Modulo 6

CONTENIDO
Exploración de la subrasante
Definición del perfil y delimitación de
áreas homogéneas
Determinación de la resistencia o respuesta
de diseño para cada área homogénea

EVALUACIÓN DE LA SUBRASANTE
La respuesta del suelo de subrasante es el factor más
importante en la determinación de los espesores de
diseño del pavimento
La respuesta de la subrasante ante las cargas del
tránsito depende de los tipos de suelo que la
constituyen y de la densidad y la humedad de ellos,
tanto durante la construcción como durante el servicio

La caracterización de los suelos de subrasante
comprende las siguientes etapas:
— Exploración de la subrasante
— Definición del perfil y delimitación de áreas
homogéneas
— Ejecución de ensayos de resistencia sobre los
suelos predominantes
— Determinación del valor de resistencia o de
respuesta de diseño para cada área homogénea

EXPLORACIÓN
DE LA
SUBRASANTE

EXPLORACIÓN DE LA SUBRASANTE
Se debe adelantar una investigación a lo largo del
alineamiento aprobado, con el fin de identificar la
extensión y la condición de los diferentes depósitos de
suelos que se encuentren
La investigación se realiza mediante perforaciones a
intervalos definidos de acuerdo con la variabilidad del
terreno, la longitud y la importancia del proyecto y los
recursos técnicos y económicos disponibles
Las perforaciones deberán alcanzar, cuando menos,
500 mm bajo la cota proyectada de subrasante

INTERVALOS ENTRE PERFORACIONES

EJECUCIÓN DE PERFORACIONES

REGISTRO DEL PERFIL EN EL TERRENO

REGISTRO DEL PERFIL Y TOMA DE MUESTRAS

Se debe tomar suficiente cantidad de muestra de cada
suelo encontrado en las perforaciones para determinar:
—Humedad natural
—Límites de consistencia
—Granulometría
—Compactación
—Resistencia o respuesta ante cargas transitorias
Igual tratamiento se debe dar a los suelos de préstamo
que se colocarán en los rellenos y que influirán en el
comportamiento del pavimento

Los sistemas de clasificación encuadran los suelos en
una determinada tipología a partir de su granulometría y
límites de consistencia
El sistema más apropiado para clasificar los suelos
para estudio de calles y carreteras es el AASHTO
Las muestras para clasificación y otros ensayos no se
deben tomar al azar, sino de acuerdo con el desarrollo
del perfil a lo largo de la vía y la secuencia en que se
presenten las diferentes capas de suelo
CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
Determinación de granulometría Determinación de los límites de consistencia

TABLA DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS DE LAAASHTO

DEFINICIÓN DEL
PERFIL Y
DELIMITACIÓN DE
ÁREAS HOMOGÉNEAS

Inicialmente se sectoriza el tramo en estudio, de acuerdo
con los niveles esperados de tránsito a lo largo de él
DEFINICIÓN DEL PERFIL Y DELIMITACIÓN
DE ÁREAS HOMOGÉNEAS
SECTORIZACIÓN INICIAL POR TRÁNSITO

A partir de las clasificaciones de los suelos de subrasante
encontrados en las perforaciones, se elabora un perfil
SECTORIZACIÓN COMPLEMENTARIA POR TIPOS DE ROCA O SUELO

Se determina la longitud en la cual predomina cada suelo
y se delimitan áreas homogéneas para efectos de diseño,
teniendo en cuenta el tránsito de proyecto
Las secciones escogidas deben ser de suficiente longitud,
con el fin de que los diseños resultantes den lugar a una
construcción práctica y económica
DETERMINACIÓN DE LAS ÁREAS HOMOGÉNEAS DE DISEÑO

DETALLE DE LOS SUELOS DE LA UNIDAD 4

Distribución de la clasificación de los suelos de la unidad 4a
Si en un tramo hay gran heterogeneidad en los suelos y no se
puede definir uno como predominante, el diseño se basará en
el más frecuente de los suelos débiles encontrados

EJECUCIÓN DE ENSAYOS
DE RESISTENCIA O DE
RESPUESTA SOBRE LOS
SUELOS
PREDOMINANTES

DE RESISTENCIA O DE RESPUESTA
Los ensayos de resistencia o de respuesta se deben
realizar sobre muestras representativas de los suelos
predominantes, reproduciendo las condiciones de
humedad y densidad que se espera prevalezcan en
servicio
El ensayo más utilizado es el CBR, el cual es una
medida de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante
bajo condiciones de humedad y densidad controladas,
que tiene aplicación en el diseño y en la evaluación de
pavimentos asfálticos

