Módulo 2-3Módulo 2-3

CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS

DE LA SUBRASANTEDE LA SUBRASANTE

Propiedades de la SubrasantePropiedades de la Subrasante Propiedades fisicasPropiedades fisicas

GranulometríaGranulometría

Clasificación de suelosClasificación de suelos

Relaciones humedad-densidadRelaciones humedad-densidad Propiedades ingenierilesPropiedades ingenieriles

Módulo resilienteMódulo resiliente

Módulo de PoissonMódulo de Poisson

Valor de soporte del sueloValor de soporte del suelo

Módulo de reacción de la subrasante (k)Módulo de reacción de la subrasante (k)

Propiedades FísicasPropiedades Físicas

Propiedades Propiedades inicialesiniciales de los suelos de los suelos

Clasificación de los suelosClasificación de los suelos

Relación humedad-densidad (proctor)Relación humedad-densidad (proctor)

– Propiedad vital para el desempeñoPropiedad vital para el desempeño

– Humedad Optima - Densidad Max Humedad Optima - Densidad Max

Clasificación de Suelos AASHTOClasificación de Suelos AASHTO

Distribución granulométricaDistribución granulométrica

Características de plasticidadCaracterísticas de plasticidad

Otros sistemas: FAA; Sistema UnificadoOtros sistemas: FAA; Sistema Unificado

Ensayos de Resistencia Ensayos de Resistencia TradicionalesTradicionales

Miden la respuesta de la subrasante para soportar Miden la respuesta de la subrasante para soportar

cargas.cargas.

CBR Relación Soporte de CaliforniaCBR Relación Soporte de California

Valor de resistencia HVEEM Valor - RValor de resistencia HVEEM Valor - R

Módulo de reacción de la subrasante (k)Módulo de reacción de la subrasante (k)

Ensayo de compresión triaxialEnsayo de compresión triaxial

Penetrómetro dinámico de conoPenetrómetro dinámico de cono

C B RC B R

Mide la resistencia del suelo a la penetraciónMide la resistencia del suelo a la penetración

Se compara carga vs. penetración con la Se compara carga vs. penetración con la

resistencia a la penetración de una grava resistencia a la penetración de una grava

estandarizada bien graduada (valor 100)estandarizada bien graduada (valor 100)

Las muestras son sumergidas (96 hrs) para Las muestras son sumergidas (96 hrs) para

simular condiciones de saturación simular condiciones de saturación

Valor Resistente HVEEMValor Resistente HVEEM

Estabilómetro HVEEM, compresión totalEstabilómetro HVEEM, compresión total

Evalúa la habilidad relativa del suelo para Evalúa la habilidad relativa del suelo para

soportar cargassoportar cargas

Provee un indicador de resistencia horizontal Provee un indicador de resistencia horizontal

ante las cargas verticalesante las cargas verticales

No es una propiedad fundamental de los suelosNo es una propiedad fundamental de los suelos

Módulo de Reacción Módulo de Reacción de la Subrasantede la Subrasante

Ensayo de placa: medición Ensayo de placa: medición en sitioen sitio de las de las deformaciones con una serie de placas (76.2cm deformaciones con una serie de placas (76.2cm para pav. rigido), cargadas (69kPa) a una cierta para pav. rigido), cargadas (69kPa) a una cierta velocidad, (0.05mm/min) y se miden las velocidad, (0.05mm/min) y se miden las deformaciones.deformaciones.

Depende del tamaño de la placa (30”) Depende del tamaño de la placa (30”)

k = k = pp

Ensayo de Compresión TriaxialEnsayo de Compresión Triaxial

Evalúa la resistencia al corte del sueloEvalúa la resistencia al corte del suelo

Ensayo de varias muestras bajo diferentes Ensayo de varias muestras bajo diferentes

presiones de confinamientopresiones de confinamiento

Curvas tensión-deformaciónCurvas tensión-deformación

Envolvente de rotura de Mohr, permite Envolvente de rotura de Mohr, permite

determinar cohesión y ángulo de fricción interna.determinar cohesión y ángulo de fricción interna.

