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Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

11/02/2020

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SUBRASANTE

ENSAYOS DE RESISTENCIAS EN LA CARACTERIZACION DE LA SUBRASANTE ENSAYO DE PLACA

CARACTERISTICAS RESISTENCIADEFORMACION DEL SUELO

❑ PLACA : 36” PAV-RIGIDO ❑ PLACA: 12-18” PAV.FLEXIBLE

RECUERDA: LA RESPUESTA DE COMPORTAMIENTO DEL SUELO SE ESTABLECE EN CONDICIONES DE HUMEDAD Y DENSIDAD DE EQUILIBRIO QUE SE CONSIDERA VA A TENER EL SUELO DE SUBRASANTE EN SERVICIO. Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

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RECORDAR EL ESFUERZO ES UNA MEDIDA DE LA FUERZA POR LA UNIDAD DE AREA (EN LA QUE SE APLICA) QUE CAUSA LA DEFORMACIÓN.

EL ESFUERZO CON DIRECCION PARALELA AL AREA EN QUE SE APLICA SE DENOTA COMO TAU (τ ) Y REPRESENTA UN ESFUERZO DE CORTE YA QUE ESTE ESFUERZO TRATA DE CORTAR EL ELEMENTO ANALIZADO (EJ: UN ELEMENTO DE SUELO)

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RECORDAR LOS ESFUERZOS CON DIRECCIÓN NORMAL O PERPENDICULAR A LA SECCION, SE REPRESENTAN CON EL SIMBOLO SIGMA (σ ) Y SE DENOMINAN COMO ESFUERZOS DE TRACCIÓN O TENSIÓN CUANDO APUNTAN HACIA AFUERA DE LA SECCIÓN, TRATANDO DE ESTIRAR EL ELEMENTO ANALIZADO Y COMO ESFUERZOS DE COMPRESIÓN CUANDO APUNTA HACIA LA SECCIÓN, TRATANDO DE APLASTAR EL ELEMNTO ANALIZADO.

𝜎𝑗 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

𝜎3 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 11/02/2020

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LA ELASTICIDAD ESTUDIA LA RELACIÓN ENTRE LAS FUERZAS APLICADAS A LOS CUERPOS Y LAS CORRESPONDIENTES DEFORMACIONES

COMPORTAMIENTO ELASTICO : CUANDO AL CESAR LAS FUERZAS SOBRE EL ELEMENTO ESTE RECUPERA SU FORMA ORIGINAL COMPORTAMIENTO PLASTICO : CUANDO LAS FUERZAS APLICADAS SON GRANDES Y AL CESAR ESTAS FUERZAS EL CUERPO NO RETORNA A SU ESTADO INICIAL Y TIENE UNA DEFORMACIÓN PERMANENETE (PLASTICA) Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

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FUENTE: CARLOS BENAVIDES. CURSO ESPECIALIZACION VIAS. U. DE C.

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SITUACIÓN CUANDO LA CARGA SE ENCUENTRA EN LA VERTICAL DEL ELEMENTO P. ESFUERZOS CRITICOS. ESFUERZO DE CORTE ES CERO. 11/02/2020

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CRITERIO RESISTENCIAS COMPORTAMIENTO ELASTO-PLASTICO DEL SUELO EN PAVIMENTOS LA CARGA TRANSMITIDA ES MOVIL, ES DECIR QUE EL SUELO EXPERIMENTA CICLOS DE CARGAS Y DESCARGAS. VEAMOS GRAFICAMENTE CASO DE UN CICLO

CUANDO EL VEHICULO SE ACERCA AL PUNTO A, EL SUELO EXPERIMENTA UNA DEFORMACIÓN. LA DEFORMACIÓN TOTAL OCURRE CUANDO EL VEHICULO ESTE SOBRE EL PUNTO A. CUANDO EL VEHICULO EMPIEZA A SALIR DEL PUNTO A, EL SUELO TRATA DE RECUPERAR SU ESTADO ORIGINAL PERO NO LO LOGRA. SE PRODUCE EN ESE CICLO POR LA ACCION DE LA CARGA UNA DEFORMACIÓN PERMANENTE (PLASTICA) Y CUANDO LA CARGA EMPIEZA A SALIR DEL PUNTO A, SE GENERA UNA DEFORMACIÓN RECUPERABLE(RESILIENTE O ELASTICA). ES POR ELLO QUE EN CASO DE PAVIMENTOS, SE INFIERE QUE EL SUELO TIENE UN COMPORTAMIENTO ELASTO-PLASTICO. Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

