Subrasante

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La subrasante es una capa fundamental en la estructura de una obra vial la misma que esta encargada de soportar los esfuerzos necesarios para el trafico en la obra a realizarse, mas informacion del mismo se puede obtener en www.ingenieracivil.blogspot.com

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Subrasante

  1. 1. Módulo 2-3 CARACTERISTICAS DE LA SUBRASANTE
  2. 2. Propiedades de la Subrasante <ul><li>Propiedades fisicas </li></ul><ul><li>Granulometría </li></ul><ul><li>Clasificación de suelos </li></ul><ul><li>Relaciones humedad-densidad </li></ul><ul><li>Propiedades ingenieriles </li></ul><ul><li>Módulo resiliente </li></ul><ul><li>Módulo de Poisson </li></ul><ul><li>Valor de soporte del suelo </li></ul><ul><li>Módulo de reacción de la subrasante (k) </li></ul>
  3. 3. Propiedades Físicas <ul><li>Propiedades iniciales de los suelos </li></ul><ul><li>Clasificación de los suelos </li></ul><ul><li>Relación humedad-densidad (proctor) </li></ul><ul><ul><li>Propiedad vital para el desempeño </li></ul></ul><ul><ul><li>Humedad Optima - Densidad Max </li></ul></ul>
  4. 4. Clasificación de Suelos AASHTO <ul><li>Distribución granulométrica </li></ul><ul><li>Características de plasticidad </li></ul><ul><li>Otros sistemas: FAA; Sistema Unificado </li></ul>
  5. 5. Ensayos de Resistencia Tradicionales <ul><li>Miden la respuesta de la subrasante para soportar cargas. </li></ul><ul><li>CBR Relación Soporte de California </li></ul><ul><li>Valor de resistencia HVEEM Valor - R </li></ul><ul><li>Módulo de reacción de la subrasante (k) </li></ul><ul><li>Ensayo de compresión triaxial </li></ul><ul><li>Penetrómetro dinámico de cono </li></ul>
  6. 6. C B R <ul><li>Mide la resistencia del suelo a la penetración </li></ul><ul><li>Se compara carga vs. penetración con la resistencia a la penetración de una grava estandarizada bien graduada (valor 100) </li></ul><ul><li>Las muestras son sumergidas (96 hrs) para simular condiciones de saturación </li></ul>
  7. 7. Valor Resistente HVEEM <ul><li>Estabilómetro HVEEM, compresión total </li></ul><ul><li>Evalúa la habilidad relativa del suelo para soportar cargas </li></ul><ul><li>Provee un indicador de resistencia horizontal ante las cargas verticales </li></ul><ul><li>No es una propiedad fundamental de los suelos </li></ul>
  8. 8. Módulo de Reacción de la Subrasante <ul><li>Ensayo de placa: medición en sitio de las deformaciones con una serie de placas (76.2cm para pav. rigido), cargadas (69kPa) a una cierta velocidad, (0.05mm/min) y se miden las deformaciones. </li></ul><ul><li>Depende del tamaño de la placa (30”) </li></ul><ul><li>k = p </li></ul><ul><li> </li></ul>
  9. 10. Ensayo de Compresión Triaxial <ul><li>Evalúa la resistencia al corte del suelo </li></ul><ul><li>Ensayo de varias muestras bajo diferentes presiones de confinamiento </li></ul><ul><li>Curvas tensión-deformación </li></ul><ul><li>Envolvente de rotura de Mohr, permite determinar cohesión y ángulo de fricción interna. </li></ul>
  10. 11. Penetrómetro Dinámico de Cono <ul><li>Tiene el objeto de medir in-situ tensiones de los materiales de pavimentación y suelos de la subrasante </li></ul><ul><li>Correlacionado con el CBR, permite una estimación rápida del mismo, cono 60°: </li></ul><ul><li>CBR = 405.3 </li></ul><ul><li> PR 1.259 </li></ul>
