Este documento describe la importancia de conocer las características del suelo sobre el cual se construirá un pavimento. La resistencia del suelo, medida por su CBR (California Bearing Ratio), influye en el espesor requerido de las capas del pavimento. Se explican los métodos para determinar el CBR de un suelo, como la exploración de suelos y ensayos de laboratorio. También se clasifican diferentes tipos de suelos según su CBR y su adecuación para uso en pavimentos.
2. CLASE N°03 SUELOS EN PAVIMENTOS
• El Ing° Civil, en sus trabajos de diseño y construcción de pavimentos,
necesariamente debe de auscultar o explorar las condiciones en las que se
encuentra el suelo donde debe de apoyarse el Pavimento, puesto que la calidad
del suelo tiene especial influencia en la determinación de los espesores de cada
una de sus capas.
• Por Ejemplo:
• Para diseñar un pavimento que tenga un ESAL de 1’500,000 y un CBR de la
Subrasante del 5% ( Suelo areno limo-arcilloso), probablemente cada una de las
capas tengan los siguientes espesores:
• Carpeta asfáltica = 2” Base con un CBR 80% = 10” Subase con un CBR 30% = 8”
• De otro lado, para un mismo ESAL de 1’500,000, pero con un CBR del 12% de la
subrasante( Suelo de arena fina), las capas probablemente podrían ser:
• Carpeta asfáltica = 2” Base con un CBR 80% = 8” Subase con un CBR 30% = 6”
• Ello muestra, que la calidad o Resistencia del suelo, influye en el mayor o menor
espesor de las capas del pavimento y consecuentemente en el costo total del
pavimento.
5. ANALISIS DE LA IMPORTANCIA DE LA RESISTENCIA DE
LOS SUELOS EN EL DISEÑO DE LOS PAVIMENTOS
• Como ya se ha explicado, para realizar el diseño de un pavimento, es
necesario conocer principalmente las condiciones del tráfico vehicular
definido por su ESAL. El otro factor representativo, es conocer las
características del terreno de fundación (subrasante) y de los materiales
que se van a ser utilizados en la conformación de las distintas capas del
pavimento.
• En los procedimientos actuales, el diseño de pavimentos, requiere conocer
básicamente la capacidad de soporte o Resistencia del suelo. Ello se
determina mediante su CBR o Módulo de Resilencia, así como los CBR o
resistencia de los materiales que se van a emplean en la conformación de
las capas del pavimento, los cuales se determinan mediante el método del
CBR, cuya información, permitirá evitar, que el daño prematuro del
pavimento alcance el nivel de falla progresiva o su colapso final.
6. CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS EN PAVIMENTOS
• Todos los suelos tienen variadas resistencias, ello se debe a la mayor o menor
densidad o peso unitario de sus masas o a la mayor o menor cantidad de vacíos que
tenga su estructura interna.
• Para ello, es conveniente recordar que: Densidad relativa=Peso/Volumen.
• Por ejemplo: La densidad del suelo Turba es aprox. 800 a 1,000 Kg/m3
• Los suelos Arcillosos y Limosos varía entre 1000 a 1,200 Kg/m3
• Los suelos arenosos de 1,200 a 1,400
• Los suelos gravosos o u hormigonados de 1,400 a 1,600 Kg/m3.
• El Suelo tipo afirmado tendrá entre 1,600 a 1800 Kg/m3
El Cemento, tiene un peso de 1,580 Kg/m3 y una densidad de 3,150 Kg/ m3
CADA VEZ QUE LOS SUELOS, TENGAN MENOR CANTIDAD DE VACIOS, SERÁN MAS
DENSOS Y CONSECUENTEMENTE SERAN MAS RESISTENTES y DURABLES. EJEMPLO LAS
ROCAS
7. CBR METODO PARA VALORAR LA RESISTENCIA DE
LOS SUELOS.
• Los suelos en Pavimentos se identifican mejor en función a sus CBR, el cual
corresponde a las siglas del Ensayo de suelos: California Bearing Ratio (Relación de la
razón de California).
