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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

PAVIMENTOS ACTIVIDAD N° 1

DOCENTE JAIRO DIAZ VILLARRAGA

ESTUDIANTE DIANA MARIA MENDIVELSO Cód. 7303316

CAJICA CUNDINAMARCA 2019

Introducción En el presente trabajo explicare lo que es la subrasante en la estructura de pavimentos y que función cumple, así como la metodología de toma de muestras de CBR inalteradas en campo y la diferencia entre CBR y el SPT. Se hablara sobre los diferentes tipos de suelo y las características que se deben tener en cuenta para realizar el diseño de pavimentos.

1. ¿Qué significa Subrasante en la estructura de pavimentos y que función tiene?

La subrasante es el suelo de cimentación del pavimento, puede ser suelo natural, previamente perfilado y compactado; o material de dispuesto en la zona a trabajar debidamente seleccionado (de preferencia materiales de tipo granular.) y compactado y esto se da cuando el suelo natural es deficiente o por requerimiento del diseño geométrico de la vía a proyectar. Este suelo tiene unas características especiales que definen la propiedad de los materiales que componen la subrasante, conocido como Modulo de Resilencia (Mr). De las propiedades de la subrasante de debe conocer:     

Granulometría Plasticidad Clasificación de suelos Resistencia al corte Susceptibilidad a las ariaciones de temperatura

 Drenaje  Otros (según especificaciones del contrato) Posterior a esto se toman en cuenta propiedades básicas de la subrasante y se realizan otro tipo de ensayos que permitan conocer el comportamiento del suelo, para esto se efectúan ensayos utilizando cargas estáticas o de baja velocidad de deformación como lo es el CBR, ensayos de compresión simple, aunque estos se han cambiado por ensayos dinámicos y de repetición de cargas como lo es el módulo de resiliencia ya que muestran mejor el comportamiento de lo que sucede debajo del pavimento con respecto a las tensiones y deformaciones. Las propiedades físico-mecánicas son las características utilizadas para la selección de los materiales, las especificaciones de construcción y control de calidad (Mr, Modulo de Poisson, CBR y Modulo de Reacción de la Subrasante). 2. Investigar y describir la metodología de toma de muestras CBR inalteradas en campo para determinar la capacidad portante del suelo. El ensayo CBR (California Bearing Ratio) se emplea para evaluar la capacidad portante de suelos compactados. Consiste en compactar un suelo en unos moldes normalizados, sumergirlos en agua y aplicando un punzonamiento sobre la superficie del terreno mediante un pistón normalizado. El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero también puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno. Este ensayo se rige por la norma ASTM 1883 o según la especificación del contrato. En Colombia está reglamentada por en INVIAS (INV E-148-07), (INV E-141), (INV E-142). Instrumentos para la medición:  Prensa: similar a las utilizadas en ensayos de compresión, utilizadas para forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El piston se aloja en el cabezal y sus características deben ajustarse a las

especificadas. Debe tener una capacidad suficiente para penetrar el pistón en el espécimen a una velocidad de 1.27 mm/min y una profundidad de 12.7 mm. El desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a una velocidad uniforme de 1.27mm por minuto. La capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga deben ser de 44.5 KN.  Moldes: de metal y cilíndricos de 152.4 mm +- 0.66 mm de diámetro interior y de 177.8 +- 0.46 de altura provisto de un collar suplementario de 51mm de altura y una placa de base perforadora de 9.53mm de espesor.  Disco espaciador: de forma circular, metalico e 150.8 +- 0.8mm de diámetro y de 61.37 +-0.25mm de espesor. (se utiliza como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación.  Martillo de compactación: descritos en la norma (INV E -141 y 142)  Aparato medidor de expansión: está compuesto por una placa de metal perforada y un trípode cuyas patas pueden apoyarse en el borde del molde.  Sobrecargas metálicas: aproximadamente 10 por cada molde, una anular y las 9 restantes ranuradas, con una masa de 2.27 +- 0.04 kg cada una, 149.2 +- 1.6mm de diámetro exterior y la anular con 54 mm de diámetro en el orificio central.  Piston de penetración: cilindro metalico de 49.63 +-0.13 mm de diámetro, área de 1935mm2 y con una longitud considerable para realizar los ensayos de acuerdo con las especificaciones.  Dos diales (deformimetros): con recorrido mínimo de 25 mm y divisiones de 0.025mm.  Tanque: con capacidad necesaria para la inmersión de los moldes en agua  Horno: termostáticamente controlado, regulable a 110 +- 5° C.  Balanzas

