelos. Ensayos usando cargas estáticas o de baja velocidad de deformación tales

como el CBR, compresión simple son reemplazados por ensayos dinámicos y de

repetición de cargas tales como el ensayo del módulo resiliente, que representan

mucho mejor lo que sucede bajo un pavimento en lo concerniente a tensiones y

deformaciones.

En este trabajo detallaremos todas las propiedades que se deben evaluar en una

subrasante y lo ensayos propicios para obtenerlos, y así determinar si el terreno es

apto para ser utilizado como suelo de fundación, o necesita de un proceso de

estabilización o mejoramiento del suelo.

II. DEFINICIONES:

Capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que

se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que

corresponde al tránsito previsto, esta capa puede estar formada en corte o

relleno y debe estar compactada.

Superficie de la carretera terminada a nivel de movimiento de tierras (corte y

relleno), sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado

Subrasante se denomina al suelo que sirve como fundación para todo el paquete

estructural de un pavimento.

Es una capa fundamental en la estructura de una obra vial la misma que está

encargada de soportar los esfuerzos necesarios para el tráfico en la obra a

realizarse

Terreno de fundación de los pavimentos, pudiendo estar constituida por el suelo

natural del corte o de la parte superior de un relleno debidamente compactado.


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PAVIMENTOS

III. ASPECTOS A TENER EN CUENTA PARA UNA OPTIMA SUBRASANTE:

Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia como a las eventuales variaciones de volumen. Los cambios de volumen en un suelo expansivo, pueden ocasionar graves daños a las estructuras que se apoyan sobre éste, por esta razón, al construir un pavimento hay que intentar al máximo controlar las variaciones volumétricas del mismo a causa de la humedad.

Como material de fundación, se debe establecer cuál es su resistencia mecánica y específicamente ante la presencia de cargas, se busca la relación entre la carga y la deformación unitaria.

La resistencia varía con las condiciones de humedad, compactación y confinamiento.

Deben presentarse en el laboratorio las mismas condiciones del proyecto.


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PAVIMENTOS

Pavimentos flexibles

Pavimentos Rígidos IV. CLASIFICACION DE SUELOS DE LA SUBRASANTE:

Según la norma CE. 010 de Reglamento Nacional de Edificaciones, los suelos de la subrasante se clasifican como: 1. Excelente: Los suelos de subrasante excelentes no se ven afectados por la

humedad o por el congelamiento, ellos incluyen arenas o gravas limpias y angulosas, particularmente aquellas que son bien graduadas. Propiedades típicas: Módulo resiliente ≥ 170 MPa (25,000 psi), CBR ≥ 17%.

2. Buenos: Los suelos de subrasante buenos tienen una cantidad sustancial de su capacidad de soportar cargas cuando están húmedos. Incluyen las arenas limpias, arenas con gravas y suelos libres de cantidades perjudiciales de materiales plásticos. Propiedades típicas: 80 MPa (12,000 psi) < Módulo Resiliente < 170 MPa (25,000 psi) 8%<CBR < 17 %

3. Regular: Los suelos de subrasante son moderadamente estables bajo condiciones adversas de humedad. Incluye suelos como arenas eólicas, arenas limosas y arenas gravosas que contienen cantidades moderadas de arcillas y limos. Propiedades físicas: 30 MPa (4,500 psi) < Módulo Resiliente < 80 MPa (12,000 psi) y 3%< CBR < 17 %


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PAVIMENTOS

4. Pobre: Suelos blandos y plásticos cuando están húmedos, incluyen suelos con cantidades apreciables de arcillas y limos. Los limos gruesos y arenas eólicas arenosos también pueden mostrar pobres capacidades portantes en áreas donde la penetración por helada dentro de la subrasante es un factor. Propiedades típicas: Módulo Resiliente ≤ 30 MPa (4,500 psi) CBR ≤ 3 %.

V. CARACTERISTICAS DE SUBRASANTE :

1. PROPIEDADES FÍSICAS:

a) Granulometría: Son las proporciones relativas en que se encuentran las diferentes partículas del suelo (grava, arena, limo y arcilla). La granulometría estudia la distribución de las partículas que conforman un suelo según su tamaña, lo cual ofrece un criterio obvio para una clasificación descriptiva. La variedad del tamaño de las partículas casi es ilimitada.

b) Humedad óptima, Densidad máxima (proctor): A través de él es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico. Existen dos tipos de ensayo proctor normalizados; el ensayo proctor normal y el ensayo proctor modificado. La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido al mayor peso del pisón y mayor altura de caída en el proctor modificado.

c) Límites de Atterberg: Se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos, aunque su comportamiento varía a lo largo del tiempo. Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:

Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado

líquido. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de

Casagrande.

Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado

plástico.

Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado

semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad.

2. PROPIEDADES INGENIERILES:

Dan una estimación de la calidad de los materiales para caminos. La calidad de los suelos para subrasante se puede relacionar con el módulo resiliente, el valor soporte del suelo y el módulo de reacción de la subrasante.

https://es.wikipedia.org/wiki/Suelo

https://es.wikipedia.org/wiki/Laboratorio

https://es.wikipedia.org/wiki/Cohesi%C3%B3n_del_terreno

https://es.wikipedia.org/wiki/Humedad

https://es.wikipedia.org/wiki/Cuchara_de_Casagrande

https://es.wikipedia.org/wiki/Cuchara_de_Casagrande


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PAVIMENTOS

a) Relación soporte de California (CBR): a finalidad de este ensayo, es determinar la

capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una

humedad óptima y niveles de compactación variables. Es un método desarrollado por

la división de carreteras del Estado de California (EE.UU.) y sirve para evaluar la calidad

relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.

El ensayo mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y

densidad controladas, permitiendo obtener un (%) de la relación de soporte. El (%) CBR,

está definido como la fuerza requerida para que un pistón normalizado penetre a una

profundidad determinada, expresada en porcentaje de fuerza necesaria para que el

pistón penetre a esa misma profundidad y con igual velocidad, en una probeta

normalizada constituida por una muestra patrón de material chancado.

b) Valor de resistencia HVEEM valor R: Evalúa la habilidad relativa del suelo para soportar cargas. Provee un indicador de resistencia horizontal ante las cargas verticales.

c) Módulo de reacción de la subrasante (K): Ensayo de placa; medición en sitio de las deformaciones con una serie de placas (76.2 cm de diámetro), cargadas (69kPa) a una cierta velocidad (0.05 mm/min), y se miden las deformaciones.

