ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITODEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y CONSTRUCCIÓN

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TITULO:Correlación y fundamentos de utilización del Módulo de Reacción en el

Diseño de Pavimentos Rígidos, en función de los ensayos de CBR, DCP y ensayo Dinámico de Carga, Con aplicación práctica en la vía

Salado-Lentag en el tramo de las abscisas 50+000 a la 55+000.

ANTECEDENTES

Este concepto fue introducido por Winkler, y posteriormente desarrollado, por Westergaard.

MODELO WESTERGAARD

PAVIMENTO: estructura que se construye sobre la subrasante, que sirve para distribuir las cargas

PAVIMENTO RIGIDO PAVIMENTOS FLEXIBLES

Materiales necesarios para la Elaboración de una estructura de Pavimento Rígido.

• Cemento • Agua • Materiales Pétreos. • Aditivos• Hormigón • Membrana De Curado • Acero de Refuerzo• Sellado de Juntas

CONTROL DE CALIDAD DEL HORMIGON• Norma ASTM C31: Cubre la toma

especímenes para verificar la resistencia del hormigón

• ASTM C143: Este ensayo cubre la determinación del asentamiento del hormigón

• ASTM C 1064: Este método de ensayo permite medir la temperatura de las mezclas de hormigón fresco.

DETERMINACIÓN DEL MODULO DE REACCIÓN A TRAVES DEL

ENSAYO DE CARGA CON PLACA

INTRODUCCIÓNMODULO DE REACCIÓN

se determina

ENSAYO DE PLACA

consiste

Presión que hay que ejercer para que el suelo presente la deformación dada.

ASTM D-1196 Y AASHTO T-222

se describe en

Esquema de ensayo de carga con placaFuente: (Manual de Pavimentos Cap. 4 Ing. Milton Torres)

PROCEDIMIENTO A UTILIZAR

Ensayo que se hace en el campo.No puede ser hecho a diferentes humedades y

densidades.Se toman condiciones más desfavorables de la

subrasante.

Consiste en colocar una placa sobre el suelo natural,

Aplicar una serie de cargas Medir deformaciones

ENSAYO DE PLACA DE CARGA

Permite determinar

Características resistencia-

deformación del terreno.

RESULTADO DEL ENSAYO SE PRESENTA EN UN DIAGRAMA TENSIÓN DEFORMACIÓN

Se obtienen numerosos datos:

Capacidad de carga del suelo.Determinación del módulo de reacción o coeficiente de Balasto (K).Obtención del coeficiente de suelo (E).

ENSAYO DE PLACA DE CARGA NO REPETIDA (LNV 98-86)

Equipo necesario:

DIAMETROS DE PLACAS SEGÚN EL TIPO DE SUELO O ENSAYO

PROCEDIMIENTOPREPARACIÓN DEL ÁREA DE ENSAYO

1.- Se efectúa sobre una superficie natural de subrasante

2. Se despeja el área de suelo a ensayar de cualquier material suelto

3. El área deberá ser al menos dos veces el diámetro de la placa.

4. Cuando la subrasante sea construida con materiales de relleno, deberá realizarse un terraplén o cancha de prueba de no menos de 75 cm.

6.- Con el fin de evitar pérdidas de humedad del terreno, este deberá cubrirse con plástico o papel impermeable hasta 2 m. desde la circunferencia.

7.- Con el objeto que la placa logre un apoyo uniforme con la superficie del terreno, este se nivelará con una delgada capa de arena y yeso , o bien sólo arena.

APLICACIÓN DE CARGA ESPESOR DEL PAVIMENTO

3.2 KN (7Kpa) <380mm

6.4 KN (14 Kpa) >=380mm

PROCEDIMIENTO DE ASENTAMIENTO

PROCEDIMIENTO DE CARGA

PASO FINAL: Si es ku < 56 Kpa el ensayo está terminado.Si es ku > 56 se aplican incrementos de carga

hasta que permanezca con una velocidad menor a 0.025 mm /min.

