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Evaluación de la subrasante

04PAVIMENTOS

Ing. Augusto GarcíaIng. Augusto GarcíaIng. Augusto GarcíaIng. Augusto García

Diseño de Diseño de Diseño de Diseño de PavimentoPavimentoPavimentoPavimento

El suelo de El suelo de El suelo de El suelo de fundaciónfundaciónfundaciónfundación

(Subrasante)(Subrasante)(Subrasante)(Subrasante)

El TráficoEl TráficoEl TráficoEl Tráfico EL climaEL climaEL climaEL clima

Los Los Los Los materiales materiales materiales materiales

canteracanteracanteracantera

Factores a considerar en el diseño de pavimentosFactores a considerar en el diseño de pavimentosFactores a considerar en el diseño de pavimentosFactores a considerar en el diseño de pavimentos

Estudio de

suelos

Estudio del suelo

de fundación

Estudio de suelos

de Cantera

Evaluación de la Evaluación de la Evaluación de la Evaluación de la SSSSubrasanteubrasanteubrasanteubrasante

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LaLaLaLa caracterizacióncaracterizacióncaracterizacióncaracterización dededede loslosloslos suelossuelossuelossuelos dededede subrasantesubrasantesubrasantesubrasantecomprendecomprendecomprendecomprende laslaslaslas siguientessiguientessiguientessiguientes etapasetapasetapasetapas::::

�Exploración de la subrasante.

�Definición del perfil y delimitación de áreashomogéneas.

�Ejecución de ensayos de resistencia sobre los suelospredominantes.

�Determinación del valor de resistencia o de respuestade diseño para cada área homogénea.

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La respuesta de la subrasanteante las cargas del tránsitodepende de los tipos de suelo quela constituyen y de la densidad yla humedad de ellos, tantodurante la construcción comodurante el servicio.

La respuesta del suelo desubrasante es el factormás importante en ladeterminación de losespesores de diseño delpavimento

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El EstudioEstudioEstudioEstudio dededede MecánicaMecánicaMecánicaMecánica dededede SuelosSuelosSuelosSuelos eseseses básicobásicobásicobásico paraparaparapara elelelelposteriorposteriorposteriorposterior diseñodiseñodiseñodiseño deldeldeldel pavimentopavimentopavimentopavimento, estabilización de taludes,diseño de mezclas de concreto y estimación de los nivelesde socavación en las zonas críticas de erosión de riberas ypuentes de la carretera.

Estudio del suelo de fundación.

Realizar la investigacióninvestigacióninvestigacióninvestigación deldeldeldel subsuelosubsuelosubsuelosubsuelo por donde sedesplaza la víavíavíavía, conocer las propiedades físicas ymecánicas, a fin de obtener los parámetros de resistencia ydeformación..

Objetivo del estudio de suelos

Metodología

La metodología seguida para la ejecución del estudio desuelos comprende básicamente una investigacióninvestigacióninvestigacióninvestigación dededede campocampocampocampo alo largo del tramo carretero proyectado medianteprospecciones de exploración (calicatas), con obtención demuestras representativas en cantidades suficientes, las sonobjeto de ensayosensayosensayosensayos dededede laboratoriolaboratoriolaboratoriolaboratorio y finalmente con los datosobtenidos en ambas fases se realizan las laboreslaboreslaboreslabores dededede gabinetegabinetegabinetegabinete,para consignar luego en forma gráfica y escrita los resultadosdel estudio.

Las tres etapas ó fases descritas líneas arriba (campo,laboratorio y gabinete) son secuenciales e igualmenteimportantes.