CBR: (carga unitaria del ensayo / carga unitaria patrón) * 100 ( % ) Procedimiento: Antes de determinar la resistencia a la penetración las probetas se saturan durante 96 horas para simular las condiciones de trabajo más desfavorables y para determinar su posible expansión. Se realizan 3 probetas mínimo y con diferentes energías de compactación (56, 25 y 10 golpes). El suelo al cual se aplica el ensayo, debe contener una pequeña cantidad de material que pase por el tamiz de 50 mm y quede retenido en el tamiz de 20 mm. Se llevan las probetas a la máquina de ensayo y se colocan sobre cada una de ellas, una cantidad tal de cargas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del camino proyectado. Se apoya el pistón de penetración con una carga lo más pequeña posible (no debe exceder de 45 Newton) y se colocan los diales de lectura de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial, se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe considerarse como carga cero para la relación carga-penetración. La velocidad de carga aplicada al pistón de penetración será de 1,25 mm/min. Se anotarán las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetración: 0,65 - 1,25 - 1,90 - 2,50 - 3,10 - 3,75 - 4,40 - 5,00 - 7,50 - 10,00 y 12,5 milímetros y para finalizar se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido de humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm de espesor Cálculos:  Densidad inicial de la muestra  Densidad de la muestra  Expansión de la muestra  Obtener la curva de tensión contra deformación  Calculo de CBR en % utilizando los valores de tensión corregidos tomados de la curva de tensión contra penetración.  Utilizando los datos obtenidos de las tres probetas se dibuja la curva CBR contra densidad seca.

Muestras inalteradas: CBR de un suelo cohesivo en estado natural. Difiere del anterior en la toma de muestras. Se tomarán tres muestras inalteradas, empleando para ello moldes CBR armados en los extremos de su respectivo collarín. Para facilitar el hinchamiento del molde, el collarín que se apoya sobre la superficie del terreno tendrá sus bordes cortantes. El procedimiento consiste en ir comprimiendo o hincando el molde contra la superficie del terreno y al mismo tiempo retirando el suelo de alrededor del molde, hasta que la muestra de suelo entre en el collarín superior por lo menos 25 mm., cuidando reducir al mínimo las perturbaciones de la muestra. Finalmente, se retira el molde realizando un movimiento como cortando el suelo, se retira el collarín superior, se enrasan ambas caras de la muestra y se les vierte parafina sólida derretida con el fin de evitar pérdidas de humedad en el traslado al laboratorio. El peso unitario y la humedad deberán ser determinados por medio del ensayo de densidad in situ, eligiendo un lugar próximo a aquel desde donde se obtuvieron las muestras. Método CBR in situ. Es un método adecuado para determinar la capacidad de soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la estructura que soportará. Debería realizarse cuando se presenten materiales dudosos y en movimientos de tierra importantes. La fase de penetración de este ensayo es similar a la descrita en las muestras inalteradas. Se determinar primero la densidad in situ del material, el cual puede ser usado bajo cualquiera de las siguientes condiciones:  cuando in situ la densidad y el contenido de agua son tal que el grado de saturación es de un 80% o superior,  cuando el material es de granos gruesos y su cohesión es tal que no se vea afectado por cambios en la humedad  cuando el material ha estado en el lugar por varios años. En estos casos La humedad no es constante pero fluctúa dentro de rangos estrechos y el ensayo CBR in situ se considera como un indicador satisfactorio de la capacidad de soporte del suelo. Por lo general se elige un lugar donde no haya piedras mayores a 3/4", deberá removerse el material suelto y nivelar la superficie, luego se coloca un sistema de reacción montando un gato, con anillo dinamométrico y pistón, en forma vertical, aplicando la reacción con un vehículo cargado u otro sistema.

La penetración se realiza en forma similar al ensayo tradicional y el ensayo se repite en otros dos puntos escogidos con anterioridad.