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CRITERIO RESISTENCIAS

COMPORTAMIENTO ELASTO-PLASTICO DEL SUELO

FUENTE: DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS. GONZALEZ-ORDOÑEZ.2006

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CRITERIO RESISTENCIAS COMPORTAMIENTO ELASTO-PLASTICO DEL SUELO

CICLOS

FUENTE: DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS. GONZALEZ-ORDOÑEZ.2006

EL SUELO DE FUNDACIÓN SOPORTA MUCHOS CICLOS DE CARGA Y DESCARGA, LAS DEFORMACIONES PLASTICAS SE VAN ACUMULANDO Y LAS DEFORMACIONES ELASTICAS SE VAN HACIENDO CONSTANTES. CUANDO EL SUELO YA NO ACUMULA MAS DEFORMACIONES PLASTICAS SE HA CONSOLIDADO PARA ESE NIVEL DE CARGAS. LA PENDIENTE DE LA RECTA AL FINAL DE ESTA ETAPA SE DENOMINA MODULO RESILIENTE, Mr. EL MODULO RESILIENTE REPRESENTA EL COMPORTAMIENTO ELASTICO FINAL O RESIDUAL DEL SUELO. Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

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PARAMETROS COMPORTAMENTALES DEL SUELO EN EL ANALISIS Y DISEÑOS DE PAVIMENTOS LA POSIBILIDAD DE PRONOSTICAR DE MANERA ERRADA EL COMPORTAMIENTO DEL SUELO SE PUEDE REDUCIR CONSIDERABLEMENTE SI SE EFECTUAN ENSAYOS APROPIADOS DE LABORATORIO EN CONDICIONES REPRESENTATIVAS.

❑ PAVIMENTOS ASFALTICOS ENSAYO MODULO RESILIENTE-INV-E-156-2013 ▪ TRIAXIAL DINAMICO ▪ CARGA PULSANTE DE DURACION DEFINIDA ▪ PERIODO DE REPOSO ENTRE CICLOS DE CARGA

𝜎𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟

Mr =∈𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒 ❑ PAVIMENTOS DE CONCRETOS ENSAYO DE PLACA –INV-E-168-2013 ▪ K = MODULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE (Mpa/m, k/cm3)

▪

𝑃𝑅𝐸𝑆𝐼𝑂𝑁 𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝐷𝐴 𝐸𝑁 𝑇𝐸𝑅𝑅𝐸𝑁𝑂 (𝜎) 𝐷𝐸𝐹𝑂𝑅𝑀𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 (∆)

K=

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MODULO RESILIENTE EL MODULO RESILIENTE SE DEFINE COMO LA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE LA MAGNITUD DEL ESFUERZO DESVIADOR CICLICO ( 𝐪 = 𝝈𝟏 − 𝝈𝟑) EN COMPRENSIÓN TRIAXIAL Y LA DEFORMACIÓN AXIAL RECUPERABLE (ELASTICA) O RESILIENTE (εr )

Mr =

𝑞 ∈𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒

=

𝜎1−𝜎3 ∈𝑟

Ecuación 1

σ1 = ESFUERZO CÍCLICO AXIAL σ3= PRESIÓN DE CONFINAMIENTO εr = DEFORMACION VERTICAL RESILIENTE

EN COLOMBIA ESTE ENSAYO SE EJECUTA EN LABORATORIO EMPLEANDO TRIAXIALES CICLICOS SOBRE SUELOS INALTERADOS O SOBRE MATERIALES COMPACTADOS SEGÚN LINEAMIENTOS INV-E-156-2013; AASHTO T 307-99

EL MODULO RESILIENTE INDICA QUE TAN RIGIDO ES UN MATERIAL BAJO CARGA CICLICA DEL TIPO RESILIENTE Y ES UN PARAMETRO DE GRAN IMPORTANCIA PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS POR METODOS RACIONALES. Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

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DIFERENCIAS CONCEPTUALES DE MODULOS

MODULO ELASTICO

MODULO ELASTICO LINEAL ( LEY DE HOOKE)

MODULO RESILIENTE (ESTADO ELASTICO DEL SUELO)

▪ DEFINICION DE RESILIENCIA : PSICOLOGIA, CAPACIDAD DE RECUPERACIÓN ANTE UN TRAUMA , PERDIDA DE UN SER QUERIDO O DESASTRE ▪ RESILIENCIA DE UN MATERIAL : DA CUENTA DE LA ENERGIA ALMACENADA DURANTE LA DEFORMACIÓN ELÁSTICA.