• El CBR en % representa la resistencia de un suelo a su esfuerzo cortante. Para
determinarlo, se compara con el Esfuerzo cortante de un suelo de máxima resistencia
llamado Suelo Patrón, después de someterlos a distintos ensayos en Laboratorio.
• Dicho valor se obtiene mediante la relación de la carga necesaria para lograr la
deformación de 0.1” ( 2.5 mm) de la muestra del suelo, mediante la aplicación de cargas
progresivas, con un pistón HIDRAULICO, dentro del cilindro que ocupa la muestra de
suelo, debidamente compactado y compararlo con respecto a la carga unitaria
requerida para obtener la misma profundidad de penetración, pero en una muestra de
suelo de material triturado, denominado muestra Patrón. La ecuación, se expresa:
CBR = (Carga unitaria del material de muestra /Carga unitaria del suelo patrón)*100
MOSTRAR VIDEO DEL ENSAYO
10. ENSAYO DEL PROCTOR ESTANDAR
• En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es un
procedimientos que permite determinar la MÁXIMA DENSIDAD POSIBLE de
un suelo, en función a un óptimo grado de humedad.
11. DETERMINACION DEL CBR
1.-Sometemos la muestra cuyo ensayo del Proctor ha sido realizado, a condiciones de
comportamiento similares a lo que pudiera presentarse dentro del pavimento, como la
de soportar impactos( 72 golpes) y estar saturado durante 72 horas.
2.- Luego la muestra, es colocada dentro de un cilindro y se le comprime con el embolo
de la prensa hasta obtener una penetración de 0.1” e inmediatamente se determina la
carga aplicada.
3.- Dicho valor se compara con la carga de soporte de un suelo patrón, que es un
material estándar de piedra triturada, lograda también la misma profundidad de
penetración de 0.1”
• Entonces el CBR sería = (Carga aplicada de la muestra/Carga de soporte del suelo
patrón) *100
• Ejemplo: Si la carga de la muestra resultó 1,500 lbs y la resistencia del suelo Patrón
de 10,000 libras:
• El CBR de la muestra sería: (1,500/10,000) x 100 =15%
• En este caso, la muestra probablemente corresponda a un suelo gravo limo arcilloso o
areno arcilloso, o arena fina.
12. EXPLORACION DE SUELOS PARA PAVIMENTOS
• El objetivo consiste en CONOCER las características del suelo natural
o subrasante, sobre el cual se apoyará el pavimento a construir,
extrayendo las muestras necesarias para determinar sus
resistencias.
• Las calicatas se realizan hasta una profundidad de 1.5 m.
• Los ensayos de penetración y calicatas deben efectuarse cada 500 m
en caso de carreteras y cada 100 m en vías urbanas.
• En suelos uniformes y homogéneos, las calicatas se pueden espaciar
a mayores distancias a criterio del Ingeniero.
• Las muestras que se extraigan deberán ser inalteradas, para el
efecto deberán ser debidamente protegidas a fin de que no pierdan
su densidad y humedad naturales.
15. CLASIFICACION DE SUELOS EN PAVIMENTOS
• 1.- Suelos no cohesivos.- Son partículas relativamente grandes
(Over, hormigón, arena gruesa y fina y limos), tiende a no adherirse
los unos a los otros, no hay cohesión entre ellos. Son friccionantes.
• 2.- Suelos Cohesivos.- Son partículas muy pequeñas(Arcilla), se
caracterizan por tener efectos electroquímicos superficial, lo que
produce la adherencia y/o la atracción entre ellas.
• 3.- Suelos Orgánicos.- Son muy finos, esponjosos ( Turba y el
Muskeg), son suelos elásticos, acolchonados. No adecuados para
pavimentos, debe eliminarse y sustituiros con Over , hormigón o
arenas.