Penetrómetro Dinámico de ConoPenetrómetro Dinámico de Cono

Tiene el objeto de medir in-situ tensiones de los Tiene el objeto de medir in-situ tensiones de los

materiales de pavimentación y suelos de la materiales de pavimentación y suelos de la

subrasantesubrasante

Correlacionado con el CBR, permite una Correlacionado con el CBR, permite una

estimación rápida del mismo, cono 60°:estimación rápida del mismo, cono 60°:

CBR = CBR = 405.3 405.3 PR PR 1.2591.259

1000 mm(variable)

574 mm

Soporte

Martillo78 N

Cono

Guía de acero (16 mm

Angulo cono 60o

20 mm

Penetrómetro dinámicoPenetrómetro dinámico de cono de cono

PDC Automático ComputarizadoPDC Automático Computarizado

20 mm

Correlaciones Correlaciones Penetrómetro dinámicoPenetrómetro dinámico

de cono de cono CBR = CBR = 405.3 405.3

PR PR 1.2591.259

Log CBR = 2.2 – 0.71 (log DCPI)1.5

Log (CBR) = 2.4 – 1.2 (log DCPI)

PR = DCPI = mm/golpe

20 mm

Otras CorrelacionesOtras Correlaciones

E(back) = 338(DCPI)-0.39

DCPI = pg/golpe (Buena %Hopt)

M.R(psi) = 7013.065 – 2040.783 ln(DCPI)

E(back) MPa FWD; DCPI = mm/golpe

“SUBGRADE CHARACTERIZATION FOR HIGHWAY PAVEMENT DESIGN”

Penetrómetro Penetrómetro Dinámico de Dinámico de

Cono Automático Cono Automático en Operaciónen Operación

Módulo ResilienteMódulo Resiliente

Rigidez Dinámica bajo cargas repetidas (varios Rigidez Dinámica bajo cargas repetidas (varios

miles de ciclos)miles de ciclos)

Deformación Permanente se registra para análisis Deformación Permanente se registra para análisis

pero la probeta no fallapero la probeta no falla

AASHTO TP 46-94 (SHRP – P 46)AASHTO TP 46-94 (SHRP – P 46)

La forma más realista para caracterizar las cargas de La forma más realista para caracterizar las cargas de

rueda en movimientorueda en movimiento

Respuesta Ante Carga DinámicaRespuesta Ante Carga Dinámica

Subrasante

Base

Asfalto

Carga de rueda móvil

c

v =

c

Elemento Bajo CargaElemento Bajo Carga

c + d

c

c = confinamiento

d = desviador

v = vertical

Deformación de la probeta en el tiempo

Esf

uer

zo D

esvi

ador

Total

Plastico

Resiliente R P R

ER =D

Respuesta típica de una probeta Respuesta típica de una probeta ante un pulso de carga ante un pulso de carga

Determinación del Módulo ResilienteDeterminación del Módulo Resiliente

Ensayo AASHTO Ensayo AASHTO T 294-921T 294-921 Ahora TP-46 94 Ahora TP-46 94– Muestras con contenidos de humedad variables en función Muestras con contenidos de humedad variables en función

de las condiciones a lo largo del añode las condiciones a lo largo del año– Dato de diseño para el método AASHTODato de diseño para el método AASHTO

Estimación mediante varios procedimientos:Estimación mediante varios procedimientos:

– Cálculo mediante deflectómetro de impactoCálculo mediante deflectómetro de impacto

– Propiedades de los suelosPropiedades de los suelos

– Resistencia a la compresión no confinadaResistencia a la compresión no confinada

– CBR - DCPCBR - DCP

Módulo resiliente de materiales granulares Módulo resiliente de materiales granulares no adheridos para base/subbaseno adheridos para base/subbase

Procedimientos (2) para preparar y ensayar materiales Procedimientos (2) para preparar y ensayar materiales y suelos que representen estados de tensión debajo de y suelos que representen estados de tensión debajo de pavimentos de asfalto y hormigón, sujetos a cargas pavimentos de asfalto y hormigón, sujetos a cargas móviles.móviles.

Tensión dinámica de desviación (0.1 seg).Tensión dinámica de desviación (0.1 seg). Duración de ciclo (1.0 seg).Duración de ciclo (1.0 seg). Presión estática de confinamiento.Presión estática de confinamiento. Mr = Tensión de desviación/Deformación ResilienteMr = Tensión de desviación/Deformación Resiliente ..