3. Investigar sobre las diferentes correlaciones entre el CBR y el SPT La correlación indica la fuerza y la dirección de una relación lineal entre dos variables aleatorias. Se considera que dos variables cuantitativas están correlacionadas cuando los valores de una de ellas varían sistemáticamente con respecto a los valores de la otra. Existen diversos coeficientes que miden el grado de correlación, adaptados a la naturaleza de los datos. Cuando no es posible ejecutar el ensayo del CBR sobre muestras recompactadas, se puede realizar su estimación a partir de otras técnicas convencionales de reconocimiento geotécnico como lo es el ensayo SPT, de penetración dinámica estándar. Para establecer dicha correlación entre los ensayos, se utilizó el método de la regresión, que consiste en las distribuciones bidimensionales que siguen una dependencia estadística, se utilizan graficas de puntos para representar sus tendencias. El ensayo de penetración estándar (SPT), desarrollado por Terzaghi es el ensayo in situ más utilizado debido a su bajo costo y es utilizado para obtener información geotécnica del subsuelo. Constituye el ensayo o prueba más utilizada en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara que permite tomar una

muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre. El ensayo CBR mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base de pavimentos. Se efectúa bajo condiciones controladas de humedad y densidad. En Colombia los ensayos de campo como el SPT son ampliamente utilizados por los diseñadores geotécnicos para obtener de primera mano datos aproximados de los parámetros geo mecánicos de los suelos. Sin embargo, se conoce poco acerca del desarrollado y correlaciones de este tipo de ensayos in situ, o no han sido registrados ampliamente en la literatura, razón por la cual no se encuentran evidencias de correlaciones entre el ensayo de CBR de campo en condiciones normales y el ensayo de resistencia a la penetración estándar SPT 4.Investigar los diferentes tipos de suelos especiales; hay que tener en cuenta para el diseño de pavimentos, explicar cada uno de estos y describir formar de estabilizarlos. El desempeño de terraplenes destinados a obras de pavimento en carreteras depende del comportamiento de los materiales empleados en las diferentes capas estructurales del pavimento, las limitaciones económicas imponen la utilización del suelo superficial disponible como materia prima fundamental en la construcción. La mejora de este suelo mediante compactación y la incorporación de material granular o estabilizador constituye una estrategia indispensable para lograr materiales adecuados a las necesidades. Un objetivo primordial es darle al suelo natural la suficiente resistencia al desgaste y al esfuerzo cortante para resistir las cargas del tránsito bajo cualquier condición climática, sin que se produzcan deformaciones perjudiciales. La construcción de sub-bases y bases de carreteras o pistas de aeronaves requiere un conocimiento geotécnico detallado de los materiales involucrados. En general, se utilizan principalmente materiales disponibles en el sector de emplazamiento de la obra, sobre los que se aplican técnicas de mejoramiento

de suelos con el objetivo de mejorar su comportamiento y disminuir los espesores de diseño en cada una de las capas que forman el pavimento Objetivos de la estabilización de suelos:     

Controlar expansión Reducir plasticidad Incrementar la compresibilidad Disminuir la permeabilidad Disminuir la erosionabilidad

Estabilización de suelos        

Suelo-cemento Suelo-cal Suelo cenizas Cal-cemento Suelo-aceites de petróleo Suelo- asfalto Suelo- resinas naturales Suelo-polímeros

Aditivos  Cemento: suelos granulares con algo de finos. No utilizar en suelos muy orgánicos, no es suficiente en arcillas muy plásticas, ideal para suelos con 5 a 3.5% de finos.  Cal: suelos arcillosos  Cenizas + cal: suelos granulares  Asfalto: suelos granulares, arenosos y limosos

5. Ejercicio: Calcular el número de ejes equivalentes diarios acumulados de 8.2 ton. ; Para un periodo de diseño de 10 años considerando lo siguiente. TPD total mixtos= 1500 Año base 2019 Composición vehicular= Factor direccional= 100% Factor distribución carril= 100% Factores daño INVIAS factores daño invias TIPO DE VEICULOS FACTOR DE EQUIVALENCIA Buses BUS 1 C2P C2P 1.14 C2G C2G 3.44 C3 Y C4 C5 >C5

C3 C4 C3 S2 >C5

3.76 6.73 4.4 4.72

Considere una rata de crecimiento anual porcentual igual para cada vehículo, de acuerdo al último dígito de su código, por ejemplo d7300483 Rata de crecimiento anual 3% TPD PORCENTAJE

AÑO

AUTOS

BUSES

2019

0.65

0.08

C2P 0.09

C2G 0.10

CAMIONES C3 C4 0.03 0.01

DATOS GENERALES CODIGO CRECIMIENTO ANUAL FD FDC AÑO

d7303316 6%

1 1 365

C5 0.01

>C5 0.04

TOTAL MIXTOS 1500.00

AÑO

AUTOS

BUSES

2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

969.00 1027.14 1088.77 1154.09 1223.34 1296.74 1374.55 1457.02 1544.44 1637.11

114.00 120.84 128.09 135.78 143.92 152.56 161.71 171.41 181.70 192.60

C2P 132.00 139.92 148.32 157.21 166.65 176.65 187.24 198.48 210.39 223.01

C2G 150.00 159.00 168.54 178.65 189.37 200.73 212.78 225.54 239.08 253.42

TPD CAMIONES C3 C4 37.50 15.00 39.75 15.90 42.14 16.85 44.66 17.87 47.34 18.94 50.18 20.07 53.19 21.28 56.39 22.55 59.77 23.91 63.36 25.34