  11. 12. 1000 mm (variable) Penetrómetro dinámico de cono 574 mm Soporte Martillo 78 N Cono Guía de acero (16 mm Angulo cono 60 o 20 mm
  12. 13. PDC Automático Computarizado
  13. 14. Correlaciones Penetrómetro dinámico de cono CBR = 405.3 PR 1.259 Log CBR = 2.2 – 0.71 (log DCPI) 1.5 Log (CBR) = 2.4 – 1.2 (log DCPI) PR = DCPI = mm/golpe 20 mm
  14. 15. Otras 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 ” 20 mm
  15. 16. Penetrómetro Dinámico de Cono Automático en Operación
  16. 17. Módulo Resiliente <ul><li>Rigidez Dinámica bajo cargas repetidas (varios miles de ciclos) </li></ul><ul><li>Deformación Permanente se registra para análisis pero la probeta no falla </li></ul><ul><li>AASHTO TP 46-94 (SHRP – P 46) </li></ul><ul><li>La forma más realista para caracterizar las cargas de rueda en movimiento </li></ul>
  17. 18. Respuesta Ante Carga Dinámica Subrasante Base Asfalto Carga de rueda móvil
  18. 19. Elemento Bajo Carga <ul><li>c </li></ul><ul><li>v = </li></ul><ul><li>c </li></ul><ul><li>c + </li></ul><ul><li>d </li></ul><ul><li>c </li></ul><ul><li>c = confinamiento </li></ul><ul><li>d = desviador </li></ul><ul><li>v = vertical </li></ul>
  19. 20. Respuesta típica de una probeta ante un pulso de carga Deformación de la probeta en el tiempo Esfuerzo Desviador Total Plastico Resiliente R P R E R = D
  20. 21. Determinación del Módulo Resiliente <ul><li>Ensayo AASHTO T 294-921 Ahora TP-46 94 </li></ul><ul><ul><li>Muestras con contenidos de humedad variables en función de las condiciones a lo largo del año </li></ul></ul><ul><ul><li>Dato de diseño para el método AASHTO </li></ul></ul><ul><li>Estimación mediante varios procedimientos: </li></ul><ul><ul><li>Cálculo mediante deflectómetro de impacto </li></ul></ul><ul><ul><li>Propiedades de los suelos </li></ul></ul><ul><ul><li>Resistencia a la compresión no confinada </li></ul></ul><ul><ul><li>CBR - DCP </li></ul></ul>
  21. 22. Módulo resiliente de materiales granulares no adheridos para base/subbase <ul><li>Procedimientos (2) para preparar y ensayar materiales y suelos que representen estados de tensión debajo de pavimentos de asfalto y hormigón, sujetos a cargas móviles. </li></ul><ul><li>Tensión dinámica de desviación (0.1 seg). </li></ul><ul><li>Duración de ciclo (1.0 seg). </li></ul><ul><li>Presión estática de confinamiento. </li></ul><ul><li>Mr = Tensión de desviación/Deformación Resiliente . </li></ul>
  22. 23. AASHTO T 294-921 Módulo resiliente de materiales granulares no adheridos para base/subbase <ul><li>Secuencia de ensayo </li></ul><ul><li>Tipo 1 - Materiales granulares </li></ul><ul><li>Presión de confinamiento = 21 a 138 kPa </li></ul><ul><li>Tensión de desviación = 21 a 276 kPa </li></ul><ul><li>Tipo 2 - Suelos finos </li></ul><ul><li>Tensión de confinamiento = 0 a 41 kPa </li></ul><ul><li>Tensión de desviación = 14 a 69 kPa </li></ul><ul><li>Gráficos </li></ul><ul><li>Tipo 1 - Mr vs Tensión global </li></ul><ul><li>Tipo 2 - Mr vs Tensión de desviación </li></ul>
  23. 24. Suelos Finamente Graduados <ul><li>M R = K 1 (  D ) K 2 </li></ul><ul><li>M R = Módulo resiliente </li></ul><ul><li> D = Tensión de desviación </li></ul><ul><li>K i = Constantes de los materiales </li></ul>
  24. 25. Estimación de M R <ul><li>A una tensión de desviación = 41 kPa (6psi) </li></ul><ul><ul><li>M R = 27.06 - 0.526(w) Densidad seca < 1600 kg/m3 </li></ul></ul><ul><ul><li>M R = 18.18 - 0.404(w) Densidad seca > 1600 kg/m3 </li></ul></ul><ul><ul><li>W= porcentaje de humedad en volumen </li></ul></ul><ul><ul><li>AASHTO - 93, tabla en función del clima de la zona, considerando el efecto de ciclos de congelamiento. </li></ul></ul>