AASHTO T 294-921AASHTO T 294-921 Módulo resiliente de materiales granulares Módulo resiliente de materiales granulares

no adheridos para base/subbaseno adheridos para base/subbase Secuencia de ensayoSecuencia de ensayo

Tipo 1 - Materiales granularesTipo 1 - Materiales granulares

Presión de confinamiento = 21 a 138 kPaPresión de confinamiento = 21 a 138 kPa

Tensión de desviación = 21 a 276 kPaTensión de desviación = 21 a 276 kPa

Tipo 2 - Suelos finosTipo 2 - Suelos finos

Tensión de confinamiento = 0 a 41 kPaTensión de confinamiento = 0 a 41 kPa

Tensión de desviación = 14 a 69 kPaTensión de desviación = 14 a 69 kPa GráficosGráficos

Tipo 1 - Mr vs Tensión globalTipo 1 - Mr vs Tensión global

Tipo 2 - Mr vs Tensión de desviaciónTipo 2 - Mr vs Tensión de desviación

Suelos Finamente GraduadosSuelos Finamente Graduados

MMRR = K = K11 ( ( DD ) )KK22

MMR R = Módulo resiliente= Módulo resiliente

D D = Tensión de desviación= Tensión de desviación

KKi i = Constantes de los materiales= Constantes de los materiales

Estimación de MEstimación de MRR

A una tensión de desviación = 41 kPa (6psi)A una tensión de desviación = 41 kPa (6psi)

MMRR = 27.06 - 0.526(w) Densidad seca < 1600 kg/m3 = 27.06 - 0.526(w) Densidad seca < 1600 kg/m3

MMRR = 18.18 - 0.404(w) Densidad seca > 1600 kg/m3 = 18.18 - 0.404(w) Densidad seca > 1600 kg/m3

W= porcentaje de humedad en volumenW= porcentaje de humedad en volumen

AASHTO - 93, tabla en función del clima de la zona, AASHTO - 93, tabla en función del clima de la zona,

considerando el efecto de ciclos de congelamiento.considerando el efecto de ciclos de congelamiento.

Suelos con Granulometría GruesaSuelos con Granulometría Gruesa

MMRR = K = K11 ( ) ( )KK22

MMR R = Módulo resiliente= Módulo resiliente

= Tensión de desviación.= Tensión de desviación.

KKi i = Constantes de los materiales= Constantes de los materiales

d

d

Influencia de las Propiedades de Influencia de las Propiedades de los Sueloslos Suelos

Humedad: Mr se reduce si la humedad se Humedad: Mr se reduce si la humedad se incrementa.incrementa.

Densidad: Mr se incrementa si el % de Densidad: Mr se incrementa si el % de compactacion se incrementa.compactacion se incrementa.

Medio ambiente (hielo-deshielo) Mr se reduce Medio ambiente (hielo-deshielo) Mr se reduce fuertemente ante ciclos hielo - deshielo.fuertemente ante ciclos hielo - deshielo.

Deformaciones permanentes que se producen por Deformaciones permanentes que se producen por condiciones adversas afectan al Mr.condiciones adversas afectan al Mr.

Correlación Entre MCorrelación Entre MRR y CBR y CBR

MMR R (psi) = 1,500 * CBR (suelos finos)(psi) = 1,500 * CBR (suelos finos)

(CBR < 10)(CBR < 10)

MMR R (psi) = 4326 * ln (CBR) + 241 (granulares)(psi) = 4326 * ln (CBR) + 241 (granulares)

En el AASHTO Road TestEn el AASHTO Road Test

MMR R (kPa) = 21,000; (3,000 psi)(kPa) = 21,000; (3,000 psi)

CBR = 3CBR = 3

Factor de ajuste = 7000 kPa (1000 psi)Factor de ajuste = 7000 kPa (1000 psi)

El CBR debe corresponder a la densidad esperada en sitioEl CBR debe corresponder a la densidad esperada en sitio

Correlación Entre MCorrelación Entre MRR y CBR y CBR

MMR R (MPa) = 17.6 * CBR (MPa) = 17.6 * CBR 0.640.64 (CBR < 12) (CBR < 12)

MMR R (MPa) = 22.1 * CBR (MPa) = 22.1 * CBR 0.550.55 (12< CBR < 80) (12< CBR < 80)

Fórmulas utilizadas en ChileFórmulas utilizadas en Chile

Módulo Resiliente Efectivo del SueloMódulo Resiliente Efectivo del Suelo Determinación del Determinación del Módulo Resiliente EstacionalMódulo Resiliente Estacional

Ensayos de laboratorio; Retrocálculo - Deflectómetro en pav. existentes, Ensayos de laboratorio; Retrocálculo - Deflectómetro en pav. existentes, calibrar; Estimación a partir de propiedades conocidas del suelo (deshielo calibrar; Estimación a partir de propiedades conocidas del suelo (deshielo 10-20%)10-20%)

Dividir el año en intervalos cortos de tiempo (15d)Dividir el año en intervalos cortos de tiempo (15d) Determinar el daño relativo para cada módulo estacionalDeterminar el daño relativo para cada módulo estacional Encontrar el daño relativo promedio, Abaco ó:Encontrar el daño relativo promedio, Abaco ó:

uf = 1.18*10uf = 1.18*10 8 8 *Mr *Mr -2.32 -2.32 (PSI) ERROR EN APUNTES (PSI) ERROR EN APUNTES PAGINA 70 FALTA EL MENOS ABACOPAGINA 70 FALTA EL MENOS ABACO