C5 21.00 22.26 23.60 25.01 26.51 28.10 29.79 31.58 33.47 35.48

>C5 61.50 65.19 69.10 73.25 77.64 82.30 87.24 92.47 98.02 103.90

TOTAL MIXTOS 1500.00 1590.00 1685.40 1786.52 1893.72 2007.34 2127.78 2255.45 2390.77 2534.22

REPETICIONES ANUALES CON FACTOR DAÑO INVIAS AÑO

BUSES

CAMIONES C2P

C2G

C3

C4

C5

>C5

TOTAL MIXTOS

ACUMULADO TOTAL

2019

41610.00 54925.20

188340.00

51465.00 36846.75 33726.00

105952.20

512865.15

512865.15

2020

44106.60 58220.71

199640.40

54552.90 39057.56 35749.56

112309.33

543637.06

1056502.21

2021

46753.00 61713.95

211618.82

57826.07 41401.01 37894.53

119047.89

576255.28

1632757.49

2022

49558.18 65416.79

224315.95

61295.64 43885.07 40168.21

126190.77

610830.60

2243588.09

2023

52531.67 69341.80

237774.91

64973.38 46518.17 42578.30

133762.21

647480.44

2891068.53

2024

55683.57 73502.31

252041.41

68871.78 49309.26 45133.00

141787.94

686329.26

3577397.79

2025

59024.58 77912.45

267163.89

73004.09 52267.82 47840.98

150295.22

727509.02

4304906.81

2026

62566.06 82587.19

283193.72

77384.33 55403.89 50711.43

159312.93

771159.56

5076066.36

2027

66320.02 87542.42

300185.35

82027.39 58728.12 53754.12

168871.71

817429.13

5893495.50

2028

70299.22 92794.97

318196.47

86949.03 62251.81 56979.37

179004.01

866474.88

6759970.38

6. De acuerdo con la formulación de IVANOV, estimar el módulo resiliente equivalente de la subrasante, a partir de la siguiente informació CBR material mejoramient10% Radio de carga 15 cm Espesor material granular 30 cm CBR subrasante: Use su último dígito de código para obtener el valor acorde a: 2.#%Por ejemplo: d7300483 CBR= 2.3%Use una correlación de 100 * CBR para obtener el módulo (kg/cm²) en cada material E(kg/cm²)=100*CBR

E INFERIOR E SUPERIOR

CBR SUBRASANTE 2.6

h1 (cm) 30

h1/2a 1

MATERIAL MEJORAMIENTO 10

tan^-1(n*(h/2a)) 1.0423

kg/cm^2

kg/cm^2

260

1000

1-(1/n^3.5) 0.848

2/pi 0.637

n

n^3.5

1.713

6.5923

Eeq CBR 595.072 5.95072

595.07152

Bibliografía

Duravia. Estructura del pavimento. Recuperado de http://www.duravia.com.pe/hello-world/ Scribd. D Chávez. 2016. Subrasate-Dedinicion. Recuperado de https://es.scribd.com/doc/316234875/SUBRASANTE-DEFINICION Universidad católica de Valparaíso. Determinación de la capacidad portante CRB del suelo. Recuperado de https://dfngw79elwra.cloudfront.net/v2-icc-pucvcl/geotecnia/11_nuestro_laboratorio/laboratorio/cbr/index.html Mi cuaderno. Correlación CBR-SPT. Recuperado de http://cuadernoedovago.blogspot.com/2012/08/correlacion-cbr-spt.html Erosion.com.co J Suarez. Seminario rellenos Estabilización de suelos. Recuperado de http://www.erosion.com.co/obras-de-tierra/66-estabilizacion-de-suelos.html J. Puentes. 2018. Correlación entre los resultados obtenidos del ensayo de CBR de campo y el ensayo de resistencia a la penetración estándar SPT en condiciones normales, en suelos cohesivos localidad de suba ciudad de Bogotá. Recuperado de http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/14118/1/PuentesMoralesJairoSadoc2018.pdf