  25. 26. Suelos con Granulometría Gruesa <ul><li>M R = K 1 ( ) K 2 </li></ul><ul><li>M R = Módulo resiliente </li></ul><ul><li>= Tensión de desviación. </li></ul><ul><li>K i = Constantes de los materiales </li></ul><ul><li>d </li></ul><ul><li>d </li></ul>
  26. 27. Influencia de las Propiedades de los Suelos <ul><li>Humedad: Mr se reduce si la humedad se incrementa. </li></ul><ul><li>Densidad: Mr se incrementa si el % de compactacion se incrementa. </li></ul><ul><li>Medio ambiente (hielo-deshielo) Mr se reduce fuertemente ante ciclos hielo - deshielo. </li></ul><ul><li>Deformaciones permanentes que se producen por condiciones adversas afectan al Mr. </li></ul>
  27. 28. Correlación Entre M R y CBR <ul><li>M R (psi) = 1,500 * CBR (suelos finos) </li></ul><ul><li> (CBR < 10) </li></ul><ul><li>M R (psi) = 4326 * ln (CBR) + 241 (granulares) </li></ul><ul><li>En el AASHTO Road Test </li></ul><ul><li>M R (kPa) = 21,000; (3,000 psi) </li></ul><ul><li>CBR = 3 </li></ul><ul><li>Factor de ajuste = 7000 kPa (1000 psi) </li></ul><ul><li>El CBR debe corresponder a la densidad esperada en sitio </li></ul>
  28. 29. Correlación Entre M R y CBR <ul><li>M R (MPa) = 17.6 * CBR 0.64 (CBR < 12) </li></ul><ul><li>M R (MPa) = 22.1 * CBR 0.55 (12< CBR < 80) </li></ul><ul><li>Fórmulas utilizadas en Chile </li></ul>
  29. 30. Módulo Resiliente Efectivo del Suelo <ul><li>Determinación del Módulo Resiliente Estacional </li></ul><ul><li>Ensayos de laboratorio; Retrocálculo - Deflectómetro en pav. existentes, calibrar; Estimación a partir de propiedades conocidas del suelo (deshielo 10-20%) </li></ul><ul><li>Dividir el año en intervalos cortos de tiempo (15d) </li></ul><ul><li>Determinar el daño relativo para cada módulo estacional </li></ul><ul><li>Encontrar el daño relativo promedio, Abaco ó: </li></ul><ul><li>uf = 1.18*10 8 *Mr -2.32 (PSI) ERROR EN APUNTES PAGINA 70 FALTA EL MENOS ABACO </li></ul><ul><li>Estimar el módulo resiliente efectivo, como el valor correspondiente al daño promedio uf (abaco o despejar de la fórmula) </li></ul>
  30. 31. 30 20 10 5 1 0.005 0.01 0.05 0.10 0.50 1.0 5.0 10.0 Móduo resiliente del suelo, 1000 psi Daño relativo Promedio: 12 = ¿? M R efectivo= ¿? Mes M , psi u Enero 20,000 0.01 Febrero 20,000 0.01 Marzo 2,500 1.51 Abril 4,000 0.51 Mayo 4,000 0.51 Junio 7,000 0.13 Julio 7,000 0.13 Agosto 7,000 0.13 Septiembre 7,000 0.13 Octubre 7,000 0.13 Noviembre 4,000 0.51 Deciembre 20,000 0.01 3.72 R f
  31. 32. 30 20 10 5 1 0.005 0.01 0.05 0.10 0.50 1.0 5.0 10.0 Móduo resiliente del suelo, 1000 psi Daño relativo Promedio: 3.726 12 = 0.31 M R efectivo = 5,000 (34 MPa) Mes M , psi u Enero 20,000 0.012 Febrero 20,000 0.012 Marzo 2,500 1.51 Abril 4,000 0.51 Mayo 4,000 0.51 Junio 7,000 0.13 Julio 7,000 0.13 Agosto 7,000 0.13 Septiembre 7,000 0.13 Octubre 7,000 0.13 Noviembre 4,000 0.51 Diciembre 20,000 0.012 3.72 R f
  32. 33. Módulo de Reacción de la Subrasante
  33. 34. Módulo de Reacción de la Subrasante <ul><li>Ejecutar el ensayo de placa ASTM en el campo (placa de 30”). </li></ul><ul><li>Estimación a partir de las propiedades del suelo o a partir de CBR o Valor - R </li></ul><ul><li>Retrocálculo a partir de ensayos de deflexión </li></ul><ul><li>Usar Penetrómetro Dinámico de Cono para estimar CBR, luego el valor k </li></ul>
