Transcript
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1-20(*3'4/ 5 +-6.-,7*6'0/7- 20 8*)'60/7-9 &'()'* +*,- &.'/0(
BASES Y SUBBASES GRANULARES (NO LIGADAS o CEMENT CEMENTADAS) ADAS)
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Importancia de las capas de base y subbase granulares Juegan un rol muy importante en el desempeño general de la estructura de pavimento. En pavimentos flexibles: proveen resistencia general a la estructura de pavimento. En el caso de subbases contribuyen a evitar la erosión de la capa de base. En pavimentos rígidos: la base provee el soporte de las placas de concreto. Bases/subbases: Bases/subbases: proveen drenaje interno y ayudan a evitar los efectos negativos del agua en la subrasante.
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Importancia de las capas de base y subbase granulares ?'/>'20A 20 (-9 6*70,'*(09 3-6.*37*2-9
Recomendaciones generales hablan sobre algunos valores recomendados de módulo de un material de subbase (o CBR en su defecto, e.g. superior a 20 y de base un CBR superior a 80), granulometías granulometías y propiedades propiedades básicas del material.
En campo sólo se especifica la humedad a la cual se debe realizar la compactación (e.g., 95% w óptima), pero no hay regulación con respecto a módulos copactados requeridos.
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Importancia de las capas de base y subbase granulares ?'/>'20A 20 (-9 6*70,'*(09 3-6.*37*2-9
Si un material no clasifica para ser empleado como parte del cuerpo del pavimento, se puede mejorar con la adición de otros materiales (estabilizaciones)
Bases y subbases tratadas con bitumen, cemento, cal, etc.
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría AASHTO 6 tipos de gradaciones granulométricas (A a F). Las granulometría A es principalmente usada para Bases de pavimentos mientras que las granulometrías B a D usualmente se emplean para Subbases. Las granulometrías E y F se pueden emplear como material superficial en pavimentos que no van a estar pavimentados (sin carpeta de rodadura o afirmados).
B
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría AASHTO:
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría AASHTO:
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría AASHTO:
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría ASTM 2 tipos de granulometría, una para subbase y otra para base. También incluyen requerimientos sobre plasticidad de los finos y sobre durabilidad de los agregados.
Porcentaje que pasa Tamaño tamiz
Bases
Subbases
50 mm
100
100
25 mm
95-100
90-100
9.5 mm
70-92
4.75 mm
50-70
2 mm
35-55
425 µm
12-25
75 µm
0-8
30-60
0-12
C
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría ASTM
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría Normas británicas
Porcentaje que pasa Tamaño tamiz
Tipo 1
75 mm
100
Tipo 2 100
37.5 mm
85-100
85-100
10 mm
40-70
45-100
5 mm
25-45
25-85
600 µm
8-22
8-45
75 µm
0-10
0-10
$
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría Normas británicas
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Granulometría INVIAS
Tamiz Normal
Alterno
% que Pasa
50 mm
2’’
100
37.5 mm
1 !’’
70-100
25 mm
1’’
60-100
12.5 mm
!’’
50-90
9.5 mm
3/8’’
40-80
4.75 mm
No. 4
30-70
2.0 mm
No. 10
20-55
425 µm
No. 40
10-40
75 µm
No. 200
4-20
D
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Comportamiento de los materiales: elasto-plásticos
!"#$%&'() +"%',-
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Zona 1: pequeños esfuerzos
1
1'96* ,<7* .*,* 3*,>* I<0 .*,* 2093*,>*J 3-6.-,7*6'0/7- .<,0(K9L3-
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
!"#$%&'() +"%',-
E
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Zona 2: elástico shakedown 80I<0M-9 /')0(09 20 20N-,6*3'4/ .0,6*/0/70
2
O20='2- * 209('A*6'0/70/7,0 .*,P3<(*9Q
+'3(-9 9<=90I<0/709 *( 6'96- /')0( 20 20N-,6*3'4/J /.,-2<30/ 20N-,6*3'4/ .(K9L3* *2'3'-/*(
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Zona 3 y 4: altos niveles de esfuerzos 1*5-, 20N-,6*3'4/ .(K9L3* I<0 0/ (* A-/* :
3
4
R( '/3,060/7- 0/ (* A-/* .(K9L3* @/*('A*J (S6'70 .(K9L3T(>,0>*2-9J (* 20N-,6*3'4/ .(K9L3* 3-/L/U* 209.,*2<*( 0/ (-9 *>,0>*2-9QJ ,%./') &% 0,%%1 123!40#
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
H
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Zona 5: W0N-,6*3'4/ .(K9L3* '/3,060/7* X*97* (* N*((* 5
Y-9 *>,0>*2-9 9Z *=,*9'4/ 5 N,*37<,* 9'>/'@3*L)*
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Deformación permanente vs. Número de ciclos:
Permanent Strain
(5)
(4) (3) (2) Number of cycles 8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
#G
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta mecánica Típica respuesta de materiales granulares ante carga cíclica:
+*,>* *.('3*2*
[09<097* ,09'('0/70 [09.<097* W0N-,6*3'4/ .0,6*/0/70
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta resiliente Métodos de diseño comunes: respuesta de materiales granulares involucra deformaciones en las regiones (2) y (3) Por esta razón se supone que es apropiado describir la respuesta mecánica del material empleando el Módulo Resiliente (componente elástica de la respuesta)
Permanent Strain
(5)
(4) (3) (2)
8*.>'*//*F'9 */2 1*9*2 :GGH
Algunos métodos de diseño suponen un módulo resiliente dependiente del estado de esfuerzos, Mayoría de métodos supone que las propiedades mecánicas de las capas no ligadas es isotrópica
Number of cycles
##
!"##"#$
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta resiliente Módulo Resiliente (M r ): determinado mediante ensayo de carga triaxial. Especímenes cilíndricos sujetos a un estado específico de esfuerzos: esfuerzo de confinamiento y esfuerzo vertical compresivo dinámico: M r
$ =
(" 1 # " 3 ) ! 1,r
!
