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Fallas de los pavimentos flexibles

Enviado por elmago



1.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

3. CALCULO DEL CBR

4. EQUIPO

5. PROCEDIMIENTO

6. CONCLUSIONES

1. INTRODUCCIÓN

La mayor falla de los pavimentos flexibles, se deben principalmente al desplazamiento, es decir la falla "al corte", de los materiales que componen las diferentes capas, es por esto que se diseña basandose en los ensayos al corte.

La determinación de la resistencia al corte de un suelo, se puede hacer por medio de un ensayo de "corte directo" de una prueba triaxial, o simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material.

El método de California fue propuesto por el Ingeniero O.J. Portere en 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras del Estado de California y otros organismos técnicos de carreteras, así como por el cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de Norteamérica.

Se establece en este método una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su valor relativo como base de sustentación de pavimentos flexibles. Este método, si bien es empírico, se basa en un sinnúmero de trabajos de investigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, así como en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los mejores métodos prácticos.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

El método de California, comprende los tres ensayos que, en forma resumida, son:

1. Determinación de la Densidad máxima y Humedad Optima.

2. Determinación de las propiedades expansivas del material.

3. Determinación de la Relación de soporte de California, o CBR.

En la fig. No 01, se presenta las diferentes curvas para el cálculo de pavimentos flexibles, considerando cargas por rueda comprendidas entre 4,000 lbs. y 180,000 lbs. Por lo tanto este gráfico puede ser utilizado tanto para el diseño de carreteras de tránsito liviano como para el de aeropistas de vuelos no regular.

Cuando se emplean estas curvas, debe tenerse presente que los espesores del pavimento, han sido determinados tomando en consideración:

a) Que el terreno de fundación no está expuesto a la acción de las heladas.

b) La presión de inflado de las llantas es de 60 lb/pulg^2.

Si la presión de inflado es mayor o menor de 60 lb/pulg^2 los espesores deberán aumentarse o disminuirse hasta un 20% respectivamente.

c) El material de préstamo que se utilice para el cimiento, deberá tener un CBR no menor de 15%.

d) Los sistemas de drenaje, tanto superficial como subterráneo deben ser buenos.

e) El terreno de fundación debe estar debidamente compactado a humedad óptima y densidad máxima.

f) El CBR mínimo, en lugar del correspondiente a 0.1" de penetración deberá utilizarse en caso de que el espesor total de firme(B) y capa de rodamiento, según la curva empleada, de un valor de 6".

g) El material que se emplea en las capas de firme, debe tener un CBR no menor del 40% cuando las cargas sean menores de 10,000 lbs. y no menor del 80% cuando sean mayores de 10,000 lbs.

3. CALCULO DEL CBR

En la fig. No 2, se observa la curva de carga vs. penetración. Si la curva presenta una concavidad inicial deberá corregirse trasladando el origen de la curva mediante la gráfica de una recta tangente.

Para determinar el CBR del material se toma como comparación el valor de la carga unitaria que soporta la piedra triturada. La resistencia a la penetración que presenta la piedra triturada es la siguiente:

penetración (pulg.) carga unitaria(lib/pulg^2)

0.1 1000

0.2 1500

0.3 2300

0.5 2600

La resistencia a la penetración de la piedra triturada se toma como base o carga patrón de comparación. El CBR de un suelo es la resistencia a la penetración correspondiente a 0.1" ó 0.2" de penetración expresada en un porcentaje del valor patrón.

4. EQUIPO

1. Molde cilíndrico de acero de 7" a 8" de altura y 6" de diámetro. Se le acopla un collarín de extensión de 2" de altura y una base perforada.

2. Disco espaciador de acero de 2 a ½" y 5 a 15/16" de diámetro.

3. Pisón o martillo de 10 libras con una altura de caída de 18".

Para medir el hinchamiento del material cuando es sumergido en agua se utiliza:

4. Platillo con un vástago fijo de altura graduada.

5. Trípode con un extensómetro montado de 0.001" de sensibilidad.

6. Presas de sobrecarga de forma anular y de plomo de 5 libras de peso.

Para el proceso de penetración se utiliza:

7. Pistón de acero de 3 pulg^2 de sección circular y de longitud necesaria para penetrar hasta ½" en el suelo compactado.

