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• JoseMa Ticona

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Sub rasante del camino La sub rasante es la superficie terminada de la carretera a nivel de movimiento de tierras (corte y relleno), sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado. La sub rasante es el asiento directo de la estructura del pavimento y forma parte del prisma de la carretera que se construye entre el terreno natural allanado o explanada y la estructural del pavimento. La sub rasante es la capa superior del terraplén o el fondo de las excavaciones en terreno natural, que soportara la estructura del pavimento, y esta conformada por suelos seleccionados de características aceptables y compactados por capas para constituir un cuerpo estable en optimo estado, de tal manera que no se vea afectada por la carga de diseño que proviene del transito. Su capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el transito y las características de los materiales de construcción de la superficie de rodadura, constituyen las variables básicas para el diseño de la estructura del pavimento que se colocara encima. En la etapa constructiva, los últimos 0.30m de suelo debajo del nivel superior de la sub rasamte, deberán ser compactados al 95% de la máxima densidad seca obtenida del ensayo Proctor modificado.

Subrasante del camino Los pasos generales para establecer el valor de resistencia representativos del tramo homogéneo son los siguientes: -

Investigar el suelo de fundación

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Ensayos de campo y laboratorio.

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Determinar el modulo resiliente de forma directa o indirecta.

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Verificar la consistencia entre los resultados de los ensayos de caracterización física y los ensayos de caracterización mecánica.

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Establecer los tramos homogéneos de diseño.

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Calcular el modulo resiliente de diseño considerando el efecto de la estratigrafía y la presencia de ser el caso en rellenos o mejoramientos.

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Corregir el modulo resiliente por el efecto ambiental.

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Elaborar los perfiles estratigráficos.

Excavación de una calicata, con profundidad de 1.50 m Fuente: Propia. Este proceso descrito puede ser muy simple y directo en diseño de pavimentos de vías de poca longitud. Sin embargo, en carreteras de mayor longitud se requiere el procesamiento de gran cantidad de informacion y el apoyo de métodos estadísticos para el análisis de la informacion. Por lo tanto, es importante la integración adecuada entre los resultados de campo y laboratorio que permita identificar apropiadamente los valores de diseño. Las propiedades del material de interés en el pavimento de diseño se pueden organizar en las siguientes categorías: -

Propiedades físicas: granulometría, limites de consistencia, densidad, contenido de agua.

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Propiedades de rigidez: modulo resiliente, modulo de elasticidad, el coeficiente de balasto, CBR.

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Propiedades hidraulicas y térmicas: los coeficientes de drenaje, permeabilidad, coeficiente de expansión térmica.

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Propiedades relacionadas con la deformabilidad: modulo de elasticidad, coeficiete de compresibilidad.

Ensayo de Granulometría por Tamizado

Ensayo de CBR PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN GEOTECNICA El propósito principal de esta investigación es conocer las condiciones de la subrasante a lo largo de la alineación de la via. Asimismo, obtener los parámetros de diseño del pavimento. La investigación puede