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ENSAYOS DE LABORATORIO

PROCESO DE ELABORACIÓN DE LAS MUESTRAS

LA HUMEDAD Y LA DENSIDAD COMPACTADA DEL ESPECIMEN EN LABORATORIO PUEDE SER LA CORRESPONDIENTE A OPTIMA Y DENSIDAD MAXIMA DEL PROCTOR O A LA HUMEDAD Y DENSIDAD DE EQUILIBRIO DEL SUELO.

FUENTE: IMT-PUBLICACIÓN TECNICA No. 475-AÑO 2016

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FUENTE: IMT-PUBLICACION TECNICA No.475-AÑO 2016 Néstor A. Calvo Guzman-Magister de Vias Terrestres. Universidad del Cauca

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ESTADO TENSIONAL DEL SUELO CUANDO SE ENCUENTRA CARGADO

A

REPRESENTACION EN LABORATORIO

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MODELOS PARA DETERMINAR MODULO RESILIENTE DE MATERIALES ▪ MODELO DE LA GUIA DE DISEÑO AASHTO 2002 (arcillas más plásticas hasta bases granulares limpias.)

𝑀𝑟𝑒𝑠𝑖𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒

𝜃 𝜏𝑜𝑐𝑡𝑎𝑒𝑑𝑟𝑎𝑙 = 𝐾1 ∗ 𝑃𝑎 ∗ ( )𝐾2 ∗ ( + 1)𝐾3 𝑃𝑎 𝑃𝑎

MODELO UNIVERSALTIPICO PARA SUELOS DE SUBRASANTE

𝑃𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜𝑠 = 14.69 𝑝𝑠𝑖

𝐾1 , 𝐾2 , 𝐾3 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑜𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝜃 = 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑖𝑛𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠(𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙)

𝜏𝑜𝑐𝑡𝑎𝑒𝑑𝑟𝑎𝑙 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑐𝑡𝑎𝑒𝑑𝑟𝑎𝑙 (parte fina del material )

𝜃 = 𝜎1 + 𝜎2 + 𝜎3

𝜏𝑜𝑐𝑡𝑎𝑒𝑑𝑟𝑎𝑙

1 = (𝜎1 −𝜎2 )2 + (𝜎2 − 𝜎3 )2 +(𝜎1 −𝜎3 )2 3 𝜎3 = 𝜎2

𝑅𝐸𝐶𝑈𝐸𝑅𝐷𝐴 ∶ 𝜎𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝜎1 − 𝜎3 , 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑛𝑑𝑜 𝜎1 = 𝜎𝑑 + 𝜎3 𝜃 = 𝜎𝑑 + 𝜎3 + 𝜎3 + 𝜎3 = 𝜎𝑑 + 3𝜎3 2

𝜏𝑜𝑐𝑡 =

𝜎𝑑 + 0 + 𝜎𝑑 3

𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝜏𝑜𝑐𝑡

2

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𝜏𝑜𝑐𝑡

𝜎𝑑∗ = 3

2

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OTROS MODELOS PARA DETERMINAR EL MODULO RESILIENTE ▪ MODELO DE PRESION DE CONFINAMIENTO (Dunlap 1963)

𝜎3 𝑀𝑟 = 𝑘1 ( )𝑘2 𝑃𝑎 K1 y k2 son constantes que provienen de regresión lineal

▪ MODELO K-ϴ. El modulo resiliente depende del primer invariante de esfuerzos (Seed 1967)

𝜃 𝑀𝑟 = 𝑘1 ( )𝑘2 𝑃𝑎

𝜃 = 𝜎1 + 𝜎2 + 𝜎3

MODELO PARA MATERIALES GRANULARES

K1 y k2 son constantes que provienen de regresión lineal

▪ MODELO K-𝝈𝒅

(Witzack-1981)

𝜎𝑑 𝑘 𝑀𝑟 = 𝑘1 ( ) 2 𝑃𝑎

𝜎𝑑 = 𝜎1 − 𝜎3

K1 y k2 son constantes que provienen de regresión lineal

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CRITERIO RESISTENCIAS MODULO RESILIENTE LOS ESFUERZOS RECOMENDADOS POR ALGUNOS INVESTIGADORES DETERMINAR EL MODULO RESILIENTE EN SUBRASANTES DE SUELO FINO.