Tipos de suelos de subrasante y valores aproximados de k

Tipo de suelo Soporte Rango de Valores de k pci

(MPa/m)

Suelos de granos finos en los que predominan las partículas del tamaño de limos y arcillas

Baja 75-120(20-34)

Arenas y mezclas de arenas-gravas con cantidades moderadas de limo y arcilla

Media 130-170(35-49)

Arenas y mezclas de arenas-gravas, relativamente libres de finos plásticos

Alto 180-220(50-60)


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PAVIMENTOS

d) Ensayo de compresión triaxial: Determinar las características de Esfuerzo - Deformación y resistencia de los suelos sujetos a esfuerzos cortantes. En la actualidad el uso de pruebas triaxial en laboratorios de suelos, arroja resultados más precisos en la obtención de los parámetros de resistencia C y Ø del suelo. Estas pruebas son de mayor confiabilidad al momento de determinar la resistencia del suelo y nos dan opción de conocer en forma más completa las características mecánicas de un suelo.

e) Penetrómetro dinámico de cono: El Penetrómetro Dinámico de Cono (PDC) mide la

penetración dinámica por golpes, a través del terreno natural o suelo fundación, levemente cementados. Es un método no destructivo capaz de medir la capacidad estructural in situ del suelo de fundación. El equipo puede ser utilizado en: Identificación de tramos homogéneos, control de la construcción de las distintas capas de pavimento y determinación de la eficiencia de equipos de compactación, evaluación de un suelo colapsable, estabilidad de taludes, etc.

VI. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL COMPORTAMIENTO DE LA SUBRASANTE:

1. TIPO DE SUELOS Y SUS PROPIEDADES: La mayoría de los tipos de suelos se analizan a

partir de su clasificación en sistemas de uso general que se basan en la textura y la

plasticidad, el tamaño y la distribución granulométrica de sus partículas, propiedades

que tienen una influencia significativa en el comportamiento de los suelos bajo carga.

2. HUMEDAD Y DENSIDAD: Influyen en la resistencia y en el comportamiento bajo carga

repetida de los suelos de la subrasante. Durante la construcción, los suelos de

subrasante pueden ser compactados a una densidad y humedad específicas, que

permiten establecer valores de resistencia para el diseño del pavimento. Sin embargo,

tanto el contenido de humedad como la densidad pueden cambiar durante la

construcción o después de ella.

VII. TIPOS DE SUELOS:

a) Suelos Orgánicos: Los depósitos orgánicos contienen minerales, por lo general limo y

arena cuarzosos, que en ocasiones aumentan con la profundidad. Como puede

suponerse, la cantidad de mineral influye en las propiedades ingenieriles de la turba,

junto con la humedad y la densidad seca. Sus características son:

b) Relación de vacíos: Puede variar entre 9 para turba granular amorfa densa, y 25 para

los tipos fibrosos con alto contenido de celdas; tiende a disminuir con la profundidad.

c) Humedad natural: Las altas relaciones de vacíos dan origen a contenidos de humedad

extraordinariamente altos, de manera que muchas de las peculiaridades de la turba

pueden atribuirse a ellos. La humedad varía con el tipo de turba desde un 500% hasta

más de 3000 %.

d) Cambio volumétrico: Una turba sometida a carga puede perder entre un 10 y un 75%

de su volumen original, correspondiendo a una reducción de la relación de vacíos de 12

a 2.


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e) Resistencia al corte: Es función de la densidad de fibras por unidad de volumen, dado

que la materia húmica no ofrece resistencia. Para que se presente un incremento de la

densidad de fibras, y por ende, de la resistencia, tiene que ocurrir un buen porcentaje

de la consolidación.

f) Densidad: La densidad seca de turba drenada fluctúa entre 65 y 120 kg/m³. Cuando la

turba posee un alto contenido de residuos minerales puede presentar valores más altos

que los anteriores.

g) Suelos sensitivos(sensibles):

Conformada por las arcillas limosas y limos arcillosos con pérdida de resistencia por

remoldeo, ya que se reduce el remoldeo durante construcción.

h) Suelos colapsables:

Es el suelo que sufre fuertes asentamientos repentinos cuando se satura parcial o

totalmente. En su gran mayoría, estos suelos son de origen eólico y se conocen con el

nombre de "Loess"; también pueden serlo algunos suelos aluviales poco compactados y

prácticamente secos.

Los suelos colapsables son los limos con alta relación de vacíos y uniones débiles. Se comprimen al inundarse., así como también las zonas áridas. Además la relación de vacíos natural es mayor a la relación de vacíos en el límite líquido.

i) Suelos dispersivos: Los suelos dispersivos son esencialmente arcillosos y altamente erosionables en presencia del agua, debido a un proceso electroquímico de defloculación o dispersión. La floculación de los suelos implica la formación de grumos de partículas minerales individuales. Inversamente, deflocular es la acción de separar dichas partículas que, cuando hay flujo de agua, son susceptibles de ser arrastradas a través de los poros del suelo.


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j) Suelos expansivos: Están compuestos por partículas minerales que tienen una gran

afinidad por el agua, la absorben del medio ambiente y la incorporan a su estructura

molecular. La inestabilidad mostrada por estos suelos se debe a su estructura molecular,

la que ocasiona una débil unión entre sus partículas minerales.

La afinidad que dichas arcillas tienen por el agua es la causa principal del hinchamiento

o expansión que experimentan, con fuertes presiones de empuje o levantamiento

cuando se saturan. Inversamente, se presentan altas contracciones y agrietamientos

cuando se secan. Generalmente, los suelos expansivos caen dentro del grupo de las

arcillas finas de alta plasticidad (CH) y en menor proporción con las de baja plasticidad

(CL).

VIII. CONTROL Y TOLERANCIAS:

Según la norma CE. 010 de Reglamento Nacional de Edificaciones, se deben cumplir estas exigencias en la subrasante:

La humedad de compactación no deberá variar en ± 2% del óptimo contenido de humedad a fin de lograr los porcentajes de compactación especificados.

CAUSA DE

ARCILLAS

EXPASIVAS:

AGRIETAMIENTO


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PAVIMENTOS

Se comprobará la compactación según lo indicado en la tabla 23, el grado de compactación requerido será del 95% de su máxima densidad seca teórica proctor modificado (NTP 339.141:1999) en suelos granulares; y del 95% de su máxima densidad seca teórica proctor Estándar (NTP 339.142:1999) en suelos finos. Se tolerará hasta 2 puntos porcentuales menos en cualquier caso aislado, siempre que la media aritmética de 6 puntos de la misma compactación sea igual o superior al especificado.

Se determinará el CBR in-situ según lo indicado en la tabla 23. Esta información,

conjuntamente con la densidad de campo, se usará para verificar el CBR de diseño.

Donde se haya estabilizado la subrasante, se verificará los valores propuestos por el PR

en el proyecto para el agente estabilizador utilizado, con un mínimo de tres

verificaciones por cada tipo de agente estabilizador

IX. IMPORTANCIA DE LA SUBRASANTE:

La subrasante es una parte esencial en el diseño de pavimentos. Tiene la particularidad de otorgar la respuesta estructural y el comportamiento del pavimento en construcción y operación.