µ
=
!
"
3, r
!
!# 5 !BJ 09N<0,A- .,'/3'.*(09 6*5-, 5 60/-,Z "#Z, 20N-,6*3'4/ ,09'('0/70 .,'/3'.*( 6*5-, µZ
,0(*3'4/ 20 8-'99-/\Z "BZ, 20N-,6*3'4/ ,09'('0/70 .,'/3'.*( 60/-,
!
1,r
", 09 ,*/<(*,09 Respuesta resiliente Módulo Resiliente (M r ) Valores Típicos
#:
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta resiliente Relación de Poisson: Valores Típicos
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta resiliente Factores que afectan la respuesta resiliente de los materiales granulares: !
!
!
Estado de esfuerzos Compactación y estructura de los agregados (comentario: el futuro de la compactación inteligente) Factores particulares del material
#B
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Estado de esfuerzos:
M r
M r
M r
& ' k P a $ $ P % a
3
=
=
=
1
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k 2
!
k 2
!
1
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k 2
& ' d # $$ !! % P a "
k 3
!
!BJ 09N<0,A- 20 3-/@/*6'0/7-Z #* .,09'4/ *76-9NV,'3* # 9<6* 20 (-9 09N<0,A-9 .,'/3'.*(09 !2Z 09N<0,A- 209)'*2-, O!#`!BQZ $ : .-9'L)-Z $ B /0>*L)-
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Efecto del esfuerzo de confinamiento
#!
!"##"#$
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Mr para suelos finos o cohesivos: usualmente descritos mediante: M r
M r
=
=
& ' d k P a $ $ P % a 1
# !! "
k 2
!
& ' oct # k P a $ $ P !! % a "
W-/20Z
k 2
1
$ : '9 /0>*L),*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Condiciones de compactación/acomodación: !
!
Capas granulares no ligadas: propiedades anisotrópicas (las capas son más rígidas en la dirección vertical que en la dirección horizontal); Anisotropía se debe a: 1) las partículas tienen una orientación preferencial, 2) efectos de la compactación, 3) efectos de la forma del agregado.
#C
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Relaciones entre el módulo resiliente vertical O",% QZ X-,'A-/7*( O", & Q 5 0( 642<(- 3-,7*/70 O', &% Q :
y r
M
=
& ( # k 1 P a $$ !! % P a "
=
& ( # k 4 P a $ $ P !! % a"
=
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x
M r
G
xy r
k 2
k 5
k 8
& ' oct # $$ !! % P a " & ' oct # $$ !! P % a " & ' oct # $$ !! P % a "
k 3
k 6
k 9
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente
Ejemplo de comportamiento de módulos resilientes
#$
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Factores particulares del material
! !
Densidad Granulometría
!
Contenido de finos Contenido de humedad
!
Propiedades físicas
!
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Factores particulares del material / densidad !
!
!
!
Más significativo para agregados parcialmente triturados; No es tan importante para agregados completamente triturados; M r incrementa con el incremento de la densidad únicamente para bajos niveles de confinamiento; Para altos niveles de confinamiento M r es menos sensible a la densidad.
#D
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Factores particulares del material / granulometría y finos !
!
!
No existe consenso sobre su efecto en M r ; Algunos estudios muestran que los contenidos de finos entre 2 y10% tienen un ligero efecto positivo en el valor de M r , otros han encontrado que incrementos de finos afectan negativamente el valor de M r ; Bien gradadas (densamente gradados) han mostrado mayores valores de módulo resilientes M r que materiales gradados uniformemente o discontinuamente.
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Factores particulares del material / contenido de humedad !
!
!
Es crítico en determinar M r ; Bajo el contenido óptimo: pequeños incrementos de humedad generan incrementos en M r . Sobre el óptimo: decrece el M r ; Este comportamiento se puede explicar con base en los efectos de la cantidad de humedad en la succión y presión de poros.
