diseño de la fundacion del pavimento

1. Unidad y valor de diseño de la fundación
del pavimento.
Criterios de sectorización, muestreo y ensayo.

2. Introducción
(Yoder & Witczak, 1975).
• Existe una dispersión natural en las características y el
comportamiento de los depósitos de suelo sobre los cuales se
construyen los pavimentos.
• La variabilidad de los resultados de los ensayos de
caracterización física, química o mecánica de un depósito de
suelo depende de:
– Las características propias del depósito.
– Los errores en la ejecución del ensayo.
– El tamaño de la muestra.
– La propiedad que se mide (en menor medida).

3. • Los resultados de los ensayos de clasificación del suelo (SUCS
ó AASHTO) deben evaluarse con cuidado pues:
– Los procesos de formación del suelo no actúan exactamente igual en
toda la masa del mismo.
– Los minerales del material parental del suelo se transforman
independientemente durante la formación del depósito.

4. Unidad de diseño.
• Suelen definirse antes de la exploración y el muestreo o,
eventualmente, de forma simultánea con ellos.
• La delimitación de las unidades de diseño se basa en:
– Geología.
– Pedología.
– Topografía.
– Condiciones naturales del drenaje.
• Se requiere la identificación clara de:
– Suelos residuales.
– Suelos transportados.
• Las fotografías aéreas del corredor de la vía son de gran
utilidad.

5. • Pueden proponerse otras consideraciones no asociadas con
los depósitos de suelo como:
– Las características del tránsito.
• Cambios en los volúmenes de tránsito.
• Cambios en la agresividad del tránsito.
– Variación del clima.
– Jurisdicción administrativa.
• Origen de los recursos.
• Categoría de la vía.

6. Ejemplo de la delimitación de unidades a partir del
tránsito, el perfil general y los suelos.

8. Requerimientos de muestreo y
selección del valor de diseño.
FACTOR
PRIMARIO
VARIABLES
TRÁFICO
VARIACIÓN
NATURAL DEL
SUELO
VARIACIÓN CLIMA
VARIACIÓN
CONSTRUCCIÓN
PROCESO DE
DECISIÓN
SELECCIÓN DEL
VALOR DE DISEÑO
ANÁLISIS DE
COSTOS
SELECCIÓN DE LA
ESTRUCTURA DEL
PAVIMENTO
EVALUACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO
COSTOS
MANTENIMIENTO
Revisión contra hipótesis originales
DISEÑO PROCESO DE
REVISIÓN

9. • El objetivo del programa de muestreo es permitir predecir,
dentro de límites razonables, qué estructura de pavimento se
debe construir en el suelo en las condiciones de tránsito y
clima predominantes.
• Las unidades de diseño sólo se definen con precisión al
terminar los ensayos de laboratorio y campo.

10. • Selección del valor de diseño:
– La variabilidad en el comportamiento del suelo debe considerar la
incertidumbre de las técnicas de construcción y de la condición final
de humedad.
– Si se diseña con el promedio de los valores, la mitad de la unidad está
subdiseñada y la otra sobrediseñada.
– Si se diseña con el valor mínimo, toda la unidad de diseño está
sobrediseñada.
– Un análisis de costos puede demostrar que el valor de diseño depende
de la variabilidad del depósito y las condiciones del tránsito.
– Para un coeficiente de variación del 30%, se puede definir como valor
de diseño aquel superado por el 80% a 90% de los datos.

12. Ensayos de caracterización para
definir el valor de diseño.
• Parámetros de resistencia:
– California Bearing Ratio.
– Penetrómetro Dinámico de Cono.
• Parámetros de deformación:
– Ensayo de placa.
– Módulo resiliente de suelos de gradación fina en laboratorio.
– Deflectómetros:
• Viga Benkelman.
• Light Weight Deflectometer.
• Geogauge.

13. California Bearing Ratio.
ASTM D1883 - 07e2 Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of Laboratory-
Compacted Soils
ASTM D4429 - 09a Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of Soils in Place
• Medida indirecta de la resistencia al corte por
penetración, en condición no drenada, de suelos de
subrasante y bases granulares.
• Desarrollado por O. J. Porter en California (USA).
• Fases del ensayo:
– Inmersión (condición crítica de humedad).
– Penetración.
– Se emplean sobrecargas para representar el pavimento.