De la calidad de ésta depende, en gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea éste flexible o rígido. Como parámetro de evaluación de esta capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas del tránsito.

Tiene una gran influencia en las operaciones de construcción del pavimento y en la eficiencia del mismo. Las subrasante inestables presentan problemas relativos a la colocación y compactación de los materiales de base y/o subbase y no dan soporte adecuado para las subsiguientes operaciones de pavimentación.

Las respuestas estructurales de un pavimento (esfuerzos, desplazamientos y agrietamientos) son influidas significativamente por la subrasante. Un gran porcentaje de las deflexiones en la superficie de un pavimento se puede atribuir a la subrasante, por eso es necesario asegurar que la subrasante sea la adecuada.

Las propiedades requeridas de la subrasante incluyen la resistencia, el drenaje, la fácil compactación, la conservación de la compactación, la estabilidad volumétrica.

TIPO DE VIA NUMERO DE CONTROLES EN LA SUBRASANTE POR CADA 100m DE VIA PARA GRADO DE COMPACTACIÓN Y CBR IN-SITU

EXPRESAS 4

ARTERIALES 3

COLECTORAS 2

LOCALES 1


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PAVIMENTOS

TRANSMISION DE CARGAS A LA SUBRASANTE:

X. ENSAYOS DE SUBRASANTE

MODULO RESILIENTE DE SUELOS DE SUBRASANTE

1. OBJETO

1.1Este método cubre los procedimientos normalizados para la determinación del módulo elástico-dinámico (de resiliencia) de los suelos. Incluye la preparación y ensayo de suelos no tratados, bajo condiciones que representan una simulación razonable de las características físicas y de los estados de esfuerzos de los materiales de la subrasante, bajo pavimentos flexibles sometidos a las cargas debidas al tránsito. 1.2Los métodos descritos, son aplicables a muestras inalteradas de materiales naturales, a muestras compactadas de sub-rasante y a muestras transportadas, preparadas para ser ensayadas, por compactación en el laboratorio. 1.3Los valores del módulo resiliente (elástico-dinámico) determinados con estos procedimientos, pueden ser empleados en las teorías de sistema de capas elástico-lineales y elástico-no lineales, para calcular la respuesta física de las estructuras de pavimentos.

2. RESUMEN DEL METODO

2.1Un esfuerzo desviador axial repetido, de magnitud, duración y frecuencia fijas se aplica a un espécimen cilíndrico de ensayo, debidamente preparado y acondicionado. Durante y entre las aplicaciones del esfuerzo dinámico desviador, el espécimen es sometido a un esfuerzo estático en su contorno, proporcionado por medio de una cámara de presión triaxial. La respuesta a la deformación axial resiliente (recuperable) del espécimen, es medida y empleada para calcular los módulos resilientes dinámicos dependientes del esfuerzo.

3. USO Y SIGNIFICADO


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PAVIMENTOS

3.1El ensayo de módulo resiliente, proporciona la relación básica constitutiva entre esfuerzo y deformación, de los materiales de construcción de pavimentos flexibles para su empleo en el análisis del sistema de capas en pavimentos. 3.2También, proporciona un medio de evaluación de los materiales de construcción de pavimentos, incluyendo suelos de subrasante, bajo una variedad de condiciones ambientales y de estado de esfuerzos, que simulen realísticamente las situaciones existentes en pavimentos sometidos a cargas móviles del tránsito.

4. DEFINICIONES BASICAS

σ1 = Esfuerzo axial total (esfuerzo principal mayor).

σ3 = Esfuerzo radial total; esto es, la presión de confinamiento aplicada en la cámara triaxial (esfuerzo principal, intermedio y menor).

σd = σ1 - σ3 = Esfuerzo desviador; esto es, el esfuerzo axial repetido para este procedimiento.

E1 = Deformación axial total debida a σd

Er = Deformación axial resiliente (recuperada).

Mr = σd /Er es el módulo resiliente, esto es, la relación entre el esfuerzo dinámico y la deformación que puede substituirse, en procedimientos analíticos que incluyen cargas de tráfico dinámico y requieren de un módulo de elasticidad.

Duración de la carga = Intervalo de tiempo durante el cual el espécimen es sometido a un esfuerzo desviador.

Duración del ciclo = Intervalo de tiempo en que transcurren las aplicaciones sucesivas de un esfuerzo desviador.

G ⌠w⌠d = 1 + (wG/S) Donde: ⌠d = Peso unitario del suelo seco, Kg/m3 (lb/pie3) G = Peso específico de los sólidos w = Contenido de agua del suelo (%). S = Grado de saturación (%) ⌠w = Peso unitario de agua, Kg/m3 (lb/pie3) Tanto w como S pueden expresarse con un decimal o como un entero, esto es 20% puede representarse como .20 ó 20, pero es necesario que haya consistencia entre los dos.

5. EQUIPO

5.1Cámara de compresión triaxial

La cámara de compresión triaxial se utiliza para contener la muestra y el fluido de confinamiento durante el ensayo. La cámara es similar a muchas celdas triaxial normales, excepto que es algo más grande para facilitar la carga montada internamente y el equipo de medida de la deformación, y que tiene salidas adicionales para las guías eléctricas de los aparatos de medida. Pueden emplearse celdas triaxial normales con equipo montado exteriormente y equipo para medir deformación para materiales cuyo módulo resiliente sea menor de 104000 kPa (15000 lb/pulg²). En ambas configuraciones puede utilizarse aire como fluido para la cámara. Puede emplearse también agua o mezcla de agua-alcohol.


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PAVIMENTOS

5.2Dispositivo de aplicación de carga

La fuente externa de carga puede ser cualquier dispositivo capaz de producir carga repetida, que varíe en ciclos fijos de carga y de alivio. Estos dispositivos varían desde ejes de levas simples e interruptores de carga estática o pistones de aire, hasta sistemas electrohidráulicos de abrazaderas de cierre. Se necesita una duración de la carga, de 0.1 s y una duración del ciclo, de 1 a 3 s. Puede emplearse una forma de pulsación del esfuerzo simulada, sinusoidal, rectangular o triangular.

