3 Cap 3.2 3.2.1 CBR MR K pav 2015 [Modo de compatibilidad].pdf

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3.2 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

3.2.1 Capacidad de soporte de los materiales para pavimentos


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3.2.1.1 El ensayo CBR (California Bearing Ratio)

Es uno de los ensayos empíricos masutilizados para caracterizar elcimiento, y las capas granulares delpavimento. Fue desarrollado por ladivisión de carreteras del Estado de

California (USA).


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Proctor Modificado - Materiales

Proctor Modificado - Compactación


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PENETRACIÓN CARGA UNITARIAPATRON

mm Pulgadas MPa kg/cm2 Psi

2,54 0,1 6,90 70 10005,08 0,2 10,30 105 1500

7,62 0,3 13,10 133 1900

10,16 0,4 15,80 162 2300

12,70 0,5 17,90 183 2600Prensa CBRCargas Patrón para CBR

El ensayo CBR consiste en determinar la

carga que hay que aplicar a un pistón circularde 19,35cm2 (1,95 pulg de diámetro) paraintroducirlo en una muestra de suelo a unavelocidad de 1,27mm por minuto, hastaobtener una penetración de 2,54mm (0,1

pulg).

El índice CBR se define como “la relaciónexpresada en % entre la carga asídeterminada y la que se obtiene por el mismo

procedimiento para una muestra patrón”.


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Para efectuar el ensayo se compactan 3 testigos adiferentes energías de compactación (56, 25 y 12 golpes).

Antes del ensayo de penetración se coloca sobre las tres muestras unasobrecarga anular, aproximadamente equivalente al espesor del pavimento quese espera obtener. Dibujada la curva del ensayo carga-penetración, seestablece de ella la carga correspondiente a una penetración determinada. Si lacurva presenta un punto de inflexión, este se elimina corrigiendo el origen.


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Gráfico de CBR

El ensayo se realiza sobre muestras remoldeadas (alteradas) o sobre elterreno (CBR in situ).

La resistencia de un suelo dado, depende de dos factores: densidad yhumedad. La densidad de la muestra deberá ser la que se espera obtenercon el medio de compactación que se emplee. Para prever las peorescondiciones de resistencia, que generalmente coinciden con el óptimocontenido de humedad, puede sumergirse la muestra durante 4 días en agua,después de compactada y haber colocado una sobrecarga equivalente alpeso del pavimento.


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COMPORTAMIENTODE SUELO

BUENO REGULAR MALO

CBR (%) > 40 20 - 30 3 - 15

Las muestras compactadas que contienen materiales finos, durante lasaturación absorven agua produciendo el hinchamiento o expansión de lamasaEl índice de CBR, o solamente CBR, se emplea en el diseño de lospavimentos, de dos formas:

•Como valor soporte del suelo como cimiento, y•Como valor soporte (estructural) de las capas granulares queconforman el pavimento.

De un mismo ensayo de CBR se puede obtener diferente información enfunción a la densidad seca de donde se obtenga el valor soporte; es deciral 100% de MDS o al 95% de MDS.La interpretación de los ensayos CBR, es decir el valor que se debeasumir (al 100% o al 95%) está en función al empleo que se va a dar almaterial. Si es el material de cimiento el valor CBR a tomar es al 95% de la

MDS; mientras que si es para una Subbase o Base granular es al 100% desu MDS.


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3.2.1.2 El ensayo de Módulo de Resilencia (MR)

Los materiales que idealizamospara su estudio los consideramoselásticos, isótropos yhomogeneos; sin embargo esa no

es la realidad. Realmente ante laaplicación de las cargas deltráfico en un suelo, sucomportamiento va a dependerde sus características físicas,

humedad y estado dedensificación.


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3.2.1.2 El ensayo de Módulo deResilencia (MR)

Las cargas que los vehículos aplican a unpavimento no son permanentes, por el

contrario, son dinámicos con periodoscortos de aplicación y descarga. Estoimplica que el comportamiento esfuerzodeformación de un suelo sea de dos tipos:resiliente y plástico

Las deformaciones resilientes o elásticasson de recuperación instantánea; mientrasque las plásticas son aquellas que

permanecen en el pavimento después decesar la causa deformadora (cargas).

La simulación de estas condiciones seefectúan con ensayos triaxiales dinámicos,

y su ejecución está normada segúnAASHTO T 294.


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Donde:

σ1 = Esfuerzo principal mayor

σ3 = Esfuerzo principal menor σd = Esfuerzo desviador

εaxial = Deformación recuperable

El Módulo Resilente (MR)es definido como lamagnitud de esfuerzodesviador repetido en

compresión triaxial, divididoentre la deformación axialrecuperable:


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Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitates Pavement

Structures, NCHRP Design Guide 2001:

MR = 2555 x CBR 0.64

FHWA-PL-98-029 :Mr = 4326 x ln CBR + 241

3.2.1.3 Equivalencia entre CBR y Módulo de Resilencia

Debido a la carencia de equipos, y falta de experiencia en la ejecución deestos ensayos especiales, para definir los Módulos de Resilencia nosbasamos en la ejecución de ensayos CBR, para luego correlacionarlosmediante Abacos o fórmulas. Entre las mas conocidas están:


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Desarrollada en Sudáfrica:

Mr (psi)= 3000 x CBR0.65

CBR de 7 a 20%

FHWA-PL-98-029 :Mr = 4326 x ln CBR + 241

Según AASHTO Manual de Diseño de Pavimentos:Mr = 1500 x CBR para CBR


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3.2.1.4 Módulo de Reacción o Módulo de Balasto

y

pk s =

y= 0,05pulg

Área= 1pie2

El Módulo de Reacción o Módulo de Balasto (k) es la relación entre lapresión (p) capaz de producir el asentamiento (y) de 0,05pulg de una placarígida en el suelo.


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• Suelos arcillosos

TIPO DE ARCILLA qu (kg/cm2) ks(1) kg/cm

3

Arcillas consistentes 2 3,2

Arcillas muy consistentes 4 6,4

Arcillas duras > 4 > 6,4

La expresión original es la siguiente:

) / (645,1) / ( 23

30 cmkgqcmkgk u=

Terzaghi, para el estudio de cimentaciones hizo dos propuestas, unapara suelos arcillosos y otra para suelos arenosos, indicando en cadacaso, el valor ks(1) a utilizar con una placa cuadrada de lado igual a 1 pie,para pasar luego a placas cuadradas de lado “b” y a cimentacionesrectangulares de dimensiones bxl. K

s(1)

se suele reemplazar por k30

, porlas unidades en el sistema métrico.


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Se puede calcular el asentamiento con la siguiente expresión:

ub q

b p

k

ps

.50

.==

Para secciones rectangulares:

).2

1()(

1). / .(.3

100) / ( 23

l

b

mbmt qmt k ubl +=

)(

) / (.50) / (

2

3

mb

mt qmt k ub =

También:


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• Suelos arenosos

TIPO DE ARENA ks(1) kg/cm3

Arena floja 1,28Arena media 4,15Arena densa 15,97

2

30 ))(.2

)(3,0)((

mb

mmbk k b

+=

Según Terzaghi:


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• Equivalencia entre CBR y k

7788.0)

26

1500(

xCBRk =

Según la FAA – Federal Aviation Administration:

k (pci) (lib/pulg3)

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