14. Carga aplicada
Pistón estándar
Transductor
para medir la
penetración
Pesas anulares
Muestra
Molde
estandarizado
Muestra contenida en
un molde con
sobrecargas encima
Pistón de penetración

16. Load(lb)

21. Penetrómetro Dinámico de Cono.
ASTM D6951 / D6951M - 09 Standard Test Method for Use of the
Dynamic Cone Penetrometer in Shallow Pavement Applications

23. http://profemery.info/pavement/dcp_chart_completed.jpg
http://www.kesslerdcp.com/images/MR100_355px.jpg

24. Ensayo de placa.
ASTM D1196 / D1196M - 12 Standard Test Method for Nonrepetitive Static Plate Load Tests
of Soils and Flexible Pavement Components, for Use in Evaluation and Design of Airport and
Highway Pavements
http://www.controlsgroup.net/immagini/product_z
oom/35_t1162xx.jpg

25. Cliente: Universidad Nacional
Obra : Puente río Chinchiná - La Manuela vía Chinchiná Medellín
Ubicación K0+295 Eje
Material: Matriz limo areno gravosa café amarillosa con rastro de oxidación
Procedencia: Perforación 3
Fecha: Marzo 01/2010
Lectura ESFUERZO DEF. # 1 DEF. # 2 DEF. # 3 DEFLEXION
anillo lb/pl2 0.001 pl 0.001 pl 0.001 pl 1 2 3 (0,001 pl)
(0,001 pl) (0,001 pl) (0,001 pl)
80 0.0 361 337 326 0 0 0 0
150 1.0 357 330 321 4 7 5 5
200 1.7 342 327 317 19 10 9 13
250 2.4 332 314 312 29 23 14 22
300 3.2 322 308 308 39 29 18 29
350 3.9 317 305 300 44 32 26 34
400 4.6 310 298 289 51 39 37 42
450 5.3 292 290 275 69 47 51 56
500 6.0 282 286 269 79 51 57 62
550 6.8 278 273 259 83 64 67 71
600 7.5 272 267 253 89 70 73 77
650 8.2 264 259 247 97 78 79 85
700 8.9 258 250 242 103 87 84 91
750 9.6 253 244 239 108 93 87 96
800 10.4 251 241 232 110 96 94 100
850 11.1 243 238 230 118 99 96 104
900 11.8 240 235 228 121 102 98 107
80 0.0 255 243 241 106 94 85 95
DEFLEXION (0,001 pl)
MODULO DE REACCION Ku (lb/pl2)/pl
MODULO DE REACCION CORREGIDO DEFLEX. PLACA Ku (lb/pl2)/pl
MODULO DE REACCION CORREGIDO DEFLEX. PLACA Ku (MPa)/m
Observaciones: Ensayo realizado en sitios indicados por ustedes
27
ENSAYO DE PLACA CON CARGA ESTATICA NO REPETITIVA
INV E- 168
LECTURA
DEFLEXION
98
102
101
0.0
5.0
10.0
15.0
0 20 40 60 80 100 120
CargasLb/pulg
Deflexión Promedio-0,001"

26. Diámetro de la placa de carga (cm)
MódulodesubrasanteKenporcentajedelvalor
correspondientealaplacade75cmdediámetro
800
700
600
500
400
300
200
100
0 0 25 50 75 100 125 150 175 200
U.S. Public Roads Administration
Omaha testing Laboratory
U.S. Corps of Engineers
Theoretical curve
Experimental curve
Curva empírica para arenas
(Terzaghi)

27. Módulo resiliente.
AASHTO T307-99(2007) - Determining the Resilient Modulus of Soils
and Aggregate Materials
http://www.mrr.dot.state.mn.us/research/mr/CurrentProtocol_061122_files/image018.jpg

28. Configuración de la muestra.
http://pavementinteractive.org/index.php?title=Triaxial_Test

29. Ensayo de la muestra.
http://pavementinteractive.org/index.php?title=Triaxial_Test

30. http://www.fhwa.dot.gov/engineering/geotech/pubs/05037/05b.cfm

31. Comportamiento no lineal.

32. http://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/ltpp/reports/02051/index.cfm

33. Deflectómetros. Viga Benkelman.
ASTM D4695-03(2008) Standard Guide for General Pavement
Deflection Measurements
http://training.ce.washington.edu/wsdot/modules/09_pavement_evaluation/Images/main_pictur
es/benkelman_beam3.jpg
http://markogergely.hu/upload/abba/benkelman_old.jpg

34. Light Weight Deflectometer.
http://sites.grontmij.dk/Pavement-consultants-com/About-
us/Gallery/Documents/PRIMA%20100%20light%20weight%20deflectometer.jpg
http://www.mto.gov.on.ca/english/transtek/roadtalk/rt16-3/

35. Geogauge.
http://www.geneq.com/catalog/en/gg.html
http://www.humboldtmfg.com/c-1-p-6-id-1.html

36. Principio de análisis común de los
deflectómetros.
• Desplazamiento vertical de un semi
espacio continuo, homogéneo, isótropo
y elástico lineal.
• Donde:
– Uz: Desplazamiento vertical.
– p: Presión uniforme aplicada en
la superficie.
– a: Radio del área circular en la
cual se aplica la presión, p.
– E: Módulo de Young del material.
– ν: Relación de Poisson del
material.
a
p
r
z
Uz

37. Suelos derivados de cenizas
volcánicas.
• Materiales de muy baja capacidad portante.
– Pérdida de maquinaria.
– Retraso en las obras.
– Incremento en los costos.
• Problemas en su caracterización en laboratorio.
– Formación especial afectada por su génesis y el ambiente de
depositación.
– No conformidades en la humedad y peso unitario en obra.
– Susceptibilidad al cambio de propiedades por secado previo y
remoldeo.