5.3Desarrollo experimental

El procedimiento desarrollado se basa en los lineamientos establecidos en la norma, con algunas variaciones en función de una optimización de los recursos disponibles en el LEMaC y de que dichos cambios no generan una influencia significativa en los resultados. Tesis de Becarios de Investigación 2011 9 1º Ensamblado del Equipo. a) Una vez moldeada y determinado el peso de la probeta colocarla sobre la piedra porosa inferior, luego colocar la piedra porosa superior. A continuación medir la longitud de la probeta (Lo). Finalmente deslizar suavemente la membrana sobre la probeta y sujetarla con bandas elásticas con el fin evitar pérdidas de humedad. b) Colocar vaselina en los anillos de goma superior e inferior de la cámara. Luego colocar el cilindro de acrílico y la tapa de la cámara, ajustando las tuercas. c) Colocar abundante vaselina en el vástago e introducirlo en la tapa de la cámara, logrando un buen contacto con la parte superior de la probeta. Es importante verificar siempre la verticalidad del vástago debido a su gran influencia en los resultados del ensayo. Llevar la cámara triaxial al arco de ensayo y centrar cuidadosamente la misma. [Foto 1]

Foto 1. Cámara triaxial y arco de ensayo 2º Conexiones Generales

d) Conectar en la parte inferior de la cámara a la entrada de aire y en la parte superior la salida. e) El sistema de cargas es del tipo neumático, por lo que como primer paso se debe verificar que el compresor esté encendido para comenzar a ensayar. Luego comprobar que la llave de paso del pulmón del equipo se encuentre abierta. f) El equipo cuenta con un Módulo Regulador de Presión [MRP], verificar que éste indique cero en ambos manómetros. [Foto 2]


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Foto 2. Módulo Regulador de Presión

g) Conectar Módulo Controlador y Adquisidor Electrónico [MCAE] a la red eléctrica. Resulta conveniente revisar siempre antes de ensayar las conexiones de la parte posterior de la consola. Luego conectar el MCAE y la llave del programa a la PC. 3º Empleo del Software h) Abrir el Programa “Ensayo de Módulo Resiliente en Suelos”.

Foto 3. Pantallas del software

i) Encender el MCAE y verificar que donde figuran ciclo actual, pulso actual y tiempo restante estén todos en cero, y verificar que se indique cero de presión de cámara. No se deben detectar ni el equipo ni la celda de carga. [ Foto 3] j) Encender la consola y verificar que se indique la correcta conexión del equipo y de la celda a utilizar. En caso de no detectarse ir a herramientas y presionar Selección de puerto serie, una vez que haya detectado el puerto correspondiente (COM1, 2 o 3) presionar aceptar k) Descender el vástago del actuador hasta que haga contacto, mediante la celda de carga, con el vástago de la cámara. Controlar que los LVDTs se encuentren desacoplados, con movimiento libre, ya que el acondicionamiento puede proporcionar deformaciones mayores que el rango permitido de los LVDTs. La determinación de la deformación de la probeta producida durante el acondicionamiento se efectúa mediante la colocación de un flexímetro. l) Presionar el botón “Acond.” de la barra de tareas para comenzar el acondicionamiento. En esta pantalla se podrá seleccionar: Tipo de ensayo, Datos del ensayo, Elementos utilizados. Luego presionar Aceptar, el acondicionamiento intenta eliminar imperfecciones generadas durante el moldeo. m) Una vez terminado el acondicionado, girar marco que contiene el flexímetro y verificar que la deformación no haya superado el 5%. n) Presionar el botón “Iniciar” de la barra de tareas para iniciar el ensayo, aparecerá una pantalla en la cual se deberá completar (además de los parámetros


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descriptos previamente) la longitud inicial de la probeta y la deformación medida a través del flexímetro. o) Al presionar Aceptar aparecerá una pantalla de ajuste de los LVDTs, para ello se deberá ajustar o desajustar los tornillos según corresponda hasta lograr la calibración. XVI. Al concluir ir a Archivo y al presionar Guardar se guardará con el formato .mre, si se desea presionar Exportar a Excel y se guardará con formato .xls. IMPORTANTE: Se deberá prestar especial atención al momento del ajuste de la

presión de cámara.

6. PROCEDIMIENTO

6.1 Ensayos de resiliencia sobre suelos cohesivos.- Los procedimientos descritos en este numeral se emplean para especímenes inalterados y especímenes compactados en el laboratorio, de subrasante de suelos cohesivos, como se definen en el numeral 6.4.

6.2 Conjunto de cámara triaxial. El ensayo de resiliencia de especímenes previamente sometidos a saturación por contrapresión según los procedimientos. Especímenes recortados de muestras inalteradas, y especímenes compactados en el laboratorio, que no hayan sido sometidos a saturación por contrapresión después de la compactación, se colocan en la cámara triaxial y en el aparato de carga, según los siguientes pasos:

a) Colóquese el conjunto de la base de la cámara triaxial sobre la plataforma de la máquina de carga. Si la cámara tiene una platina de fondo removible (base de la muestra), ajústese firmemente para obtener un sello hermético. b) Remuévanse las platinas de los extremos del espécimen de ensayo, remuévanse los anillos de caucho en O, y luego envuélvanse o enróllense hacia atrás desde los extremos del espécimen a una distancia de aproximadamente 6.4 mm (¼"). c) Colóquese una piedra porosa encima del pedestal o sobre la platina del extremo del fondo de la cámara triaxial. d) Colóquese cuidadosamente el espécimen sobre la piedra, dóblese la membrana, y séllese al pedestal o placa del extremo del fondo, con un anillo en O u otro sello de presión. e) Colóquese la platina superior (tapa de la muestra) y la celda de carga sobre la muestra, dóblese la membrana y séllese a la platina superior. f) Ciérrese la válvula sobre la línea de saturación de la placa superior (esta línea no se necesita para el ensayo de resiliencia de muestras no sometidas a la saturación después de la compactación). Cerrando la válvula, se evitará la pérdida de aire de la cámara durante el ensayo. g) Conéctese la línea de drenaje del fondo de la muestra a una fuente de vacío a través del punto medio de una cámara de burbujas. Aplíquese un vacío de 21 kPa (3 lb/pulg²). h) Cuando se haya eliminado el goteo, desconéctese el productor de vacío. Instálese el conjunto de TLV en la cámara triaxial y colóquese bajo el dispositivo de carga axial.

6.3Conducción del ensayo de resiliencia.- Se necesitan 12 etapas para efectuar el ensayo del módulo resiliente sobre suelo cohesivo instalado en la cámara triaxial y colocado en el aparato de carga.