ENSAYO DE PLACA DE CARGA REPETIDA (ASTM 1195) PROCEDIMIENTO

1. La placa debe asentarse con una rápida aplicación y descarga

2. Deflexión no inferior a 0.25 mm y no mayor que 0.50 mm

3. Las agujas de los diales se estabilicen, se reasientan las placas con la aplicación de la mitad de la carga anterior.

4. Una vez que los diales se hallan estabilizado nuevamente se debe ajustar cada dial en cero

5. Se aplica una carga que produzca una deflexión aproximada a 1 mm.

6. Esta deberá mantenerse constante hasta que la razón de deflexión sea 0,025mm/min o menos, durante tres minutos consecutivos.

7. La carga se aplicará y retirará durante 6 veces.

8. Registran a cada minuto en los diales apoyados sobre la placa

OBSERVACIONES A LOS METODOS DESCRITOS• Se recomienda un mínimo de cuatro placas de

distintos tamaños para ensayos.• Para evaluar, se puede usar una placa simple

que proporcione un área igual a la de contacto de neumáticos.

• Se deben evitar las vibraciones que puedan afectar a los diales y alteraciones de estos

CORRELACIONES TEORICAS PARA ESTABLECER EL MODULO DE

REACCION DE LA SUBRASANTE.

VALOR DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR)Es una medida indirecta de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controlada y sirve para poder evaluar la calidad del terreno.

Tabla de clasificación y uso del suelo según el valor de CBR. Fuente: Ing. Assis A., 1988.

El método CBR comprende de 3 ensayos :- Determinación de la densidad y humedad.- Determinación de las propiedades expansivas del material.- Determinación de la resistencia a la penetración.

ENSAYOS DE CBR TIENE DISTINTAS MODALIDADES

–CBR de Laboratorio• Cuando las condiciones de la subrasante se van alterar

• CBR con muestra inalterada: – sobre suelos finos y arenosos – condiciones de la subrasante no se van a alterar.

• CBR de campo: – Directamente sobre la subrasante – Las Muestras no van alterar durante la construcción– Sobre suelos finos y arenosos

Con la utilización deL CBR, el módulo de Elasticidad.

Es (Kg/cm2)= 100x CBR-------CBR> 10%Es (Kg/cm2)= 50 x CBR---------CBR< 10%

Fuente: MANUAL DE PAVIMENTOS CAPÍTULO 4 ING. MILTON TORRES

EL PENETROMETRO DINAMICO DE CONO (DCP)Ensayo in situ para correlacionar y encontrar la resistencia del suelo a corte.

X= numero DCPE= Profundidad 10(cm)N= Numero de golpes

• Correlación del ensayo DCP con el CBR..

• BELGICA

• Germán Martínez Romero de la E.P.N.

ENSAYO PENETRACION ESTANDAR S.P.T.Es el ensayo in situ más popular y económico para obtener información geotécnica de la subrasante.

Variables que influyen en los valores de X

• Equipos de perforación• Operadores• Cucharas muestreadoras • Dimensión varillaje • La forma y tamaño del cabezote • factor por energía del martillo

CORRELACION DEL CBR CON LOS VALORES DE SPT

Fuente: LivnenIshai (1987)

SPT= numero de golpes (mm/golpes)

X=E/N

Con la utilización del CBR

Fuente: DNNE NORMAS BRASILERAS 1987 97)

Ko=coeficiente de asentamiento del suelo(kgf/cm2/cm)

• Abaco Correlación aproximada con valores de CBR

Fuente: Ing. Jorge Coronado Iturbide Manual Centroamericano para Diseño de Pavimentos. Capitulo 4

AUMENTO DE K DEBIDO A MEJORAMIENTO

Subbase granular Subbase de suelo cemento Subbase de suelo mejorado con cemento Base de hormigón compactada con rodillo Subbase de concreto asfáltico

DETERMINACIÓN DEL MODULO DE REACCIÓN EN LA SUBRASANTE EN FUNCIÓN DE LOS ENSAYOS DE PLACA REALIZADOS EN

LAS ABSCISAS 50+000 A LA 55+000 DE LA VÍA SALADO- LENTAG

ESTUDIO DE LA ZONA• El trazo de la carretera se realiza en una zona

montañosa con secciones principalmente en corte a media ladera y con la presencia de varios sectores con corte y relleno.