Estimar el módulo resiliente efectivo, como el valor correspondiente al Estimar el módulo resiliente efectivo, como el valor correspondiente al daño promedio uf (abaco o despejar de la fórmula)daño promedio uf (abaco o despejar de la fórmula)

30

20

10

5

1

0.005

0.01

0.05

0.10

0.50

1.0

5.0

10.0Mód

uo

resi

lien

te d

el s

uel

o, 1

000

psi

Dañ

o re

lati

vo

Promedio:Promedio:1212

= ¿?= ¿?

MMRR efectivo= ¿? efectivo= ¿?

MesMes M , psiM , psi uu

EneroEnero 20,00020,000 0.010.01

FebreroFebrero 20,00020,000 0.010.01

MarzoMarzo 2,5002,500 1.511.51

AbrilAbril 4,0004,000 0.510.51

MayoMayo 4,0004,000 0.510.51

JunioJunio 7,0007,000 0.130.13

JulioJulio 7,0007,000 0.130.13

AgostoAgosto 7,0007,000 0.130.13

SeptiembreSeptiembre 7,0007,000 0.130.13

OctubreOctubre 7,0007,000 0.130.13

NoviembreNoviembre 4,0004,000 0.510.51

DeciembreDeciembre 20,00020,000 0.010.01

3.723.72

RR ff

30

20

10

5

1

0.005

0.01

0.05

0.10

0.50

1.0

5.0

10.0Mód

uo

resi

lien

te d

el s

uel

o, 1

000

psi

Dañ

o re

lati

vo

Promedio:Promedio: 3.7263.7261212

= 0.31= 0.31

MMRR efectivo = 5,000 (34 MPa) efectivo = 5,000 (34 MPa)

MesMes M , psiM , psi uu

EneroEnero 20,00020,000 0.0120.012

FebreroFebrero 20,00020,000 0.0120.012

MarzoMarzo 2,5002,500 1.511.51

AbrilAbril 4,0004,000 0.510.51

MayoMayo 4,0004,000 0.510.51

JunioJunio 7,0007,000 0.130.13

JulioJulio 7,0007,000 0.130.13

AgostoAgosto 7,0007,000 0.130.13

SeptiembreSeptiembre 7,0007,000 0.130.13

OctubreOctubre 7,0007,000 0.130.13

NoviembreNoviembre 4,0004,000 0.510.51

DiciembreDiciembre 20,00020,000 0.0120.012

3.723.72

RR ff

Módulo de Reacción de la Módulo de Reacción de la SubrasanteSubrasante

Módulo de Reacción de la Módulo de Reacción de la SubrasanteSubrasante

Ejecutar el ensayo de placa ASTM en el campo Ejecutar el ensayo de placa ASTM en el campo

(placa de 30”).(placa de 30”).

Estimación a partir de las propiedades del suelo Estimación a partir de las propiedades del suelo

o a partir de CBR o Valor - Ro a partir de CBR o Valor - R

Retrocálculo a partir de ensayos de deflexiónRetrocálculo a partir de ensayos de deflexión

Usar Penetrómetro Dinámico de Cono para Usar Penetrómetro Dinámico de Cono para

estimar CBR, luego el valor kestimar CBR, luego el valor k

Módulo de Reacción EfectivoMódulo de Reacción Efectivo de la Subrasante de la Subrasante

Identificar los factores clavesIdentificar los factores claves

Tipo de subbaseTipo de subbase

Espesor de subbaseEspesor de subbase

Pérdida de soportePérdida de soporte

Profundidad del suelo firme (roca madre)Profundidad del suelo firme (roca madre)

Espesor de losa proyectadoEspesor de losa proyectado

Identificar el módulo resiliente estacional del sueloIdentificar el módulo resiliente estacional del suelo

Valor K EfectivoValor K Efectivo Valor efectivo en la parte superior de la plataforma Valor efectivo en la parte superior de la plataforma

(considerando el aporte de base o terraplén)(considerando el aporte de base o terraplén) Asignar el valor del módulo elástico estacional de Asignar el valor del módulo elástico estacional de

la subbase, (estático elástico).la subbase, (estático elástico). Estimar el valor k estacional compuestoEstimar el valor k estacional compuesto Ajustar el valor k por fundación rígidaAjustar el valor k por fundación rígida Determinar el daño relativo (uDeterminar el daño relativo (urr) para cada valor k ) para cada valor k

estacionalestacional Encontrar el daño promedio relativoEncontrar el daño promedio relativo Reducir el valor k por la pérdida de soporte, Reducir el valor k por la pérdida de soporte,

considerando el efecto de bombeo.considerando el efecto de bombeo.