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Ábranse todas las válvulas de drenaje que conducen al espécimen. a) Si no está ya conectada, conéctese la línea de suministro de la cámara de presión y aplíquese una presión de confinamiento (presión de la cámara) de 41 kPa (6 lb/ pulg²), al espécimen de ensayo. b) Vuélvanse a balancear los puntos de registro para los TLDV y para la celda de carga. c) Comiéncese el ensayo aplicando 200 repeticiones de un esfuerzo desviador de 6.9 kPa (1 lb/pulg²) y luego 200 repeticiones de cada uno de los valores 14, 28, 55 y 69 kPa (2, 4, 8 y 10 lb/pulg²). La anterior secuencia de esfuerzos constituye el acondicionamiento de la muestra, esto es, la eliminación de los efectos del intervalo entre la compactación y la carga, y la eliminación del cargue inicial contra la recarga. Este acondicionamiento de carga, ayuda también a disminuir los efectos del contacto inicialmente imperfecto, entre las platinas de los extremos y el espécimen de ensayo. d) Disminúyanse el esfuerzo desviador hasta 6.9 kPa (1 lb/pulg²). Aplíquense 200 repeticiones del esfuerzo desviador y regístrese la deformación recuperada a la repetición No. 200 en un formato para suelos cohesivos. e) Disminúyase el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta 21 kPa (3 lb/pulg²). Repítase el paso 5. f) Disminúyase el esfuerzo de confinamiento (presión de cámara), hasta cero. Repítase el paso 5. g) Auméntese la presión de confinamiento (presión de la cámara) hasta 41 kPa (6 lb/pulg²), aplíquense 200 repeticiones de carga y regístrese la deformación vertical recobrada a la repetición No.200. h) Con el esfuerzo desviador en 14 kPa (2 lb/pulg²), aplíquense 200 repeticiones del esfuerzo desviador y regístrese la deformación vertical recuperada a esfuerzos de confinamiento (presiones de cámara) de 21kPa (3 lb/pulg²) y de cero (0). i) Continúense registrando las deformaciones verticales, recobrada después de 200 repeticiones del esfuerzo desviador constante, disminuyendo la secuencia de la presión de confinamiento (presión de la cámara), para valores del esfuerzo desviador de 28, 55 y 69 kPa (4, 8 y 10lb/pulg²). j) A la conclusión del cargue (con la cámara de presión en cero), desármese la cámara triaxial y remuévanse las abrazaderas de los TLDV. k) Usese la muestra completa para determinar el contenido de agua y anótese este valor en el formato para suelos cohesivos.

6.4Ensayo de resiliencia de suelos granulares.- Los procedimientos incluidos en esta parte, se emplean para suelos no cohesivos, saturados y no saturados. Para suelos saturados después de la compactación, empleando los pasos del numeral 6.5.c), los esfuerzos de confinamiento buscados para la fase de acondicionamiento, son esfuerzos de confinamiento efectivos, esto es, el esfuerzo de confinamiento es igual a la presión de la cámara menos la contrapresión.

Después de que haya sido preparado el espécimen de ensayo, y de que se haya colocado en el dispositivo de carga, se necesitan los pasos siguientes para efectuar el ensayo de módulo resiliente: a) Si todavía no ha sido hecho, ajústese la posición del dispositivo de carga axial o el soporte de la base de la cámara triaxial, en cuanto sea necesario, para acoplar el pistón del dispositivo de generación de carga y el pistón de la cámara triaxial. El pistón de la cámara triaxial deberá soportarse firmemente sobre la celda de carga. b) Vuélvanse a balancear los puentes de registro de datos para los TLDV y la celda de carga.


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PAVIMENTOS

c) Fíjese el esfuerzo de confinamiento, en 35 kPa (5 lb/pulg²) y aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial de 35 kPa (5lb/pulg²). Para especímenes saturados, la válvula de drenaje de la base del espécimen hasta el recipiente de contrapresión se mantiene abierta durante todo el ensayo de resiliencia. d) Colóquese el generador de carga axial, para aplicar un esfuerzo desviador de 69 kPa (10 lb/pulg²). Actívese el generador de carga y aplíquense 200 repeticiones de esta carga. e) Fíjese la presión de confinamiento en 69 kPa (10 lb/pug²). f) Aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial de 104 kPa (15 lb/pulg²). g) Fíjese la presión de confinamiento en 104 kPa (15 lb/pulg²) y aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial, de 104 kPa (15 lb/pulg²). h) Aplíquense 200 repeticiones de un esfuerzo desviador axial de 138 kPa (20 lb/pulg²). i) Si el espécimen es uno de los que han sido saturados mediante los procedimientos de saturación por contrapresión, redúzcase la contrapresión a cero. j) Comiéncese el registro del ensayo del módulo resiliente, empleando una presión de confinamiento de 138 kPa (20 lb/pulg²), y un esfuerzo desviador de 6.9 kPa (1 lb/pug²). Regístrese la deformación vertical recuperada, en un formato para suelos granulares, después de aplicadas 200 repeticiones de carga. k) Auméntese el esfuerzo desviador hasta 14 kPa (2 lb/pulg²) y regístrense las deformaciones verticales recuperadas, después de 200 repeticiones, para niveles de esfuerzo desviador de: 35, 69, 104 y 138 kPa (5, 10, 15 y 20 lb/pug²). l) Redúzcase la presión de confinamiento hasta 104 kPa (15 lb/pulg²), y regístrense las deformaciones verticales recobradas, después de la aplicación de 200 repeticiones de carga para cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 69, 104 y 138 kPa (1, 2, 5, 10, 15 y 20 lb/pulg²). m) Redúzcase la presión de confinamiento, hasta 69 kPa (10 lb/pulg²) y regístrense las deformaciones verticales recobradas después de la aplicación de 200 repeticiones de cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 69 y 104 kPa (1, 2, 5, 10 y 15 lb/pulg²). n) Redúzcanse las presiones de confinamiento hasta 35 kPa (5lb/pug²) y regístrense las deformaciones verticales recobradas después de aplicar 200 repeticiones, de cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 69 y 104 kPa (1, 2, 5, 10 y 15 lb/pulg²). o) Redúzcase la presión de confinamiento hasta 6.9 kPa (1 lb/pulg²) y regístrense las deformaciones verticales recobradas después de aplicar 200 repeticiones, de cada uno de los siguientes niveles de esfuerzos desviadores: 6.9, 14, 35, 52 y 69 kPa (1, 2, 5, 7.5 y 10 lb/pug²). Deténgase el cargue, después de 200 repeticiones del último nivel del esfuerzo desviador, o cuando falle el espécimen p) Redúzcase la presión de la cámara hasta cero, desmóntese la celda y remuévanse las abrazaderas de los TLDV. q) Usese el espécimen de ensayo completo para determinar el contenido de agua. Regístrese este valor en un formato para suelos granulares.


19

PAVIMENTOS

ENSAYO DEL CBR ( California Bearing Ratio) ASTM D 1883

1. DEFINICION:

Es un método empírico basado en parámetros de los materiales, creado en el año 1929

.El CBR de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 0.1” o 0.2” de penetración

expresada en por ciento en su respectivo valor estándar.

También mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y

densidad controlada.

El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, que no es constante

para un suelo dado sino que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo

durante el ensayo.

Se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón

una profundidad de 0.1 pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para

hacer penetrar el mismo pistón, la misma profundidad de 0.1 pulgadas, en una muestra

patrón de piedra triturada.