llevarse a cabo a través de una variedad de técnicas, que pueden variar de acuerdo con la geología, el método de diseño que será empleado, las exigencias de diseño, tipo de proyecto y la experiencia local. La confiabilidad y calidad del diseño estarán directamente relacionadas con la informacion obtenida del subsuelo, un conocimiento inadecuado del suelo podría originar en la etapa de construcción adicionales de obra y problemas a largo plazo en la carretera. El costo de un programa de investigación geotécnica no es significativo comparado con los costos adicionales, atrasos de obra y reducción de la vida útil del pavimento. Es importante notar que la cantidad que se muestrea para realizar los ensayos de suelos es del orden de una millonésima a unas mil millonésimas partes del suelo que se esta investigando. Mientras que en otros materiales como el concreto y el asfalto se toman tres muestras aproximadamente cada 40 m 3 de material producido. Adicionalmente la variabilidad del suelo natural puede llegar a tener un coeficiente de variación de mas del 100% a lo largo de la alineación. Por lo tanto, se suele recomendar ejecutar los ensayos en las muestras de suelo de la condición mas critica, en lugar de ejecutar mas ensayos en todas las condiciones que se puedan presentar. PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN POR TIPO DE INTERVENCIÓN PAVIMENTO NUEVO Se requiere una mayor cantidad de informacion, debido a que no se conoce el perfil del suelo y las propiedades a lo largo del nuevo alineamiento, así como las alturas de corte y relleno. Para la nueva construcción, el programa de exploración requerirá una evaluación completa de la subrasante, subbase, base y materiales. Las canteras de materiales también deben ser identificadas. Antes de la planificación y el inicio de la investigación, deben estar definidos el trafico, la carga, y los criterios de rendimiento, la ubicación, la geometría y la elevación de las secciones de pavimento propuesto. Una parte clave de la exploración del subsuelo es la identificación y clasificación (a través de las pruebas de laboratorio) de los suelos subrasante con el fin de evaluar la variabilidad vertical y horizontal de esta. A través de pruebas de laboratorio también proporciona informacion para determinar los requisitos de estabilización para mejorar la subrasante o, de ser el caso, el mejoramiento o reemplazo del material. Otro aspecto importante es la ubicación del nivel freatico, a fin de evaluar el control de los problemas del agua con respecto al diseño y construcción. REHABILITACIÓN O RECONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS En el caso de rehabilitación o mantenimiento se puede tener acceso en muchos casos al expediente técnico del diseño original y los informes de construcción. La informacion obtenida para el caso de la subbase requiere ser verificada en campo debido a la posible contaminación del material con la subrasante. Se deben extraer muestras a lo largo de la via a rehabilitar y realizar ensayos insitu como la evaluación no destructiva a través de deflectometros de impacto.

ETAPAS DEL PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN GEOTECNICA. El principal objetivo de esta investigación es obtener datos suficientes para permitir la selección de los tipos, ubicaciónes y espesores de las capas de material que serán utilizadas en la construcción del pavimento, dando así informacion adecuada para estimar sus costos. El proceso recomendado en la investigación geotécnica es la siguiente: Nro

Etapa

1

Revision de la informacion topografica y geológica de la zona

2

Programa de investigación geotécnica

Detalle -

Estudios geológicos Mapas geológicos Aerofotografias Imágenes satelitales. Revision de planos topográficos

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Definir el numero de sondeos, espaciamiento y profundidad en función de la importancia de la via. Definir los ensayos de campo y laboratorio. Establecer la cantidad y tipo de muestras, de acuerdo a la cantidad estimada de estratos. Traslado de muestras Ubicación del laboratorio de campo. Selección de personal de campo y laboratorio. Cronograma de actividades Costo

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3

Investigación de campo

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4

Investigación de laboratorio

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5

Procesamiento de la informacion e informe final

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Investigación preliminar: basada en el reconocimiento, se ejecuta un numero limitado de sondeos y ensayos para verificar la hipótesis del subsuelo. Determinar la ubicación de las excavaciones: basado en la informacion preliminar, la visita de campo y el trazo del eje de la carretera, la frecuencia de excavación de calicatas depende de la importancia de la via y la regularidad del terreno. Seleccionar los tramos de diseño. Ejecutar las exploraciones. Elaborar el perfil estratigráfico con las descricpciones de las excavaciones. Ejecutar los ensayos insitu. Tomar muestras representativas alteradas e inalteradas. Evaluar las condiciones del drenaje superficial y subterráneo. Evaluar las canteras de materiales y posible ubicación de las plantas de produccion de materiales. Seleccionar las muestras en el laboratorio y separarlas de acuerdo al tipo de ensayo manteniendo la representatividad del material. Limites de consistencia y retracción. Análisis granulométricos. Contenido de materia orgánica. Contenido de humedad. Relacion humedad – densidad (Proctor modificado) CBR de Laboratorio Modulo resiliente Clasificación SUCS y AASHTO Examinar los registros de perforación, los perfiles estratigráficos y los ensayos de clasificación, y seleccionar muestras representativas para los ensayos de resistencia como en CBR o modulo de resiliencia. Elaborar el perfil estratigráfico integrando la informacion de campo y los resultados de laboratorio, con una clara indicación de los niveles, nivel freatico y clasificación de suelos. Sectorizar el tramo basado en la resistencia del suelo de fundación y el perfil estratigráfico. Calcular el modulo resiliente de diseño. Informe final: Este informe suele ser presentado en forma conjunta con el de pavimentos formando un solo volumen de suelos y pavimentos.