38. Parámetros de identificación de
susceptibilidad al secado previo.
• Índice de agregación: Tateishi. I.A. > 2.0 indica
que el suelo es susceptible a cambiar sus
propiedades de manera irreversible con el
secado previo.
– E.A.d. : Equivalente de arena sobre una
muestra con secado previo al ensayo.
– E.A. n. : Equivalente de arena sobre una
muestra sin secado previo al ensayo.
n
AE
AE
AI d
..
..
..

39. • Índice de liquidez: Terzaghi. Determina el
comportamiento de un suelo al remoldeo.
– ωn: Humedad natural (%).
– LP.: Límite plástico con secado previo (%).
– LL: Límite líquido con secado previo (%).
• Interpretación:
– IL < 0. Comportamiento frágil.
– 0 < IL < 1. Comportamiento plástico.
– IL > 1. Líquido muy viscoso.
• Humedad natural: Un suelo “no puede” tener una
humedad natural mayor que el límite líquido y
encontrarse estable en depósitos de campo.
)(
)(
LPLL
LPw
IL n

40. ÍNDICE DE LIQUIDEZ (IL) E ÍNDICE DE AGREGACIÓN (I.A.) DE SUELOS SENSIBLES
Procedencia de la muestra
Humedad
natural
n
(%)
Límite
líquido
LL
(%)
Límite
plástico
LP
(%)
E.A.d
(%)
E.A. n.
(%)
Índice de
agregación
(I.A.)
Índice
de
liquidez
(I.L.)
Montenegro – Quimbaya.
K16+600.
67
58
(71)
47
(56)
20 9 2.2 1.8
Pereira – Cerritos.
K1+700.
–
59.0
(113)
53
(85)
37 7 5.3 –
Pereira – Marsella.
K10+040.
95
57
(155)
46
(113)
29 5 5.8 1.2
Aranzazu – Salamina.
K52+200.
46
43
(71)
38
(49)
20 5 4.0 1.6
K54+600. 95
41
(112)
35
(72)
18 5 3.6 10.0
K55+400. 91
47
(123)
40
(97)
29 7 4.1 7.3
Pereira – Dosquebradas.
K0+238.
76
64
(111)
56
(76)
35 4 8.8 2.6
K0+285. 87
70
(97)
58
(73)
15 5 3.0 2.4
Popayán – Cali.
(Piendamo).
115
73
(131)
NP.
(114)
53 10 5.3 1.6
Manzanares – Marquetalia.
(Planes)
219
164
(211)
127
(146)
10 10 1.0 2.5
Nota: Los valores entre paréntesis () corresponden a los resultados de los ensayos sin secado previo de las muestras.

41. CARACTERÍSTICAS DE SUELOS DERIVADOS DE CENIZA VOLCÁNICA
Procedencia
Muestra
Humedad
natural
n
(%)
Peso
unitario
seco
d
(g/cm3
)
Gravedad
Especifica
Gs
Porosidad
n
(%)
Grado de
Saturación
Sr
(%)
CBR
(%)
Pereira – Marsella.
K0+400
132.8 0.548 2.470 77.8 93.7 9.3
K4+985 96.4 0.721 2.450 70.6 98.4 7.8
K5+189 96.2 0.671 2.370 71.7 90.1 6.7
K6+511 79.0 0.782 2.550 69.3 89.1 7.0
K10+040 (1)
95.0 0.697 2.440 71.4 92.8 8.0
K10+994 109.0 0.622 2.440 74.5 90.8 6.2
Chinchiná – Pereira.
K0+228
63.0 0.862 2.520 65.8 82.7 9.5
K1+100 56.0 0.993 2.560 61.2 90.6 10.4
K4+286 71.0 0.857 2.490 65.6 92.9 6.3
Pereira – Armenia
K2+850
71.0 0.863 2.540 66.0 93.4 7.4
K3+130 90.0 0.706 2.450 71.2 89.4 3.6
K8+400 134.0 0537 2.560 79.0 90.9 6.4
Pereira – Cerritos.
K3+600
61.0 0.910 2.590 64.9 85.7 5.3

42. 0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
30 40 50 60 70 80 90 100 110
Humedad - - (%)
Densidad(gr/cm3
)
Con secado previo
Sin secado previo
Figura 2.5. Compactograma Pereira – Marsella. K10+040.

43. 0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
30 40 50 60 70 80 90 100 110
Humedad - - (%)
Densidad(gr/cm3
)
Con secado previo
Sin secado previo
Figura 2.6. Compactograma Pereira – Cerritos. K1+700.

44. 0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
30 40 50 60 70 80 90 100 110
Humedad - - (%)
Densidad(gr/cm3
)
Con secado previo
Sin secado previo
Figura 2.7. Compactograma Montenegro – Quimbaya. K16+600.

45. 0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
CBR (%)
Frecuenciarelativaacumulada
Figura 2.8. Distribución de valores de CBR para andosoles.