Los Valores para el patrón (roca triturada), se muestran a continuación :

PENETRACION (plg)

ESFUERZO ( lb./plg2)

01 1.000

02 1.500

03 1.900

04 2.300

05 2.600

CBR%= ( p0.1 2” muestra / 0.1 patrón )x100

𝑪𝑩𝑹 = 𝑬𝒔𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒐 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝑺𝒖𝒆𝒍𝒐 𝑬𝒏𝒔𝒂𝒚𝒂𝒅𝒐

𝑬𝒔𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒐 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝑺𝒖𝒆𝒍𝒐 𝑷𝒂𝒕𝒓ò𝒏


20

PAVIMENTOS

La relación C.B.R generalmente se determina para 0.1” y 02” de penetración, es decir, para

un esfuerzo de 1000 y 5000 libras por pulgada cuadrada en el patrón respectivamente.

Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más crítica que se presenta en el terreno,

las muestras para el ensayo del C.B.R se sumergen en agua hasta obtener su saturación.

Los ensayos C.B.R se puede efectuar también sobre muestras inalteradas obtenidas en el

terreno y sobre suelos en el sitio.

2. TÈCNICA DE ENSAYO

EQUIPO

Molde CBR , con collarín y la base perforada

Disco espaciador

Plato y vástago

Trípode y extensómetro

Pistón cilíndrico

Marco de carga CBR

Tanque para inmersión

Balanza

Cronómetro

Horno

Marco de Carga del C.B.R

Molde C.B.R


21

PAVIMENTOS

2.1 Preparación de la muestra.

a) Se pulverizan aproximadamente 100 libras de muestra con el rodillo; se

pasa el material por el tamiz ¾” y se desechan las partículas retenidas

en el tamiz; el material desechado es reemplazado por un peso igual de

material, pero con partículas que sean retenidas en el tamiz ¼” y que

pasen por el tamiz ¾”.

b) Se determina la humedad óptima del material siguiendo el mismo

procedimiento de la Compactación Proctor Modificado con las

siguientes excepc

c) El material sobrante de la determinación de la humedad óptima (25

libras aproximadamente), se mezcla con una cantidad suficiente de agua

para producir en contenido de humedad necesario para obtener el

máximo peso unitario seco. Se debe prevenir la evaporación.

d) Se pesan 3 moldes de C.B.R. con las respectivas placas de soporte del

molde, estas deben tener 28 perforaciones de 1/8” de diámetro.

e) Se compactan 3 muestras en los moldes preparados, usando para el

primero 56 golpes, para el segundo 25 golpes y para el tercero 10

golpes. Se deben tomar muestras de humedad para cada molde con

anticipación. Cada capa debe ser de 1” de espesor después de

compactada y la última capa debe estar ½” más arriba de la unión del

molde con su collarín. La humedad de las muestras así compactadas no

debe ser ni mayor ni menor que 0.5% de la humedad óptima; de otra

forma se debe repetir el ensayo.

f) Se retira el collarín del molde y se lo pesa junto con la muestra

compactada, el disco espaciador y la placa de soporte.

g) Se coloca un filtro de papel sobre la placa de soporte y luego se voltea

el molde con la muestra compactada (el espacio dejado por el disco

queda lógicamente en la parte superior) y se coloca sobre la placa de

soporte. La muestra está lista para ser sumergida.

MÉTODO DE SUMERGIR LA MUESTRA Y MEDIR LOS CAMBIOS VOLUMÉTRICOS.

a) Con el fin de duplicar en el laboratorio las condiciones de saturación que

se presentan en el terreno, la muestra preparada como se indica

anteriormente, se sumerge en un recipiente. Se coloca sobre las muestra

sobrepeso de 5 libras (esto representa aproximadamente 3” de material).

Por lo tanto si se desea calcular el número de sobrepesos necesarios, se

estima el espesor en pulgadas del material que la muestra va a soportar y se

divide por 3. Se coloca un filtro de papel sobre la superficie de la muestra

compactada, luego la placa perforada con su vástago y sobre esta los pesos

y sobre-pesos requeridos. Se coloca un extensómetro junto con un trípode

que sirva para sostenerlo. Se sumerge la muestra en el recipiente y se deja

allí durante cuatro días hasta que esté completamente saturada y no tenga


22

PAVIMENTOS

más cambios volumétricos; se debe tomar la lectura de los extensómetros

todos los días.

b) Se coloca un filtro de papel sobre la superficie de la muestra

compactada, luego la placa perforada con su vástago y sobre esta los pesos

y sobre-pesos requeridos.

c) Se coloca un extensómetro junto con un trípode que sirva para

sostenerlo.

d) Se sumerge la muestra en el recipiente y se deja allí durante cuatro días

hasta que esté completamente saturada y no tenga más cambios

volumétricos; se debe tomar la lectura de los extensómetros todos los días.

e) Al cabo de 4 días se saca el molde del agua, se seca y se deja escurrir

por espacio de 15 minutos.

f) Se quitan los sobrepesos y se pesa la muestra saturada con el fin de

apreciar la cantidad de agua absorbida por el espécimen. La muestra se

encuentra lista para la penetración del pistón.

3. PROCEDIMIENTO

a) Se colocan de nuevo los sobrepesos sobre la muestra saturada.

b) Se coloca la muestra sobre la plataforma de prensa del C.B.R. La muestra

debe estar alineada con el pistón; se levanta la plataforma por medio del gato

hidráulico hasta que el pistón esté en contacto con la muestra y se le esté

aplicando una carga de 10 libras. Después se vuelve a colocar en cero el

indicador de carga. Se coloca también el extensómetro en cero.

c) Se aplica la carga por medio del gato hidráulico de la prensa del C.B.R. a

una velocidad de 0.05” por minuto. Se toma la lectura de las cargas, aplicadas

a 0.025, 0.050, 0.075, 0.1, 0.3, 0.4 y 0.5” de penetración del pistón.

d) Se saca la muestra de la prensa del C.B.R. y se toma la muestra de

humedad alrededor del orificio dejado por el pistón.

e) Para sacar la muestra del molde se usa el extractor de muestras con la

placa de 6” de diámetro.

4. CALCULOS

a) Se calculan los Esfuerzos Aplicados dividiendo la carga para el área del

pistón. La carga se obtiene multiplicando cada lectura del dial de cargas por

la constante del aparato.

b) Se dibujan las curvas Esfuerzo vs. Penetración para cada molde,

colocando en las abscisas cada una de los valores de penetración y en las

ordenadas los respectivos esfuerzos. En cada una de las curvas, el cero debe

ser desplazado, para así compensar los errores debidos a irregularidades en

la superficie de las muestras y para corregir la curva si esta empieza cóncava

hacia arriba.


