ESCUELA ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CURSO: PAVIMENTOS TEMA: “SUELOS DE FUNDACION” I. INTRODUCCIÓN: 1) El suelo es la estructura de soporte de la estructura del pavimento y representa uno de los problemas más complejos de modelar y predecir su comportamiento, debido a que es afectado por muchos factores. 2) Proporciona una parte sustancial de la capacidad general del sistema estructural del pavimento, sobre todo en los pavimentos flexibles. 1 I. INTRODUCCIÓN: 3) Los esfuerzos generados por las cargas de tráfico son mayores en las capas superiores y disminuye con la profundidad. Las capas superiores son de mayor calidad y de mayor costo y los de menor calidad y menor costo se utilizan para las capas mas profundas de la estructura. 4) Los suelos de fundación pueden ser naturales o transportados (rellenos) • Para Diseño de Pavimentos, se requiere: 1.- Conocer las propiedades de los suelos que servirán como suelos de fundación y sub rasante, pudiendo ser naturales o artificiales (corte o relleno). CORTE RELLENO RELLENO 2 • PASOS PARA ESTABLECER EL VALOR DE RESISTENCIA REPRESENTATIVO DEL TRAMO HOMOGÉNEO 1.- Investigar suelo de fundación. 2.- Ensayos de campo y laboratorio. 3.- Determinación de MR (Modulo Resilente) directa o indirectamente. 4.- Establecimiento de tramos homogéneos. 5.- Cálculo del MR, considerando la estratigrafía, rellenos y mejoramientos. 6.- Considerar efecto ambiental. • PROPIEDADES DEL MATERIAL PAVIMENTO DE DISEÑO: • Propiedades físicas: DE INTERÉS EN EL • Granulometría • Límites de consistencia • Densidad • Contenido de agua • Módulo Resilente • Propiedades de Rigidez • Módulo de elasticidad • Coeficiente de Balasto • CBR 3 • Coeficientes de drenaje • Propiedades hidráulicas y térmicas: • Permeabilidad • Coeficiente de expansión térmica. • Propiedades relacionadas con la deformabilidad: • Módulo de elasticidad • Coeficiente de compresibilidad II. INVESTIGACIÓN DE CAMPO: La exploración de campo debe guiarse por las normas del MTC, y en su ausencia las normas AASHTO o ASTM. • Métodos de investigación de campo: a) b) c) d) Teledetección Investigación geofísica Investigación in situ Perforación y muestreo 4 II. INVESTIGACIÓN DE CAMPO: a) Teledetección: Se obtiene a través de imágenes de satélites y aviones. Se usa para identificar las condiciones del terreno, formaciones geológicas, taludes y topografía, lechos de ríos, condiciones de acceso al sitio y el suelo en general. Se pueden obtener datos de teledetección de los satélites como LANDSAT o fotogrametrías aéreas del Servicio Aerofotográfico del Perú o de empresas especializadas. De ser posible es recomendable comparar fotos antiguas para identificar cambios en el relieve o la existencia de antiguos cauces o incluso trazos previos. II. INVESTIGACIÓN DE CAMPO: b) Investigaciones geofísicas: pueden ser utilizados para complementar datos obtenidos en las perforaciones o excavaciones e interpolarlos. No se pueden tomar muestras y es necesaria la utilización de modelos para la interpretación de los resultados que involucran un cierto nivel de subjetividad. Los más usados son: • Prueba de Deflexión por impacto • Viga Benkelman (deflexión del pavimento bajo una carga lenta) • GPR (Georadar): determinación del espesor de las capas del pavimento existente – para rehabilitación y reconstrucción). Puede establecer la profundidad del lecho rocoso. Emite impulsos cortos de alta frecuencia de ondas electromagnéticas. En depósitos de arena se pueden alcanzar profundidades de hasta 20 metros, en arcillas de 1 a 3 metros; las exploraciones debajo del nivel freático son difíciles o casi imposibles. 5 c) Pruebas in situ: Complementarios a perforaciones y resultados geofísicos, comprenden: • Ensayo de penetración con y sin toma de muestras • Medición de deflexiones • Ensayos de carga Permite obtener directamente la respuesta de los componentes del pavimento en diferentes situaciones de carga y condiciones de drenaje. Para diseño de pavimentos , las pruebas in situ se utilizan para: • Determinar variabilidad de la sub rasante. • Regiones que requieren muestreo. • Identificación de roca y aguas subterráneas. • Con correlaciones proporcionan estimaciones de valores de diseño. 