Módulo k EfectivoMódulo k EfectivoEjemplo de los ApuntesEjemplo de los Apuntes

Apuntes Pag. 72: Fijar SB; Espesor; Prof. Rígida Apuntes Pag. 72: Fijar SB; Espesor; Prof. Rígida LSLS

– Estimar Mr para Subrasante y Terraplén (o Base) por Estimar Mr para Subrasante y Terraplén (o Base) por estación.estación.

– Estimar el valor k combinado por espesor infinito, Estimar el valor k combinado por espesor infinito, Apuntes: fig. 4:16. AASHTO Fig. 3.3 entrar con Mr Apuntes: fig. 4:16. AASHTO Fig. 3.3 entrar con Mr subrasante, se obtiene k corregido Fund. Rig.subrasante, se obtiene k corregido Fund. Rig.

– Con el valor k compuesto y corregido se determina el daño Con el valor k compuesto y corregido se determina el daño relativo, con un espesor de losa tentativo, se obtienen los relativo, con un espesor de losa tentativo, se obtienen los factores de daño (/100). Ej. 540factores de daño (/100). Ej. 540

– Con el daño relativo promedio, se determina el valor k Con el daño relativo promedio, se determina el valor k estacional compuesto del mismo gráfico. estacional compuesto del mismo gráfico.

Pérdida de SoportePérdida de Soporte

AASHTO-97, recomienda no considerar una AASHTO-97, recomienda no considerar una reducción por pérdida de soporte, de todos modos reducción por pérdida de soporte, de todos modos puede hacerse en función al tipo de base (LS) y el puede hacerse en función al tipo de base (LS) y el ábaco de la fig. 4:19.ábaco de la fig. 4:19.

(AASHTO Tabla 2.7 fig. 3.6)(AASHTO Tabla 2.7 fig. 3.6)

Incremento de K por presencia de base, se debe Incremento de K por presencia de base, se debe tratar con precaución y no reducir por pérdida de tratar con precaución y no reducir por pérdida de soporte.soporte.

Módulo de Reacción Módulo de Reacción de la Subrasantede la Subrasante

AASHTO-97, en base a nuevas investigaciones y AASHTO-97, en base a nuevas investigaciones y ensayos de carga, se demuestra que el incrementar el ensayos de carga, se demuestra que el incrementar el valor k por la presencia de una base rígida no es valor k por la presencia de una base rígida no es apropiado. El valor k efectivo representa a la apropiado. El valor k efectivo representa a la subrasante corregida por la presencia del terraplén.subrasante corregida por la presencia del terraplén.

Es recomendable que el valor k de la subrasante sea Es recomendable que el valor k de la subrasante sea usado sin ningun factor de pérdida de soporte. Las usado sin ningun factor de pérdida de soporte. Las fallas observadas en el ART ya consideran la fallas observadas en el ART ya consideran la pérdida de soporte.pérdida de soporte.

Factor de Pérdida de SoporteFactor de Pérdida de Soporte

Para corregir los valores excesivos de k que Para corregir los valores excesivos de k que surgen por la aplicación de los ábacos surgen por la aplicación de los ábacos

Base granular tratada con cemento o asfalto:Base granular tratada con cemento o asfalto:

0.0 a 1.00.0 a 1.0

Estabilización con cal: 1.0 a 3.0Estabilización con cal: 1.0 a 3.0

Materiales Granulares: 1.0 a 3.0Materiales Granulares: 1.0 a 3.0

Suelos Finos o Subrasante Natural: 2.0 a 3.0Suelos Finos o Subrasante Natural: 2.0 a 3.0

Efectos de Bases TratadasEfectos de Bases Tratadas

Proveen una plataforma de construcción.Proveen una plataforma de construcción. El tema de la adherencia es ampliamente El tema de la adherencia es ampliamente

discutida y no existe un consenso.discutida y no existe un consenso. Bases muy rígidas pueden reflejar fisuración Bases muy rígidas pueden reflejar fisuración

a edades tempranasa edades tempranas Se reduce significativamente el bombeo.Se reduce significativamente el bombeo. Se incrementa el valor de soporte y con Se incrementa el valor de soporte y con

adherencia se logra un pavimento adherencia se logra un pavimento compuesto temporalmente.compuesto temporalmente.