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Investigación de campo Investigación de campo Investigación de campo Investigación de campo ---- CALICATAS

Criterios Para La Ejecución De Perforaciones En El Terreno

Para Definir Un Perfil De Suelos

Tipo de zona Esparcimiento (m) Profundidad (m)

Carreteras 250 m (recomendado) 1.5

Pistas de aterrizaje a lo largo de la línea central, 60 -

70 m

Cortes:-3 m debajo de la rasante

rellenos: -3 m debajo de la

superficie existente del suelo

Otras áreas pavimentadas una perforación cada 1000 m² Cortes:-3 m debajo de la rasante

rellenos: -3 m debajo de la

superficie existente del suelo

Préstamos pruebas suficientes para definir

claramente el material definir

claramente el material

hasta la profundidad que se

propone usar como préstamo

Fuente: Juárez Badillo, y. Y Rico, Mecánica De Suelos Tomó I

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Perfil Estratigráfico

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Evaluación de la Evaluación de la Evaluación de la Evaluación de la SSSSubrasanteubrasanteubrasanteubrasante

Manual de Ensayo de Materiales para

Carreteras (EM - 2000)

El Manual de Ensayo de Materiales para Obras Viales EM-2000, contiene normas de ensayo, elaboradas en base a lanormatividad y exigencias establecidas por las InstitucionesTécnicas reconocidas Internacionalmente como AASHTO,ASTM, Instituto del Asfalto, ACI, etc. contrastadas con lascondiciones propias y particulares de nuestro país.

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Ensayos para el reconocimiento del terreno

Para tener éxito en el reconocimiento de un terreno, se debetener una correcta definición de las prospecciones yensayos tanto “in situ” como en laboratorio.

Por su carácter de obra lineal extensa, las carreterasrequieren en general de exploraciones que alcancenprofundidades superficiales, con un amplio espaciamiento.

Las condiciones geológicas, son las que definen si esnecesario un programa exploratorio muy detallado, comopor ejemplo en zonas inestables.

Ensayos para el reconocimiento del terreno

CalicatasCalicatasCalicatasCalicatas

Excavaciones que permiten laobservación del terreno hastaprofundidades máximas de hasta 3 ó 4

metros.

Además de observaciones de tipolitológico, se pueden obtener datossobre la compacidad del material, la

estabilidad de las paredes de laexcavación, nivel freático, etc.

También permiten la ejecución dealgunos ensayos in situ a diferentes

cotas, como el penetrómetro dinámicode cono.

Ensayos para el reconocimiento del terreno

Existen también los llamadosmétodos geofísicos, siendo losmás utilizados:

1. Métodos sísmicos.

2.Métodos eléctricos, sondeoseléctricos verticales (S.E.V.).

3. Métodos gravimétricos.

4. Georradar

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Ensayos de laboratorio

Al igual que en el caso de los ensayos “in situ”, existe unagran variedad de ensayo de laboratorio disponibles,dependiendo de las características del terreno.

Los ensayos más usuales son los deidentificación, de resistenciaresistenciaresistenciaresistencia y dedeformabilidaddeformabilidaddeformabilidaddeformabilidad.

La toma de muestras debe ser lo másmásmásmásrepresentativarepresentativarepresentativarepresentativa posibleposibleposibleposible de la realidad aanalizar y durante su envío hasta ellaboratorio, se cuidará de que lasmuestras no sufran deterioros o mezclas

de las mismas, que nos puedan inducirerrores en los resultados obtenidos.

Ensayos de identificación de suelos

Análisis granulométrico por tamizado y sedimentación

Este ensayo tiene por objetodeterminar los diferentes tamaños delas partículas de un suelo y obtener lacantidad, expresada en tanto porciento de éstas, que pasan por losdistintos tamices de la serie empleadaen el ensayo, desde el tamiz de 2”hasta el tamiz N° 200.

Cuando se quiera conocer ladistribución de tamaños de laspartículas inferiores a dicho tamiz (Nº200), se debe completar esteprocedimiento con el desedimentación.

Ensayos de identificación de suelos

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Ensayos de identificación de suelos

Análisis granulométrico por tamizado y sedimentación

De la realización de este ensayo se obtiene la siguienteinformación:

�Distribución granulométrica del suelo analizado.�Clasificación de los suelos granulares.�Se puede, en algunos casos, inferir su origen geológico.� Se pueden obtener parámetros como el diámetro efectivo,coeficiente de uniformidad, y coeficiente de curvatura.