6 Ensayos más relevantes para investigación en campo: a) b) c) d) e) f) g) h) i) Ensayo de penetración dinámica de cono (DCP y PDL) Ensayo de penetración estándar (SPT) Penetrómetro (CPT), Sist. Mecánico y Electrónicos CBR in situ Ensayo de Carga directa sobre placa Deflectometro de impacto Viga Benkelman Deflectometro de impacto ligero Densidad de campo Excavación y muestreo: Excavadas de forma manual o con maquinaria Proceso que requiere mucho cuidado Requiere documentar proceso de excavación y suelos encontrados. a) Profundidad de investigación b) Espaciamiento de perforaciones c) Muestreo 7 23/04/2015 8 23/04/2015 II. INVESTIGACIÓN DE LABORATORIO: La exploración de campo debe guiarse por las normas del MTC, y en su ausencia las normas AASHTO o ASTM. • ENSAYOS DE LABORATORIO PARA LA SUB RASANTE: a) b) c) d) Contenido de humedad Análisis Granulométrico Gravedad especifica de los solidos Limite Liquido, Limite Plástico e IP e) f) g) h) i) j) Clasificación de suelos Ensayo de relación esfuerzo densidad proctor modificado(Ensayo de compactación) Ensayo razón de soporte California CBR Módulo Resilente Módulo de Poison Otros ensayos a) Contenido de Humedad (W) -MTC EM 108: W= Ww x 100 Ws b) Análisis Granulométrico -MTC EM 107: Se logra en dos pasos: 1.- Análisis granulométrico por tamices, por tamaño de partículas retenidas en malla N° 200. 2.- Proceso de sedimentación (Hidrómetro) W: Contenido de humedad del suelo (%) Ww : Peso del agua en muestra de suelo Ws: Peso del suelo secado en el horno 9 23/04/2015 c) Gravedad especifica - MTC EM 113 2000: W= Ww x 100 Ws W: Contenido de humedad del suelo (%) Ww : Peso del agua en muestra de suelo Ws: Peso del suelo secado en el horno d) Limites de consistencia - MTC EM 110 y 111: Los Límites de Atterberg establecen cuan sensible es el comportamiento de un sueloen relación con su contenido de humedad (agua). Limite Liquido (LL) Limite Plástico (LP) Índice Plástico (IP) IP= LL - LP e) Clasificación de suelos: 10 23/04/2015 e) Clasificación de suelos: 11 23/04/2015 f) Proctor modificado (Ensayo de Compactación): • Procedimiento básico de la construcción, que comprende a sub rasante y base de tramos que soportaran diverso tráfico. • Compactación es el proceso de incrementar la cantidad de solidos por unidad de volumen de suelo con técnicas mecánicas. • La compactación es cuantificada en términos de densidad del suelo (peso unitario seco). • Para un determinada energía de compactación existe un contenido de humedad particular, en el cual la densidad seca es mayor y compactación es mejor, este contenido de humedad es el contenido óptimo de humedad, y la densidad seca asociada es llamada máxima densidad seca. 12 23/04/2015 25 30 Curva cero de vacío de aire 15 20 Max. Unidad de peso seco S= 100% 80% 70% 10 Contendido de humedad optimo 5 0 Unidad de peso seco yd (KN/m3) EJEMPLO DE RESULTADO DEL ENSAYO DE DENSIDAD HUMEDAD PROCTOR MODIFICADO 0 5 10 15 20 25 30 Contenido de Humedad W (%) g) CBR: • Medida indirecta de resistencia del suelo a la penetración, ensayo simple para obtener resistencia del suelo de la subrasante, subbase y base. • Aplicado directamente para diseño de pavimentos con Métodos empíricos, y a través de correlaciones para método empíricos Mecanisticos. 13 23/04/2015 CLASIFICACIÓN UNIFICADA (SUCS) GW GP GM GC SW SP SM SC ML CL OL MH CH OH h) Modulo C.B.R en campo 60-80 35-60 40-80 20-40 20-40 15-25 20-40 10-20 5-15 5-15 4-8 4-8 3-5 3-5 Resilente: • Modulo de elasticidad de los materiales no consolidados se caracterizan comúnmente como Modulo Resilente. • Medida mas importante del material sin consolidar, utilizada en la mayoría de procedimientos de diseño actuales. 14 23/04/2015 15