INFORMES GEOLOGICOS En los informes geológicos existentes se encuentra informacion de interés. Los informes geológicos suelen contener informacion regional sobre las formaciones de roca y/o suelo. La informacion relevante para la investigación del sitio y la construcción de carreteras incluye la naturaleza, la estratigracia y la estructura de las unidades de roca en el área del proyecto de la carretera. También permite inferir la evaluación preliminar de las técnicas de excavación y la estabilidad de los trabajos. Estos estudios están generalmente localizados, pero pueden proporcionar informacion útil, como: -

Profundidad de los cimientos.

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La naturaleza y características de los suelos y las unidades de roca.

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Profundidad del nivel freatico.

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Capacidad portante y rigidez de los suelos.

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Compresibilidad del suelo y la resistencia de corte.

ESPACIAMIENTO DE LAS PERFORACIONES El MTC en el manual de diseño establece la frecuencia y espaciamiento se estima en función del tipo de carretera, con una profundidad mínima de 1.50 m con respecto al nivel de la subrasante. Tipo de carretera

Numero mínimo de calicatas

Observación

Calzadas 2 carriles por sentido: Autopistas IMDA > 6000 veh/día

4 calicatas por km por sentido

Calzadas 3 carriles por sentido: -

4 calicatas por km por sentido

Calzada de 4 carriles por sentido: -

6 calicatas por km por sentido

Calzadas 2 carriles por sentido: Carreteras duales o Multicarril: IMDA entre 4001 a 6000 veh/dia

Las calicatas se ubicaran longitudinalmente y en forma alternada

4 calicatas por km por sentido

Calzadas 3 carriles por sentido: -

4 calicatas por km por sentido

Calzada de 4 carriles por sentido: 6 calicatas por km por sentido Carreteras de primera clase: IMDA entre 2001 a 4000 veh/dia

4 calicatas por km

Las calicatas se ubicaran

Carreteras de segunda clase: IMDA entre 401 a 2000 veh/día

3 calicatas por km

Carreteras de tercera clase: IMDA entre 201 a 400 veh/día.

2 calicatas por km

Carreteras de bajo volumen de transito: IMDA < 200 veh/día

1 calicata por km

longitudinalmente y en forma alternada

El ensayo principal para el diseño de un pavimento será el modulo de resiliencia, CBR, u otro valor requerido para cada nivel de diseño. ENSAYO RAZÓN SOPORTE CALIFORNIA (CBR) – ASTM D 1883 – AASHTO T193 El ensayo de CBR es una medida indirecta de la resistencia del suelo a penetración y se trata de un ensayo relativamente simple para obtener un indicador de la resistencia del suelo de la subrasante, subbase y base para uso en carreteras y aeropuertos aunque por si mismo no representa una propiedad fundamental del material. El valor CBR obtenido puede ser aplicado directamente para el diseño de pavimentos en los métodos empíricos y a través de correlaciones con el modulo resiliente en el caso de los métodos mecanisticos – empíricos. De acuerdo con los resultados obtenidos por el CBR, se puede clasificar de la siguiente forma: Categorías de subrasante

CBR

S0: Subrasante inadecuada CBR < 3% S1: Subrasante insuficiente

CBR ≥ 3% a CBR < 6%

S2: Subrasante regular

CBR ≥ 6% a CBR < 10%

S3: Subrasante buena

CBR ≥ 10% a CBR < 20%

S4: Subrasante muy buena

CBR ≥ 20% a CBR < 30%

S5: Subrasante excelente

CBR ≥ 30%

Gráfico de CBR Fuente: Propia MODULO RESILIENTE El modulo de elasticidad de los materiales no consolidados del pavimento comúnmente se caracteriza en términos del modulo de resiliencia Mr. El modulo de resiliencia se define como la relación de esfuerzos cíclicos aplicados sobre la deformación recuperable de la muestra luego de varios ciclos de cargas repetidas y, por lo tanto, es una medida directa de la rigidez de los materiales no consolidados en los sistemas de pavimentos. CORRELACIONES DEL MODULO RESILIENTE

Existen diversas publicaciones con correlaciones entre parámetros físicos de los materiales. Este tipo de correlaciones han sido desarrolladas ensayando un conjunto de materiales de una determinada ubicación y tipo por lo cual deben ser empleadas con precaución si se emplean como alternativa a un ensayo de laboratorio. Una de las primeras correlaciones desarrolladas fue Mr=1500 CBR (psi) de acuerdo al AASHTO – 1993. DISEÑO DE PAVIMENTOS