23

PAVIMENTOS

c) Se determina el valor del C.B.R. para cada molde tomando en cuenta que:

La relación C.B.R. generalmente se determina para 1” y 2” de penetración, es

decir ; para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el

patrón, respectivamente. De estos dos valores se usa el que sea mayor.

d) Se grafican los valores respectivos de Densidad Seca (antes de saturar) y

C.B.R. de cada molde. Se determina el C.B.R. de la muestra de acuerdo a la

Densidad Seca Máxima obtenida en el ensayo de Compactación, como se

muestra a continuación:


24

PAVIMENTOS

PROCTOR MODIFICADO ASTM D-1557, MTC – E115

1. OBJETIVO

1.1.Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio,

para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de

los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas

(101,6 ó 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 10 lbf (44,5 N) que cae de una

altura de 18 pulgadas (457 mm), produciendo una Energía de Compactación de

56 000 lb-pie/pie3 (2 700 kN-m/m3).

1.2.Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus

partículas retenidas en el tamiz de 3/4” pulg (19,0 mm).

1.3.Se proporciona 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en

las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está

especificado, la elección se basará en la gradación del material.

2. APARATOS

2.1. Ensamblaje del Molde.- Los moldes deben de ser cilíndricos hechos de

materiales rígidos y con capacidad que se indican en Figuras 1 y 2. Las paredes

del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas. El tipo “partido” deberá

tener dos medias secciones circulares, o una sección de tubo dividido a lo largo

Para el caso de que la muestra ensayada corresponda a suelo de

Subrasante, se reportará el C.B.R. que corresponda al 95% de la

Densidad Seca Máxima


25

PAVIMENTOS

de un elemento que se pueda cerrar en forma segura formando un cilindro que

reúna los requisitos de esta sección.

2.2. El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte

inferior del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico

debe ser plana.

2.3. Molde de 4 pulgadas.- Un molde que tenga en promedio 4,000 ± 0,016 pulg

(101,6 ± 0,4 mm) de diámetro interior, una altura de 4,584 ± 0,018 pulg (116,4

± 0,5 mm) y un volumen de 0,0333 ± 0,0005 pie3 (944 ± 14 cm3). Un molde con

las características mínimas requeridas es mostrado en la Fig. 1. N UNIVERSIDAD

NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL PRIMER TALLER DE

MECANICA DE SUELOS – MARZO 2006 2

2.4. Molde de 6 pulgadas.- Un molde que tenga en promedio 6,000 ± 0,026 pulg

(152,4 ± 0,7 mm) de diámetro interior, una altura de: 4,584 ± 0,018 pulg (116,4

± 0,5mm) y un volumen de 0,075 ± 0,0009 pie3 (2 124 ± 25 cm3). Un molde con

las características mínimas requeridas es mostrando en Fig.2.

2.5. Pisón ó Martillo.- Un pisón operado manualmente ó mecánicamente. El pisón

debe caer libremente a una distancia de 18 ± 0,05 pulg (457,2 ± 1,6 mm) de la

superficie de espécimen.

2.6. Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura u otro

mecanismo adaptado con el propósito de extraer los especimenes compactados

del molde.

2.7. Balanza.- Una balanza de aproximación de 1 gramo.

2.8. Horno de Secado.- Con control termostático preferiblemente del tipo de

ventilación forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9

ºF (110 ± 5 ºC) a través de la cámara de secado.

2.9. Regla.- Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor

que 10 pulgadas (254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse

directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre

debe ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm).

2.10. Tamices ó Mallas.- De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4

(4,75mm), conforme a los requisitos de la especificaciones ASTM E11

(“Especificación para mallas metálicas con fines de ensayo”).

2.11. Herramientas de Mezcla.- Diversas herramientas tales como cucharas,

mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un aparato mecánico


26

PAVIMENTOS

apropiado para la mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de

agua.

3. METODOS:

3.1. METODO "A"

• Molde.- 4 pulg. de diámetro (101,6mm)

• Material.- Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm).

• Capas.- 5

• Golpes por capa.- 25

• Uso.- Cuando el 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz Nº

4 (4,75 mm).

• Otros Usos.- Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos

requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B ó C.

3.2. METODO "B"

• Molde.- 4 pulg. (101,6 mm) de diámetro.

• Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz de 3/8 pulg (9,5 mm).

• Capas.- 5

• Golpes por capa.- 25

• Usos.- Cuando más del 20% del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4

(4,75mm) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg

(9,5 mm).

• Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los

requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C.

3.3. METODO "C"

• Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro.

• Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm).

• Capas.- 5

• Golpes por Capa.- 56

• Usos.- Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8

pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0

mm).

• El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los

métodos A ó B.

4. DEFINICIONES

Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 5 capas

dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es

compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 10 lbf (44.5 N) desde una altura

de caída de 18 pulgadas (457 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de

compactación total de aproximadamente de 56 000 pie-lbf/pie3 (2 700 kN-

m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se

repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer una

relación entre el Peso Unitario Seco y el Contenido de Agua del Suelo. Estos

datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilineal conocida

como curva de Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y

Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de

Compactación.


27

PAVIMENTOS

5. MUESTRAS

La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg)

y para el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a

esto, la muestra de campo debe tener un peso húmedo de al menos 50 lbm (23

kg) y 100 lbm (45 kg) respectivamente. Determinar el porcentaje de material

retenido en la malla Nº 4 (4,75mm), 3/8pulg (9,5mm) ó 3/4pulg (19.0mm) para

escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación separando una porción

representativa de la muestra total y establecer los porcentajes que pasan las

mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de Agregado

Grueso y Fino (MTC E – 204). Sólo es necesario para calcular los porcentajes para

un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada.

6. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

6.1. Método de Preparación Húmeda (Preferido).

• Sin secado previo de la muestra, pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8

pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm), dependiendo del Método a ser usado (A, B ó

C). Determine el contenido de agua del suelo procesado.

• Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes con contenidos de

agua de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo

estimado. Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo

deberá ser preparado primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota 1).

Seleccionar los contenidos de agua para el resto de los especímenes de tal forma

que resulten por lo menos dos especímenes húmedos y dos secos de acuerdo al

contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo son

necesario dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del óptimo para

definir exactamente la curva de compactación. Algunos suelos con muy alto

óptimo contenido de agua ó una curva de compactación relativamente plana

requieren grandes incrementos de contenido de agua para obtener un Peso

Unitario Seco Máximo bien definido. Los incrementos de contenido de agua no

deberán excederán de 4%.

Nota 1: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo

contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua

puede ser comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se

quebrará en dos secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado

seco del óptimo, los suelos tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo,

se mantienen unidos en una masa cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de

humedad frecuentemente es ligeramente menor que el límite plástico.

• Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen

que se compacta empleando el Métodos A ó B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se

emplee el Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada

o remueva las cantidades requeridas de agua de la siguiente manera: Añada poco

a poco el agua al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se

seque en el aire a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de

modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el

suelo continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución


28

PAVIMENTOS

del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa y

ubíquelo de acuerdo con la Tabla Nº1 antes de la compactación.

6.2. Método de Preparación Seca.-

• Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el contenido de agua por secado

al aire hasta que el material sea friable. El secado puede ser al aire o por el uso de

un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF

(60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar moler las

partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº4 (4,75 mm),

3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material

granular que pasa la malla ¾ pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas,

disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8

pulg de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el

mezclado posterior.

• Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes.

• Usar aproximadamente 5 lbm (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen

a ser compactado cuando se emplee el Método A, B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se

emplee el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los

contenidos de agua de los especímenes tengan los valores descritos

anteriormente. Seguir la preparación del espécimen, para los suelos secos ó

adición del agua en el suelo y el curado de cada espécimen de prueba.

6.3. Compactación.-

Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de la siguiente

manera:

• Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base.

• Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El método de enlace ó

unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil del molde ensamblado,

el collar y el plato base después que se concluya la compactación.

• Compactar el espécimen en cinco capas. Después de la compactación, cada capa

deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación,

colocar el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor

uniforme. Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este

no esté en estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o

un cilindro de 2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de

cada uno de las cuatro primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes

del molde que no han sido compactados o extendido cerca de la superficie

compactada será recortado. El suelo recortado puede ser incluido con el suelo

adicional para la próxima capa. Un cuchillo uX otro aparato disponible puede ser

usado. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada

se extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá 1/4pulg (6 mm) de

la parte superior del molde. Si la quinta capa se extiende en más de 1/4pulg (6

mm) de la parte superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen

será descartado cuando el último golpe del pisón para la quinta capa resulta por

debajo de la parte superior del molde de compactación. Compactar cada capa con

25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de

6 pulgadas (152,4 mm).

• Al operar el pisón manual del pisón, se debe tener cuidado de evitar la elevación

de la guía mientras el pisón sube. Mantener la guía firmemente y dentro de 5º de


29

PAVIMENTOS

la vertical. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25

golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y

uniforme de la superficie del espécimen.

• Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base

del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al

collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo

bajo la parte superior del molde.

• Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla

recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie

plana en la parte superior e inferior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la

superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los

dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferior

del molde.

• Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo.

Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del

espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo.

• Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el

contenido de agua utilizando todo el espécimen (se refiere este método) o una

porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para

facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una porción cortando

axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo 500 gr del

material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad.

• Después de la compactación del último espécimen, comparar los Pesos

Unitarios Húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos

en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de

compactación para cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y

Contenido de Agua de cada espécimen compactado puede ser una ayuda para

realizar esta evaluación. Si el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios

compactar especimenes adicionales. Generalmente, un valor de contenido de

agua mayor que el contenido de agua definido por el máximo Peso Unitario

Húmedo es suficiente para asegurar los datos del lado más húmedo que el óptimo

contenido de agua para el máximo Peso Unitario seco.

7. CALCULOS

• Calcule el Peso Unitario Seco y Contenido de Agua para cada espécimen compactado,

Plotee los valores y dibuje la curva de compactación como una curva suave a través de

los puntos (ver ejemplo, Fig.3). Plotee el Peso Unitario Seco con aproximación 0,1 lbf

/pie3 (0,2 kN/m3) y contenido de agua aproximado a 0,1%. En base a la curva de

compactación, determine el Óptimo Contenido de Agua y el Peso Unitario Seco Máximo.

Si más de 5% en peso del material sobredimensionado (tamaño mayor) fue removido de

la muestra, calcular el máximo Peso Específico y óptimo contenido de Humedad

corregido del material total usando la Norma ASTM D4718 (“Método de ensayo para la

corrección del Peso Unitario y Contenido de Agua en suelos que contienen partículas

sobredimensionadas”). Esta corrección debe realizarse en el espécimen de ensayo de

densidad de campo, más que al espécimen de ensayo de laboratorio.

• Plotear la curva de saturación al 100%. Los valores de contenido de agua para la

condición de 100% de saturación puede ser calculadas con el uso de la fórmula:


30

PAVIMENTOS

• Contenido de Agua, w.

• Peso Unitario Seco.- Calcular la densidad húmeda (Ec 1), la densidad seca (Ec 2) y luego

el Peso Unitario Seco (Ec 3) como sigue:

Donde:

ρm = Densidad Húmeda del espécimen compactado (Mg/m 3 )

Mt = Masa del espécimen húmedo y molde (kg)

Mmd = Masa del molde de compactación (kg)

V = Volumen del molde de compactación (m3)

Donde:

ρd = Densidad seca del espécimen compactado (Mg/m 3 )

w = contenido de agua (%)

Donde:

En el cálculo de los puntos para el ploteo de la curva de 100% de saturación o curva de

relación de vacíos cero del peso unitario seco, seleccione los valores correspondientes

de contenido de agua a la condición de 100% de saturación como sigue:

Donde:

Wsat = Contenido de agua para una saturación completa (%).

γw = Peso unitario del agua 62,43 lbf/ pie 3 ó (9,807kN/m 3 ).

γd = Peso unitario seco del suelo.

Gs = Gravedad específica del suelo.


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PAVIMENTOS

XI. PAVIMENTOS SEGÚN EL TERRENO DE FUNDACIÓN

De su capacidad de soporte depende en gran parte el espesor que debe tener un

pavimento, sea este flexible o rígido. Si el terreno de fundación es pésimo debe

desecharse este material y sustituirse por otro de mejor calidad .Si el terreno de

fundación es malo y se halla formado por un suelo fino, limoso o arcilloso susceptible de

saturación habrá de ponerse una sub-base de material granular seleccionado antes de

ponerse la base y capa de rodadura.

Resumiendo lo expuesto anteriormente tenemos:

a) Si el terreno de fundación es pésimo debe desecharse y sustituirse por otro de mejor

calidad

b) Si el terreno de fundación es malo habrá de colocarse una sub-base de material

seleccionado antes de poner la base.

c) Si el terreno de fundación es bueno podrá prescindirse de la sub-base.

d) Si el terreno es excelente podrá prescindirse de la sub-base y de la base.

XII. CONCLUSIONES

El estudio de la subrasante es importante, en el cual determinamos sus diferentes

propiedades mediante una serie de ensayos de laboratorio.

Los diferentes ensayos que existen para las subrasante nos dan como resultado la

resistencia que tiene un determinado tipo de suelo frente a cargas externas.

También es importante y fundamental a la hora de diseñar y elegir el tipo de pavimento

que utilizaras en la vía o carretera a construir.

Los diferentes estudios también nos ayudan a observar si se necesita mejorar el terreno

natural.

subrasante y suelo de fundación

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