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Captulo 3: Comportamiento Materiales
3.1 La Subrasante
3.2 Bases y Subbases
3.3 Carpeta de Rodado: Asfalto y Hormign
Capitulo 3: Comportamiento Estructural de Materiales
3.1 La Subrasante
3.1.1 Introduccin
3.1.2 Reconocimiento y Estudios de Suelo
3.1.3 Clasificacin de Suelos
3.1.4 Propiedades Mecnicas para el Diseo
3.1.5 Seleccin de Valor de Diseo
3.1.6 Proceso de Estudio de Suelos
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3.1.1 Introduccin
La subrasante se refiere a la plataforma de suelo donde se sustenta la
superestructura del pavimento
La subrasante puede estar emplazada en:
o Corte
o Terrapln
o Suelo natural
o Suelo de reemplazo o mejorado
Captulo 3: Comportamiento Materiales
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Captulo 3: Comportamiento Materiales
Las principales funciones de la subrasante son:
Funciones de la Subrasante
Soportar las cargas que transmite el pavimento y darle
sustentacin,
Constituirse en la fundacin de la estructura de pavimento
Evitar que el terrapln contamine al pavimento y que sea
absorbido por las terraceras.
A mejor calidad de la subrasante menores son los espesores de
las capas del pavimento por lo que hay un ahorro en costos sin
reducir la calidad.
3.1.2 Reconocimiento y Estudio de Suelos
Comprende:
Estudio geolgico y geomorfolgico en la zona de trazado
Exploracin in-situ del subsuelo
Ensayos de Laboratorio
Objetivos del reconocimiento y estudio de suelos:
Estudiar las propiedades mecnicas, fsicas y qumicas del suelo
(pavimentos, estructuras, taludes)
Estudiar factibilidad tcnica del trazado propuesto
Localizar materiales de emprstito
Determinar el nivel de la capa fretica
Localizacin de ductos subterrneos (zonas urbanas)
Tramificacin del proyecto para el diseo.
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Prospeccin in situ mediante Calicatas
Objetivos:
Descripcin visual del suelo
Estratigrafa del suelo
Muestras para el estudio en
laboratorio (clasificacin de suelo, CBR,
granulometra, etc.)
Definicin:
Consiste en la extraccin de muestras de
suelo de diferentes estratos, con el
objeto de realizar una inspeccin directa
del suelo que se desea estudiar.
Profundidad:
Hasta 1.5 2.0 m. bajo nivel de subrasante (*)
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3.1.3 Clasificacin de Suelos
Tiene por objeto aprovechar y ordenar la experiencia acumulada de los
diferentes tipos de suelo, as como tambin predecir su comportamiento como
material ingenieril.
Los sistemas de clasificacin ms conocidos son el AASHTO y el USCS conocido
tambin como de Casagrande.
Cada sistema a sido elaborado para tipos de obras especficas, por ej. el
mtodo AASHTO se utiliza en obras viales y el UCSC para fundaciones
Estos sistemas clasifican los suelos a partir de muestras aisladas y
perturbadas, basndose exclusivamente en la textura y en las constantes
hdricas.
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Mtodo AASHTO
El sistema emplea 7 grupos bsicos designados como A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-
6, A-7.
Los grupos A-1 a A-3 corresponden a suelos granulares, en los cuales pasa
menos de un 35% bajo la malla N 200 (0.074 mm).
El resto de los grupos A-4 a A-7 corresponden a suelos finos, limos y arcillas en
los cuales el % que pasa la malla N 200 es mayor que 35%.
Los siete grupos principales han sido divididos en 12 subgrupos.
Los suelos pertenecientes a un mismo grupo tienen capacidades de soporte
similares.
Los espesores de pavimentos requeridos aumentan segn crece el nmero de
clasificacin de A-1 a A-7.
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Indice de Grupo (IG).
donde:
a: porcentaje del material que pasa la malla N 200 en exceso de 35 expresado en nmero entero.
Para porcentajes mayores de 75 se considera 75 y para valores menores a 35 se considera 0.
b: porcentaje de material que pasa la malla N 200 en exceso de 15 y no mayor a 55.
c: valor del lmite lquido menos 40 y que no exceda 60. Se expresa como nmero entero positivo.
d: valor del ndice de plasticidad menos 10 y que no exceda a 30. Se expresa como nmero entero
positivo.
Es un coeficiente emprico que se relaciona en forma aproximada, con el valor de
soporte de los suelos de subrasante de caminos.
Cuanto mayor sea el IG, peor es la calidad del suelo de fundacin
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Mtodo USCS (Unified Soil Classification System)
Desarrollado por Casagrande para obras militares durante la guerra.