REFERENCIA

ESFUERZO DE CONFINAMIENTO (PSI)

ESFUERZO DESVIADOR CICLICO (PSI)

RAHIM (2005)

2

5.4

GEORGE (2004)

2

7.4

LEE ET AL. (1997)

3

6

PING ET AL. (2001)

2

5

JONES Y WITCZAK (1997)

2

6

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PARA

ENSAYOS DE LABORATORIO

LLEVAR EL SUELO A ESTADO RESILIENTE

EL PORQUE DE ESTOS ESFUERZOS PARA EL ENSAYO ?

FUENTE: NORMA INV-156-2013-ENSAYO MODULO RESILIENTE

𝑆𝑐𝑖𝑐𝑙𝑖𝑐𝑜 = 0.9𝑆𝑚𝑎𝑥

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EJEMPLO DE LOS RESULTADOS DE LAS SECUENCIAS DE LOS CICLOS DEL ENSAYO

RECUERDA: ESTE ES EL VALOR OBTENIDO DE LOS ULTIMOS 5 CICLOS DE CADA SECUENCIA

FUENTE: CARLOS BENAVIDES. ESPECIALIZACIÓN VIAS. U. DE CARTAGENA

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CALCULOS DEL INVARIANTE DE ESFUERZOS Y EL ESFUERZO DE CORTE OCTAEDRAL. RECUERDA LAS FORMULAS

FUENTE: CARLOS BENAVIDES. ESPECIALIZACION VIAS. U. DE CARTAGENA

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FUENTE: CARLOS BENAVIDES. ESPECIALIZACIÓN VIAS. U DE CARTAGENA

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APLICACIÓN DEL COMPLEMENTO DE SOLVER DE EXCEL PARA DETERMINAR LOS COEFICIENTES DE REGERESIÓN K1, K2 Y K3

SE DEBE DETERMINAR EL MODULO RESILIENTE PARA LAS CONDICIONES DE ESFUERZOS SOMETIDOS EN EL CAMPO.

𝐾1 = 𝑎𝑛𝑡𝑖𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜 𝑑𝑒 3.25962575 = 103.25962575 = 1818.13 𝐾2 = 0.378

𝐾3 = −1.037

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VALORES TIPICOS DE MODULOS SUELOS FINOS

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IMPORTANTE

FACTORES QUE AFECTAN EL MODULO DE RESILIENCIA DE SUELOS FINOS(Mr) ❑ CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO: EL MODULO DE RESILIENCIA DE LOS SUELOS DE SUBRASANTES SE REDUCE CON EL INCREMENTO EN CONTENIDO DE AGUA O GRADO DE SATURACIÓN. ❑ PESO VOLUMETRICO DEL SUELO: INCREMENTOS EN LA DENSIDAD DEL SUELO, INCREMENTA EL MÓDULO DE RESILIENCIA, SIN EMBARGO EL EFECTO ES MENOR QUE EL DEL CONTENIDO DE AGUA. ❑ CONDICIONES DE ESFUERZOS: EL MÓDULO RESILIENTE ES UNA PROPIEDAD QUE DEPENDE DEL ESTADO DE ESFUERZOS. UN INCREMENTO EN EL ESFUERZO DESVIADOR RESULTA EN UN DECREMENTO EN MÓDULO DE RESILIENCIA DE SUELOS COHESIVOS Y UN INCREMENTO EN LA PRESION DE CONFINAMIENTO LO AUMENTA.

❑ OTROS FACTORES : OTROS FACTORES QUE TIENEN INFLUENCIA EN EL MÓDULO SON: TIPO DE SUELO, CANTIDAD DE MATERIAL FINO, LIMITES DE CONSISTENCIA, MÉTODO DE PREPARACIÓN DE LA MUESTRA, TAMAÑO DE LA MUESTRA, GRANULOMETRÍA, CONTENIDO DE MATERIA ORGANICA.

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CORRELACIONESINVESTIGACIONES

MODULO RESILIENTE-A PARTIR DE RESULTADOS ENSAYOS CBR

COMO EN LA PRACTICA ES DIFICIL SU DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL (POR EJEMPLO FALTA DE EQUIPOS) TRADICIONALMENTE SE CORRELACIONA CON EL VALOR DE CBR A TRAVES DE MULTIPLES ECUACIONES DISPONIBLES EN LA LITERATURA DE REFERENCIA ❑ CUERPO ING-USA

𝑀𝑟 𝑝𝑠𝑖 = 5409 ∗ 𝐶𝐵𝑅0.71

❑ HEUKELOM Y KLOMP (1962) :

𝑀𝑟 𝑝𝑠𝑖 = 1500 ∗ 𝐶𝐵𝑅 para CBR