Una vez realizado el proceso de tamizado y sedimentación, se procede a pesarlas cantidades retenidas en cada uno de los tamices, construyéndose una gráficasemilogarítmica donde se representa el porcentaje en peso de muestra retenida(o el que pasa) para cada abertura de tamiz.

Ensayos de identificación de suelos

Ensayos de identificación de suelos

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Contenido en humedad.

Es junto con el contenido de vacíos, una de lascaracterísticas fundamentales para explicar elcomportamiento del suelo (especialmente en aquellos detextura más fina), como por ejemplo cambios de volumen,cohesión, estabilidad mecánica.

El método tradicional de determinación de la humedad delsuelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, larelación (%) entre el peso agua / partículas sólidas.

Otros métodos para determinar el contenido de humedad:método del alcohol metílico, métodométodométodométodo deldeldeldel SpeedySpeedySpeedySpeedy, y métodométodométodométodonuclearnuclearnuclearnuclear....

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Ensayos de identificación de suelos

Determinación de los Límites de Atterberg

Es junto con la granulometría uno de los ensayos máscomunes, debido a la información que se obtiene del mismoy la posibilidad de clasificar un suelo a partir de los datosobtenidos.

El contenido de agua o humedad límite al que se produce elcambio de estado varía de un suelo a otro.

El método usado para medir estos límites se conoce comométodo de Atterberg y los contenidos de agua o humedadcon los cuales se producen los cambios de estados, sedenominan límites de Atterberg (LL, LP, IP, LC).

Las humedades correspondientes a los puntos de transición

entre cada uno de estos estados definen los límites líquido (LL),

plástico (LP) y de retracción (LR) respectivamente.

(a)(a)(a)(a) LíquidoLíquidoLíquidoLíquido: La presencia de una cantidad excesiva de agua anulaanulaanulaanula laslaslaslas fuerzasfuerzasfuerzasfuerzas dededede

atracciónatracciónatracciónatracción interparticularinterparticularinterparticularinterparticular que mantenían unido al suelo (lalalala cohesióncohesióncohesióncohesión) y lo convierte en

una papilla, un líquido viscoso sin capacidad resistente.

(b)(b)(b)(b) PlásticoPlásticoPlásticoPlástico: El suelo es fácilmente moldeable, presentando grandes deformaciones

con la aplicación de esfuerzos pequeños. Su comportamiento es plástico, por lo queno recupera su estado inicial una vez cesado el esfuerzo. Mecánicamente no es aptopara resistir cargas adicionales.

(c)(c)(c)(c) SemisólidoSemisólidoSemisólidoSemisólido: El suelo deja de ser moldeable, pues se quiebra y resquebraja

antes de cambiar de forma. No obstante, no es un sólido puro, ya que disminuye devolumen si continúa perdiendo agua. Su comportamiento mecánico es aceptable.

(d)(d)(d)(d) SólidoSólidoSólidoSólido:::: En este estado el suelo alcanza la estabilidad, ya que su volumen no

varía con los cambios de humedad. El comportamiento mecánico es óptimo.

Ensayos de identificación de suelos

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Ensayos de identificación de suelos

Densidad de un suelo

Existen diferentes normas para determinar las diferentesdensidades de un suelo, dependiendo el uso que se le vayaa dar a las mismas.

Así podemos distinguir entre densidad aparente, densidaddensidaddensidaddensidadsecasecasecaseca, densidad relativa, densidad máxima y densidad mínimade suelos granulares.

Ensayos de identificación de suelos

Ensayos de resistencia

Ensayo Próctor

El ensayo Próctor es un ensayo de

compactación de suelo que tiene

como finalidad obtener la humedad

óptima de compactación de unsuelo para una determinada

energía de compactación.

Con los resultados del ensayo se

grafica la curva de compactación,

ploteando en el eje de las abscisas

el contenido de humedad y en la

ordenada la densidad seca.

Existen dos tipos de ensayo Próctor.