Utiliza otros parmetros como la uniformidad de la granulometra (Cu y Cc)
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3.1.4 Propiedades Mecnicas para el Diseo
La respuesta del suelo es distinta dependiendo del tipo de pavimento (rgido
o flexible)
Las principales propiedades del suelo y los ensayos para el diseo son los
siguientes
Pavimento Propiedad Ensayo
Rgido Mdulo de Reaccin de la Subrasante (k)
No hay ensayo de Laboratorio
Placa de carga (terreno) Correlacin CBR
Flexible Mdulo Resiliente (Mr) Mr Laboratorio FWD (terreno) Correlacin CBR
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Ensayo CBR (California Bearing Ratio)
En este ensayo se mide la carga necesaria
para hacer penetrar un pistn de 3 pulg2 de
seccin en una masa de suelo compactada en
forma normalizada.
Esta carga se relaciona con una carga
estndar y el resultado final se expresa en
porcentaje (%).
La curva de comparacin se llama curva
patrn y corresponde a un chancado ideal al
cual se le asigna un valor CBR de 100%.
Este ensayo no representa la deformacin
del suelo en estado de servicio, sin embargo la
experiencia lo ha validado.
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Mdulo de Reaccin de la Subrasante (k)
El mtodo AASHTO original utiliz una prueba de carga esttica sobre un plato
rgido de 760 mm. de dimetro, para determinar el valor de K.
Se aplica presin lentamente hasta alcanzar
10 psi (69 kpa)
Se mantiene la presin constante hasta que
la velocidad de deformacin se hace
asinttica (0.001 in/min) por 3 minutos
Se mide la deformacin del plato en la orilla
(3 puntos a 120 )
Se calcula k = p/ para p = 10 psi.
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Mdulo Resiliente (Mr)
Una carga de rueda en movimiento
imparte un pulso de carga dinmica al
suelo de fundacin.
Este impulso de tensin se inicia en
un valor bajo hasta llegar a un mximo
en un perodo de tiempo que se
relaciona con la velocidad del vehculo.
La deformacin del suelo resultante de ese pulso tendr una componente
elstica recuperable, y una resiliente que no es recuperable.
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Ensayo Laboratorio Mdulo Resiliente (Mr)
Se realiza mediante ensayos triaxiales dinmicos de
cargas repetidas en probetas cilndricas que simulan
un elemento de suelo
las probetas se someten a una presin de
confinamiento 3 y a un esfuerzo desviador d
d: tensin desviadora
r: deformacin recuperable
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Ensayo Terreno Mdulo Resiliente (Mr)
FWD: Falling Weight Deflectometer
El FWD utiliza varios geforos para calcular el cuenco de deflexin
A travs de las mediciones de deflexin se puede estimar el Mr de las
diferentes capas, utilizando retroclculo (Back Calculation)
El equipo no mide Mr, mide la deformacin de los geforos
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Correlaciones Utilizadas
MR = 17.652*CBR0.64 (MPa) 2 % < CBR < 12 %
MR = 22.065*CBR0.55 (MPa) 12 % 10 %
Mdulo de Reaccin de Subrasante (pavimentos rgidos)
Mdulo Resiliente (pavimentos flexibles)
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3.1.5 Seleccin del Valor de Diseo
Dada la longitud de un proyecto vial, las caractersticas de la subrasante
difcilmente son homogneas en toda su extensin.
Si bien es posible caracterizar las distintas muestras de suelo, la pregunta es:
Cul ser el valor a utilizar en el diseo del pavimento?
La respuesta est en realizar una tramificacin del proyecto, segn segmentos
que puedan considerarse homogneos.
A nivel general, es posible utilizar 2 mtodos:
Mtodo 1: Criterio ingenieril con verificacin estadstica
Mtodo 2: Diferencias acumuladas (AASHTO)
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Criterio Ingenieril con Verificacin Estadstica
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Diferencias Acumuladas
Este mtodo resuelve en forma analtica los posibles puntos donde se debe
tramificar.
Se grafica Zx y se identifican los cambios de pendiente.
ri : registro de medicin en punto i
xi : diferencia de kilometraje de punto i e i-1
Lp : Longitud total de proyecto
Zx
km
T1 T2 T3 T4
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Seleccin del Valor de diseo
Generalmente se utiliza la media o el percentil 20%
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3.1.6 Proceso de Estudio de Suelos
Entender la Mecnica de Suelos. CBR, k, Mr
Establecer un protocolo de muestreo
Realizar los Ensayos y establecer alcances de los ensayos
Tramificar el proyecto
Seleccionar Valor de Diseo
Recomendaciones bsicas de construccin
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