El soporte de la subrasante se puede expresar, también,
en términos del módulo de reacción, obtenido a través de
pruebas de placa directa. Este módulo se usa en el diseño
de pavimentos rígidos
La respuesta del soporte se puede caracterizar también
en términos de parámetros elásticos (módulo resiliente y
relación de Poisson), los cuales se aplican en los
procedimientos empírico mecanísticos de diseño de
pavimentos asfálticos

ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR)
El ensayo más utilizado es el CBR, el cual representa
la relación, en porcentaje, entre el esfuerzo requerido
para penetrar un pistón cierta profundidad dentro del
suelo ensayado y el esfuerzo requerido para penetrar un
pistón igual, la misma profundidad, dentro de una
muestra patrón de piedra triturada
100
*
x)
ón
(penetraci
patrón
muestra
la
en
esfuerzo
x)
ón
(penetraci
ensayado
suelo
el
en
esfuerzo
CBR

La muestra patrón fue elegida y ensayada por O.J.
Porter, en California, en 1929, presentando los
siguientes esfuerzos requeridos para diferentes
profundidades de penetración del pistón:
Valores de esfuerzo en la muestra patrón
Penetración del
pistón
(mm) 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5
(pulg.) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Esfuerzo
(MPa) 6.89 10.34 13.10 15.86 17.93
(lb/pg2) 1000 1500 1900 2300 2600

Para cada muestra preparada se dibuja una gráfica
relacionando Esfuerzo vs Penetración del pistón:

Para cada muestra elaborada, se calcula su valor de
CBR para penetraciones del pistón de 0.1‖ (2.5 mm) y
0.2‖ (5.0 mm) con las expresiones :
100
*
psi
1500
σ
CBR
100
*
psi
1000
σ
CBR
0.2"
0.2"
0.1"
0.1"



DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO
CONDICIONES DE EQUILIBRIO
Humedad
La resistencia de los suelos, en especial los finos, está
directamente relacionada con sus condiciones de humedad
y de densidad
Se recomienda determinar la resistencia de la subrasante
bajo la condición más húmeda que se espere una vez que
el pavimento se encuentre en servicio

Humedad
Compactar suelos finos con humedades bajas para
conseguir altas densidades y altas resistencias durante
la construcción, no constituye una buena práctica, por
cuanto el suelo queda con una estructura que se debilita
considerablemente con el humedecimiento, lo que se
traduce en pérdidas posteriores de densidad y de
resistencia e incrementos en la expansión

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE ACUERDO CON LA
HUMEDAD PARA LA DETERMINACIÓN DE SU RESISTENCIA

Efectos del subdrenaje sobre la humedad de la
subrasante
Los cambios de humedad de la subrasante por
filtración y fluctuaciones del nivel freático pueden ser
controlados con la instalación y mantenimiento de
dispositivos de subdrenaje
Estos dispositivos sólo son efectivos si la humedad del
suelo está sujeta a presión de poros positiva

Efectos del subdrenaje sobre la humedad de la
subrasante
Si las filtraciones de agua provenientes de la parte
superior son inevitables y abundantes, conviene
determinar la resistencia de los suelos en condición
saturada cuando correspondan a las categorías 1 y 2 y
con la humedad óptima del ensayo normal de
compactación (Proctor Standard) cuando correspondan a
la categoría 3

Densidad
La densidad que alcanza la subrasante bajo una superficie
impermeable (densidad de equilibrio), es función del tipo de
suelo y del entorno ambiental en el cual actúa
Existen procedimientos para estimar a priori la densidad
de equilibrio
En general, resulta suficiente considerar una densidad
equivalente al 95% de la máxima del ensayo modificado de
compactación (tomar precauciones en el caso de los suelos
expansivos)