8. Prensa de carga con una velocidad de 0.05" por minuto.

9. Accesorios: Horno, tamices, balanzas, papel filtro, cronómetro, tanque de agua.

5. PROCEDIMIENTO

Preparación de la muestra.

Después de haber realizado un ensayo de compactación, y obtenido la curva de compactación densidad seca - humedad se procede a compactar 03 moldes CBR con tres niveles de energía diferentes y con el mismo óptimo contenido de humedad.

El primer molde se compacta con una energía menor al proctor modificado, 25 golpes por 5 capas.

El segundo molde se compacta también con una energía ligeramente mayor al proctor modificado, 63 golpes por 5 capas.

Compactados los moldes, se retira el collarín de extensión, se enrasa la parte superior del suelo y se voltea el molde retirandose la base metálica y el disco espaciador.

Se pesa el molde con la muestra y se determina la humedad y densidad de las muestras.

Expansión del material.

Se coloca un papel filtro sobre la superficie enrasada y se coloca la base metálica perforada y se voltea la muestra.

Sobre la superficie libre se coloca otro papel filtro y se montará el platillo con el vástago fijo.

Sobre el platillo se colocará las pesas de plomo. Estas representan el peso de las capas superiores del pavimento. La sobrecarga mínima es de 10 libras equivalente a un pavimento de 5" de espesor.

Con las pesas de sobrecarga se sumergen los moldes en un tanque de agua, se coloca el trípode con el extensómetro montado y se deja en saturación por 4 días. Se anotan las lecturas para controlar el hinchamiento cada 24 horas.

Después de sumergida la muestra durante cuatro días se debe drenar esta secándola y posteriormente volteándola y sujetando el platillo y las pesas durante 15 minutos.

Se remueve el disco, las pesas y el papel filtro, y se pesan las muestras.

Resistencia a la penetración .

Se colocan las pesas metálicas anulares de plomo. El molde con la muestra y la sobrecarga se coloca debajo del pistón de la prensa de carga aplicando una carga de asiento de 10 libras.

Una vez asentado el pistón se coloca en cero el extensómetro que mide la deformación.

Se hinca el pistón manteniendo una velocidad de 0.05" por minuto y se anotan las cargas para incrementos de 0.025" hasta el final de la penetración. Acabada la penetración se retira el molde. Se determina el contenido de humedad de la parte superior, media e inferior de la muestra.

Se grafican los datos obtenidos de carga-penetración.

6. CONCLUSIONES

Generalmente, los CBR que se obtienen para el diseño de pavimentos flexibles, corresponden a una penetración de 0.1" y a un material compactado y saturado.

Sin embargo, si las condiciones climeráticas, de drenaje, etc alejan la posibilidad de que el terreno de fundación se sature, el CBR puede determinarse para un estado de humedad distinto al de saturación. En general, podemos establecer que la determinación del CBR, deberá verificarse para las condiciones de humedad y densidad que prevalecerán en la obra a construirse.

El método de California establece una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su valor relativo como base de sustentación de pavimentos flexibles.

El CBR de un suelo es la resistencia a la carga unitaria equivalente a 0.1" y .2" de penetración, si los CBR para 0.1" y 0.2" son parecidos se toma el CBR de 0.2"

Como en nuestro laboratorio el CBR para 0.1" es parecido al CBR para 0.2" no fue necesario repetir el ensayo.

El método de California, si bien es empírico, se basa en muchas pruebas de investigación realizados tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, así como en "in situ", lo que permite considerarlo como uno de los mejores métodos prácticos.

Los datos obtenidos del análisis del CBR fueron los siguientes:

Para 0.1" se obtuvo un CBR de

Para 0.2" se obtuvo un CBR de

Como la diferencia entre estos valores no fue muy grande no fue necesario realizar el ensayo nuevamente.

Para la determinación del CBR se tomo como comparación el valor de la carga unitaria que soporta la piedra triturada.

Carga(lbs/pulg^2) Penetración.

1000 0.1"

1500 0.2"

El valor CBR = Resistencia a la penetración correspond. a 0.1" ó 0.2" (%)

Carga patrón correspondiente a 0.1" ó 0.2"

El CBR determina la capacidad de soporte del suelo para fines de pavimentación basado en la resistencia a la penetración, y en este caso se observa que en el resultado del ensayo se obtiene un CBR por encima del 100% indicando una capacidad de soporte muy adecuada para fines de pavimentación.

 

 

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