�Proctor Standard

�Proctor Modificado.

La realización de un tipo u otro deberá estar de acorde

con el material y el equipo de compactación que seutilizará en obra.

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La humedad óptima de compactación es aquella humedad (%deagua) para la cual la densidad del suelo es máxima, es decir lacantidad de agua que hemos de añadir a un suelo para poderlocompactar al máximo con una energía concreta.

Ensayos de resistencia

Determinación de la densidad “in situ”

. MétodoMétodoMétodoMétodo deldeldeldel conoconoconocono dededede

arenaarenaarenaarena: Es un método endesuso, pero que debeutilizarse como calibraciónde otros métodos.Representa una formaindirecta de obtener elvolumen del agujeroutilizando para ello, unaarena estandarizadacompuesta por arenasilícea normalizada

Ensayos de resistencia

Determinación de la densidad “in situ”

MétodoMétodoMétodoMétodo conconconcon densímetrodensímetrodensímetrodensímetro nuclearnuclearnuclearnuclear:

La determinación de la densidad yhumedad a través de este método,está basada en la interacción de losrayos gamma provenientes de unafuente radiactiva y los electrones delas órbitas exteriores de los átomosdel suelo, la cual es captada por undetector gamma situado a cortadistancia de la fuente emisora,sobre, dentro o adyacente al materiala medir.

Ensayos de resistencia

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Determinación de la capacidad de soporte CBR

El ensayo CBR mide la carga necesaria para penetrar unpistón de dimensiones determinadas a una velocidadpreviamente fijada en una muestra de suelo, compactadacompactadacompactadacompactadasegúnsegúnsegúnsegún susususu próctorpróctorpróctorpróctor, formada por tres probetas (generalmentecompactada a 15, 30 y 60 golpes/capa), después de haberlasumergido en agua durante cuatro días y de haber medido suhinchamiento.

El hecho de sumergir la muestra se debe a que así podemosprever la hipotética situación de acumulación de humedad enel suelo después de la construcción.

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

El índice CBR se define como lalalala relaciónrelaciónrelaciónrelación entreentreentreentre lalalala presiónpresiónpresiónpresión necesaria para que el pistón penetre enel suelo una determinada profundidad y la necesaria para conseguir esa misma penetración enuna muestra patrón de grava machacada, expresada en tanto por ciento.

Ensayos de resistencia

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El índice CBR se define como la relación entre la presiónnecesaria para que el pistón penetre en el suelo unadeterminada profundidad y la necesaria para conseguiresa misma penetración en una muestra patrón de gravamachacada, expresada en tanto por ciento.

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

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Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

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Ensayos de resistencia

Ensaye de

Módulo de

Resiliencia

Mr

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

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Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

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Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

Ensayos de resistencia

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Determinación de la

resistencia o respuesta

de diseño para cada

área homogénea

evaluación

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20

60

Cálculo de modulo resilente

0.0

5000

1000

15000

20000

25000

30000

5 10 15 20

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CBR 95%

CBR PROMEDIO

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CBR (%) vs PROGRESIVA (km)

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

10+000 20+000 30+000 40+000 50+000 60+000 70+000

CBR PROMEDIO = 3.1 %MR PROMEDIO = 5271 lb/pulg2

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El modulo de resilencia de diseño de la subrasante (Mr) se define como elvalor del modulo de resilencia que es el menor que el 60%, el 75% o el87.5% del total de valores analisados en la seccion.

Estos porcentajes se conocen como valores percentiles y estanrelacionados con el trafico de diseño.

Módulo de Resilencia de diseño

Límites para la selección de resistencia

Número de ejes de 8.2 t en el carril

de diseño (N)

Presentir a seleccionar para

hallar la resistencia

< 10 4 60

10 4 - 10 6 75

>10 6 87.5

5,000

7,000

9,000

11,000

13,000

15,000

17,000

0 20 40 60 80 100

PORCENTAJE MAYOR O IGUAL QUE

Mr. PSI

Dibújense los valores de Mr y % obtenidos.

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