CRITERIO AUSTRALIANO PARA DETERMINAR LA
RESISTENCIA EN CONDICIONES DE EQUILIBRIO
IP < 10 IP > 10
< 600 1,0 - 1,5 1,4 - 1,8
>600 y <1000 0,6 - 1,1 1,0 - 1,4
>1000 0,4 - 0,9 0,6 - 1,0
Factor de corrección (F) por aplicar al CBR sumergido* para estimar el CBR en
condiciones de equilibrio in situ
Tipo de suelo **
Precipitación anual
(mm)
* Cuando el CBR sumergido ha sido usado exitosamente no hay razón para modificar el resultado con el factor F
** Los valores más bajos de cada rango se aplican en situaciones donde se espera que el drenaje sea pobre, el
nivel freático elevado, etc. Los valores mayores se aplican en la situación opuesta

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA
MEDIANTE ENSAYOS DE CAMPO
Generalmente resulta adecuado estudiar la resistencia
de la subrasante de pavimentos construidos sobre el
mismo suelo en vecindades del proyecto, los cuales hayan
estado sometidos a tránsito cuando menos 3 años
En estos suelos, el CBR se puede medir directamente
mediante el método de campo (Norma de ensayo INV E-
169) o se puede estimar a partir del ensayo del
penetrómetro dinámico de cono (PDC)

DETERMINACIÓN DEL CBR EN EL CAMPO

ENSAYO DEL PENETRÓMETRO DINÁMICO DE CONO
Ensayo apropiado para estimar la resistencia de suelos
predominantemente finos
Mediante esta prueba se mide la rata a la cual penetra en
el suelo una varilla con una punta cónica, a medida que es
golpeada desde cierta altura con una masa especificada de
8 kg
La resistencia a la penetración es la pendiente de la recta
―Número de golpes vs penetración‖, denominada número
dinámico (ND) y se expresa en mm/golpe

RESULTADO DE UN ENSAYO PDC

La rata de penetración del PDC (Número Dinámico) puede
ser relacionada con otros valores de resistencia in-situ, como el
CBR

PARÁMETROS ELÁSTICOS DE LA SUBRASANTE
1. Módulo resiliente (MR)
 Es un estimativo del módulo elástico, basado en
medidas de esfuerzo y deformación a partir de cargas
rápidas repetidas, similares a las que experimentan los
materiales del pavimento bajo la acción del tránsito
 No es una medida de la resistencia, pues el material no
se lleva a rotura, sino que retorna a su tamaño y forma
originales
2.Relación de Poisson (m)
 Es la relación entre las deformaciones transversales y
longitudinales de un espécimen sometido a carga

Módulo resiliente (MR)
 Se determina mediante el ensayo triaxial dinámico:

Procedimiento para hallar el Módulo Resiliente (MR)
1. Se coloca una muestra compactada en la cámara
triaxial dentro de una membrana
2. Se somete a una presión de confinamiento (s3)
3. Se aplican pulsos repetidos de un esfuerzo axial
desviador (sd)

4. Se miden las deformaciones recuperables (DL) que
ocurren en una determinada longitud de la probeta (L)
5. Se calcula la deformación axial recuperable (er= DL/ L)
6. Se determina el módulo resiliente para ese esfuerzo
desviador (MR = sd/ er )
7. Se repite el procedimiento con otros esfuerzos axiales
desviadores

Módulo resiliente (MR)
Debido al comportamiento mecánico no lineal de los
suelos, su caracterización se debe adelantar sobre un
rango de humedades y estados de esfuerzos que
representen las condiciones esperadas en el terreno

Módulo resiliente(MR)
El módulo resiliente de los
suelos cohesivos decrece con
el aumento del esfuerzo
desviador y de la humedad del
suelo, así como con la
disminución de la presión de
confinamiento (ablandamiento
por esfuerzos)
MR = A* sd
-B

Módulo resiliente(MR)
El módulo resiliente de los suelos
granulares aumenta con el estado de
esfuerzos, debido al aumento de la
trabazón entre las partículas
individuales (endurecimiento por
esfuerzos) y disminuye con el
incremento de la humedad del suelo
MR = K1(I1)K2
I1= s1 + s2 + s3

Relación de Poisson (m)

ENSAYO DE PLACA DIRECTA (AASHTO T 222)
 Se realiza para obtener el módulo de reacción de la
subrasante (k) el cual se usa en el diseño de pavimentos
rígidos
 El valor k fue desarrollado básicamente como una
constante de resorte que recibe el soporte bajo la losa de
concreto
 La deflexión de los resortes es proporcional a la
presión aplicada, es decir, la presión reactiva para resistir
para resistir una carga es proporcional a k y a la
deflexión de la losa (D)