• El clima típico de la zona se caracteriza por se una zona templada con precipitaciones principales entre los meses de noviembre

• La humedad relativa del ambiente es alta.

• Ubicación de zonas geológico- geotécnicas inestables• TPD actual• Pesaje de vehículos con sobrecarga.

En el año 2002, el MTOP contrató el estudio para una evaluación completa de la vía Cuenca- Pasaje.

Posteriormente se contrata, para rehabilitar la vía implementando la alternativa de rehabilitación denominada Whitetopping.

Actualmente esta sobrecapa de concreto rígido presenta deterioros prematuros como:

• Fisuras estructurales• Daño en sellos de juntas• Despostillamiento de las juntas• Bombeo por salida de agua por las juntas• Levantamiento localizado y parches deteriorados.

Los aspectos para elegir el pavimento rígido en lugar del concreto asfáltico:

• Altos precios internacionales del petróleo• Los constantes recapados sobre estructuras de

concreto asfáltico que no llegan a cumplir la vida útil proyectada• Precipitación pluvial de la zona que está entre

los 1000 y 2000 mm anuales.

ENSAYOS POR ABSCISAS Y CORRELACIONES

• VALORES DE CORRELACIONPav.Centro

AmericaABSCISA DCP CORRELACION DCP A CBR PLACA CON CARGA CORRELACION CBR al valor K VALOR DE k ABACO

(u) (%) (kg/cm3) (kg/cm3 (kg/cm350+000 18.47 104.29 21.31 23.26 22.651+000 20.04 108.21 22.46 23.91 2352+000 15.8 97.53 13.2 11.20 1253+000 19 105.62 22.46 23.48 22.554+000 16.7 99.83 22.4 22.50 2355+000 21.53 111.90 21.31 24.52 22.5

PLACAS DE DIAMETRO 18'

ABSCISA Promedio

50+000 22.3951+000 23.1252+000 12.1353+000 22.8154+000 22.6355+000 22.78

50+000 51+000 52+000 53+000 54+000 55+000PLACA 21.31 22.46 13.2 22.46 22.4 21.31CORRELACION 23.26 23.91 11.20 23.48 22.50 24.52ABACO 22.6 23 12 22.5 23 22.5

10

12

14

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18

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24

26

CORRELACIONES DE K

ABSCISA σ estandar

50+000 0.9951+000 0.7352+000 1.0153+000 0.5854+000 0.3255+000 1.63

CONCLUSIONES

• En todo caso es importante aclarar que el pavimento rígido es poco sensible al valor de k, de manera que la influencia del tipo de suelo en el diseño de la losa no es muy grande.

• El valor de k no influye de manera preponderante en el diseño del pavimento.

• En los cuadros obtenidos se demuestra que el módulo de reacción k, se puede determinar a través de correlaciones.

• Los valores del módulo de reacción k determinado por correlaciones pueden variar en pequeñas cantidades.

• Los resultados de los ensayos en campo pueden variar si no se toma en cuenta los factores de corrección especificados en cada uno de los mismos.

• En el tramo de mayor cantidad de deterioros entre Girón y Lentag, se revisa el espesor del pavimento con un módulo K que no ha sido reducido por el factor de corrección. Se determina que el espesor debería estar por los 24 cm.

• El modelo de Westergaard hace referencia a un antecedente histórico de k, y modela la losa como elemento finito.

RECOMENDACIONES

• A pesar que el valor de K no influye de manera preponderante en el diseño de pavimentos se debe conocer el tipo de suelo para conocer la carga soportante del mismo.

• Realizar un buen análisis para el diseño de los pavimentos y no tenga que sufrir nuestro país mas problemas de infraestructura que afectan a la economía.

• Hacer uso de las correlaciones para encontrar el modulo de reacción con los diferentes autores de formulas y ábacos, ya que existe una diferencia en porcentajes pequeños que no afectar en el diseño del espesor de pavimento.

• Se recomienda mejorar los procesos constructivos en los siguientes temas:

• Evitar la adición de agua en el alisado manual, esta puede aumentar la retracción por secado en la parte superior de la losa e incrementar la presencia de fisuras.

• En la realización de los ensayos de campo debemos tener un factor de corrección para la calibración de los instrumentos utilizados.