#E
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Factores que afectan la respuesta resiliente Factores particulares del material / propiedades físicas
!
Partículas angulares y con textura rugosa están relacionados con mayores M r en comparación con partículas sin triturar y con superficies lisas T>,0>*2- 3-/ 3*,*9 */><(*,09 T>,0>*2-9 3-/ 3*,*9 /*/><(*,09
_0b7<,* ,<>-9*
_0b7<,* 9<*)0
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Mediciones experimentales Estándar AASHTO T 307-99
!
!
M r para materiales granulares de bases y subbases sin tratar, y M r de subrasantes
#H
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Mediciones experimentales Estándar AASHTO T 307-99
!
R/9*5- 7,'*b'*( 3S3('3- 9-=,0 09.03S60/09 3'(S2,'3-9a
!
! c O#`3-9$Q":Z $ 0/7,0 G 5 :%.
!
" 90 6'20 5 90 <9* .*,* 3*(3<(*, ",a
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Mediciones experimentales Estándar AASHTO T 307-99 El estudio NCHRP 1-28 A realizó importantes recomendaciones sobre el ensayo de M r : !
! !
Tamaño de la muestra depende del tamaño máximo de agregado; Modificar los tiempos de carga; Usar un nuevo modelo para M r :
donde k 1, k 2 ! 0, k 3, k 6"0, k 7 ! 1
:G
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Mediciones experimentales Ejemplo: resultados de un ensayo
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Mediciones experimentales Ejemplo: cálculos de # y de 'oct: !
Debido a que !2 = !3: "
= ! 1 +
2! 3
2 "
oct
!
=
3
d
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Mediciones experimentales Ejemplo: relación entre M r y #:
", *<60/7* 0/
N,*/<(*,09 Mediciones experimentales Ejemplo: relación entre M r y 'oct:
T(7-9 3-/@/*6'0/7-9J 1*5-, '-37Z 60/-, ",
", 203,030 0/ N,*/<(*,09 Mediciones experimentales Ejemplo: regresiones
!
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8*,*J
M r
8*,*J M r
=
=
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k 2
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1
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k 2
& ' oct # $$ !! P % a "
k 3
$ #cBG$aG$ $ :c#a!#C $ Bc`Ga!$D
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Estimar el componente plástico de la deformación: permite cuantificar deformaciones permanentes. Existen dos aproximaciones para modelar la respuesta plástica de bases/subbases y subrasantes: !
!
Usar un modelo 3-D de comportamiento a la deformación de agregados basado en teoría plástica, Usar experimentos de laboratorio para obtener una relación uni-dimensional entre el estado de esfuerzos, el número de ciclos y la deformación permanente acumulada.
:B
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Modelos empíricos: Modelo
Expresión
Variables "1,p
Khedr (1985)
" 1, p
N
=
1-D def. permamente N número de ciclos A1, b constantes del material
!b
A1 N
"1,p(N ) Deformación perm. Debido a la aplicación del n-ésimo ciclo
VESYS (1977)
# 1, p
( N )
=
# r , 200 "
$ ! "r,200
Deformación resiliente a los 200 ciclos
N
(
Constante de proporcionalidad
)
Constante del material
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Modelo VESYS:
# 1, p
( N )
# r , 200 "
=
$ !
N
Qi and Witczak (1998) propusieron las siguientes relaciones para calcular los parámetros del modelo:
(t )
" =
0 ,751629 + 0 ,0438023 log
"
0.00237082 t 1
=
donde:
( )
0.0651478
( ) t d
1
+
( )
0.0231006 log t d
#0.107480
1.01843
( ) T
( )
0.320862
$
t 1: loading rate in sec t d: rest period in sec T : temperatura en ºF !: esfuerzo en psi
:!
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Modelos empíricos: Modelo
Expresión
Variables "0
!
Tseng and Lytton (1989)
# 1, p ( N )
=
# 0 e
) " & *' $ ( N %
max. deformación permanente a grandes números de ciclos (N)
! , " parámtros de forma !
Este modelo se puede usar para predecir la deformación permanente en capas de agregados sin tratar de espesor h: %
+ " (
$ 1, p
=
+ # 0 ( , )* N &' )) && e # ! h * # r '
donde "r y "( son la deformación resiliente medida en el lab y la deformación elástica vertical obtenida de análisis elástico
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Ejemplo: resultados de ensayo triaxial de def. permanente:
:C
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;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Ejemplo: resultados de ensayo triaxial de def. permanente: Los parámetros que mejor ajustan el modelo de Tseng-Lytton son:
!
# 1, p ( N )
=
# 0 e
) " & *' $ ( N %
* c GaB#!D + c H!$a# "Gc GaGGBBC
;*909 5 9<==*909 >,*/<(*,09 Respuesta plástica Ejemplo: resultados de ensayo triaxial de def. permanente:
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