ENSAYO DE PLACA DIRECTA (AASHTO T 222)

ENSAYO DE PLACA DIRECTA (AASTHO T 222)

 Se coloca el equipo sobre el suelo por ensayar, se somete la
placa a diversas presiones y se miden las deflexiones
 Se dibuja una curva ―deflexión vs presión‖
Determinación del módulo de reacción

El valor de “k” se calcula dividiendo la presión sobre la
placa, por la deflexión correspondiente. Hay dos criterios:
—a) Usar para el cálculo la presión para D= 0.05 pulgadas
—b) Usar para el cálculo la deflexión para p = 10 psi
pci
k 320
05
.
0
16


pci
k 416
024
.
0
10


Determinación del módulo de reacción

 No todas las agencias viales están familiarizadas o
disponen de equipos modernos para caracterizar los
suelos de subrasante y los materiales no ligados del
pavimento
 Es permitido el uso de correlaciones entre diversos
indicadores de la resistencia o de la respuesta del suelo
 La aplicación de estas correlaciones debe ser
cuidadosa, por cuanto ellas se basan en un número
limitado de datos
CORRELACIONES ENTRE DIFERENTES
VALORES DE RESPUESTA DE LOS SUELOS

CORRELACIONES ENTRE DIFERENTES
VALORES DE RESPUESTA DE LOS SUELOS

DETERMINACIÓN DE LA
RESISTENCIA O
RESPUESTA DE DISEÑO
PARA CADA ÁREA
HOMOGÉNEA

SELECCIÓN DEL VALOR DE RESISTENCIA O DE
 Cualquiera sea el método para medir la resistencia o la
respuesta del suelo, cada muestra o cada ensayo dará
generalmente un resultado diferente
 Es importante que el valor utilizado para el diseño no
sea ni subestimado, por cuanto dará lugar a un mayor costo
de construcción del pavimento, ni sobreestimado en un
grado tal, que existan riesgos importantes de falla
RESISTENCIA O RESPUESTA
DE DISEÑO PARA CADA ÁREA HOMOGÉNEA

El número de ensayos por área homogénea depende de la
extensión del proyecto:
– Para vías muy cortas (≤ 150 metros) son suficientes
dos pruebas
– Para tramos extensos (≥ 3,000 metros) se recomienda
un mínimo de 5 y un máximo de 9 por suelo homogéneo
– Para tramos de longitud intermedia se aplicará el
criterio del diseñador

Cuando se tengan menos de 5 resultados, se recomienda
tomar el menor valor de resistencia o de respuesta
determinado en condiciones de equilibrio
Cuando se tengan 5 resultados o más, la elección del valor
de diseño del área, dependerá del método de diseño del
pavimento que se vaya a emplear:
- Si se aplican AASHTO – 93 o INVIAS, se tomará el
valor promedio
- Para otros métodos, se puede emplear el criterio del
Instituto del Asfalto

X= 87.5%
Mayor o igual a 106
X=75%
Entre 104 y 106
X= 60%
Menor o igual a 104
Valor que es igualado o
excedido por el X % de
resultados
N
CRITERIO DEL INSTITUTO DELASFALTO

 Los valores de diseño de cada área se deben redondear
así:
1000
Mayor de 5000
10
Mayor de 50
500
2000 - 5000
5
20 - 50
100
500 - 2000
1
5 - 20
50
Menor de 500
0.5
Menor de 5
Redondear a
MR (kg/cm2)
Redondear a
CBR (%)

Ejemplo de aplicación
Los resultados de 8 ensayos triaxiales dinámicos
produjeron los siguientes módulos resilientes de un
suelo de subrasante en un área homogénea: 6,200 –
9,500 – 8,800 – 7,800 - 13,500 – 10,000 – 11,900 y
11,300 lb/pg2
Determinar el módulo de diseño del área, para valores
N de 104 , 105 y 106 ejes equivalentes de 80 kN

Solución
Criterio de AASHTO 93 e INVIAS
MR de diseño = 9,875 psi (10,000 psi) para cualquier tránsito
de diseño
psi
875
,
9
8
500
,
13
900
,
11
11,300
10,000
500
9,
800
8,
800
7,
6,200
diseño
de
MR 









Solución
Criterio del Instituto del Asfalto:

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