  34. 35. Módulo de Reacción Efectivo de la Subrasante <ul><li>Identificar los factores claves </li></ul><ul><li>Tipo de subbase </li></ul><ul><li>Espesor de subbase </li></ul><ul><li>Pérdida de soporte </li></ul><ul><li>Profundidad del suelo firme (roca madre) </li></ul><ul><li>Espesor de losa proyectado </li></ul><ul><li>Identificar el módulo resiliente estacional del suelo </li></ul>
  35. 36. Valor K Efectivo <ul><li>Valor efectivo en la parte superior de la plataforma (considerando el aporte de base o terraplén) </li></ul><ul><li>Asignar el valor del módulo elástico estacional de la subbase, (estático elástico). </li></ul><ul><li>Estimar el valor k estacional compuesto </li></ul><ul><li>Ajustar el valor k por fundación rígida </li></ul><ul><li>Determinar el daño relativo (u r ) para cada valor k estacional </li></ul><ul><li>Encontrar el daño promedio relativo </li></ul><ul><li>Reducir el valor k por la pérdida de soporte, considerando el efecto de bombeo. </li></ul>
  36. 37. Módulo k Efectivo Ejemplo de los Apuntes <ul><li>Apuntes Pag. 72: Fijar SB; Espesor; Prof. Rígida LS </li></ul><ul><ul><li>Estimar Mr para Subrasante y Terraplén (o Base) por estación. </li></ul></ul><ul><ul><li>Estimar el valor k combinado por espesor infinito, Apuntes: fig. 4:16. AASHTO Fig. 3.3 entrar con Mr subrasante, se obtiene k corregido Fund. Rig. </li></ul></ul><ul><ul><li>Con el valor k compuesto y corregido se determina el daño relativo, con un espesor de losa tentativo, se obtienen los factores de daño (/100). Ej. 540 </li></ul></ul><ul><ul><li>Con el daño relativo promedio, se determina el valor k estacional compuesto del mismo gráfico. </li></ul></ul>
  37. 38. Pérdida de Soporte <ul><li>AASHTO-97, recomienda no considerar una reducción por pérdida de soporte, de todos modos puede hacerse en función al tipo de base (LS) y el ábaco de la fig. 4:19. </li></ul><ul><li>(AASHTO Tabla 2.7 fig. 3.6) </li></ul><ul><li>Incremento de K por presencia de base, se debe tratar con precaución y no reducir por pérdida de soporte. </li></ul>
  38. 39. Módulo de Reacción de la Subrasante <ul><li>AASHTO-97, en base a nuevas investigaciones y ensayos de carga, se demuestra que el incrementar el valor k por la presencia de una base rígida no es apropiado. El valor k efectivo representa a la subrasante corregida por la presencia del terraplén. </li></ul><ul><li>Es recomendable que el valor k de la subrasante sea usado sin ningun factor de pérdida de soporte. Las fallas observadas en el ART ya consideran la pérdida de soporte. </li></ul>
  39. 40. Factor de Pérdida de Soporte <ul><li>Para corregir los valores excesivos de k que surgen por la aplicación de los ábacos </li></ul><ul><li>Base granular tratada con cemento o asfalto: </li></ul><ul><li>0.0 a 1.0 </li></ul><ul><li>Estabilización con cal: 1.0 a 3.0 </li></ul><ul><li>Materiales Granulares: 1.0 a 3.0 </li></ul><ul><li>Suelos Finos o Subrasante Natural: 2.0 a 3.0 </li></ul>
  40. 41. Efectos de Bases Tratadas <ul><li>Proveen una plataforma de construcción. </li></ul><ul><li>El tema de la adherencia es ampliamente discutida y no existe un consenso. </li></ul><ul><li>Bases muy rígidas pueden reflejar fisuración a edades tempranas </li></ul><ul><li>Se reduce significativamente el bombeo. </li></ul><ul><li>Se incrementa el valor de soporte y con adherencia se logra un pavimento compuesto temporalmente. </li></ul>

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