16. TIPO DE SUELOS Y SUS CBRs
0 - 3
Muy pobre- Turba
Limo arcilloso
CBR 1 A 3 %
Subrasante mejorado
O MEJOR ELIMINAR OH,CH,MH,OL
3 - 7
Pobre a regular- Areno
Limo arcilloso subrasante OH,CH,MH,OL
7 - 20
Regular- Areno limoso
Arena fina- Arena
gruesa sub-base OL,CL,ML,SC
SM,SP
20 - 50
Bueno- Gravo arenoso
Grava- Hormigón base,subbase GM,GC,W,SM
SP,GP
> 50 Excelente-Afirmado base GW,GM
CBR
CALIDAD USOS
CLASIFICACION UNIFICADA
17. SUELO TURBA COMUN Y TURBA NEGRA
SUELO FANGOSO DE ORIGEN VEGETAL CUYO CBR VARIA ENTRE O – 3 % INADECUADO COMO SUBRASANTE
DEBE ELIMINARSE O MEJORARSE
18. SUELO ARENO LIMO ARCILLOSOS
SUELO MALO A REGULAR SU CBR VARIA ENTRE 4 AL 10% SI SU CBR ES MUY BAJO DEBE MEJORARSE
19. SUELOS EXPANSIVO
• Algunas de las patologías que afectan a los pavimentos, que eran atribuidas
a asentamientos del suelo u otros problemas, en realidad se debían a
fenómenos de hinchamiento. Los tres grupos más importantes en que se
clasifican los suelos arcillosos son: illita, caolinita y montmorillonita,
compuestos por hidroaluminosilicatos.
• La montmorillonita, que es la arcilla preponderantemente mas expansiva.
• El detonador o catalizador principal, para que se produzca la expansión es
la presencia de agua en la arcilla.
• La motmorillonita puede tener expansiones hasta el 100% de su volumen.
La determinación de su presencia se realiza en laboratorio.
• LOS SUELOS EXPANSIVOS GENERAN INESTABILIDAD EN LAS ESTRUCTURAS.
23. SUELOS ARENOSOS
SUELOS ARENOSOS SU CALIDAD VARIA ENTRE REGULAR Y BUENO SI ES ARENA FINA SU CBR
ESTA ENTRE 10 AL 15% Y SI ES ARENA GRUESA SU CBR ESTA ENTRE EL 15 AL 20%
27. ESPECIFICACIONES TECNICAS
• Las normas del MTC señala que para carreteras la subrasante debe de ser
un suelo con CBR mínimo del 5%.
• La subase debe SER GRANULAR y tener un CBR mínimo del 30%
• La base debe ser afirmado y tener un CBR mínimo del 80%. Generalmente
se emplea piedra chancada o triturada para importantes pavimentaciones,
debido a que es muy difícil encontrar canteras naturales de afirmado que
cumplan la norma establecida.
• Para vías Urbanas el RNE precisa que los valores mínimos de CBR para
conformar la base de las vías locales y colectoras debe ser 80% y en las
avenidas y autopistas el 100%, ello implica tener especial cuidado . Para la
subase señala un CBR mínimo del 30% y la subrasante un mínimo del 4%.
28. PROCEDIMIENTOS PARA MEJORAR EL CBR, CUANDO LOS
SUELOS NATURALES SON INADECUADOS O MALOS
• SUELOS TIPO TURBA : ELIMINAR MATERIAL Y CONSTRUIR DRENAJE TIPO
FRANCES CON OVER.
• SUELOS ARENO-LIMO-ARCILLOSO- ESTABILIZAR O MEJORAR SU CBR CON
CEMENTO O CAL HIDRAULICA.
• ESTABILIZAR CON CLORURO DE SODIO O CON CLORURO DE CALCIO
ESTABILIZACIÓN O MEJORAR SU CBR CON PRODUCTOS ASFÁLTICOS
• ESTABILIZACIÓN CON GEOSINTÉTICOS. GEOMALLAS-GEOTEXTILES- GAVIONES.
• ESTABILIZACION CON PERMAZIME.
