Modulo Pavimentos

S E G U N D A T I T U L A C I Ó N

Decano de la Facultad de Ingeniería.

MG. Jorge Salas Ruiz.

Director de la Escuela de Ingeniería Civil.

Ing. Ricardo Delgado Arana.

Docente del Curso.

Ing. Luis A. Horna Araujo.

Enero 2008

MODULO DE PAVIMENTOS

Presentado por:

Escuela de Ingeniería Civil

Facultad de Ingeniería - UCV

FAC U LTAD D E I N G E N I E R Í A

INDICE

PRESENTACION

I.- MARCO CONCEPTUAL

1. Competencias………...

2. Lineamientos de Políticas del Curso………...

3. Objetivos Curriculares………

II.- MARCO ESTRUCTURAL

1. Descripción del Modulo

Desarrollo de las Actividades

Programadas.-2. Bibliografía

 RICO RODRIGUEZ ALFONSO, La Ingeniería De Suelos En Las Vías Terrestres. LIMUSA SA.

 MONTEJO FONSECA ALFONSO, Ingeniería de Pavimentos Para Carreteras. AGORA EDITORES LTDA.

 MORA QUIÑONES SAMUEL. Mecánica de Suelos y Diseño de Pavimentos. U.N.I.  RAUL VALLE RODAS: Carreteras, calles y aeropuertos: Sexta Edición: De. EL

ATENEO: 1982.

 MERRITT FREDERICK: Manual del Ingeniero Civil: Segunda Edición: Mc Graw – Hill: 1985.

 FELIX ERNESTO GARCIA GALVEZ: Apuntes de Pavimentos: U.N.T.C

 GERMAN VIVAR ROMERO: Diseño y Construcción de Pavimentos: Segunda edición: Libro Nº 6 - COLECCIÓN DEL INGENIERO. C.I.P 1995

 BISSO F. RICARDO:Los Asfaltos y sus Aplicaciones. Editado por Petróleos Del Perú:1998

 YAMUNAQUE JORGE: El Asfalto y su Aplicación en la Ingeniería Vial: MIANO.

 THE ASPHALT INSTITUTE: Manual del Asfalto: Ed. URMO, S.A. DE EDICIONES: 1982

WEB SITES DE INTERES:  www.aashto.org.  www.asphaltinstitute.org.  www.cemex.com.  www.icc.ucv.cl/obrasviales/  www.construaprende.com/  www.mtc.gob.pe/  www.portcement.org/.  www.cement.org/pavements/pv_sc_scb.asp  www.asocem.org.pe/  www.carreteros.org/normativa/

PRESENTACION

Las actuales condiciones dentro de las cuales se desarrolla la economía mundial, exige

celeridad en el intercambio comercial, intercambio que se desarrolla en un alto

porcentaje por carretera, sobre todo en países como el nuestro, en los cuales, otros

medios de comunicación no han alcanzado un desarrollo similar al de las carreteras,

siendo éste el más importante medio para el transporte de pasajeros y carga.

Por tanto las carreteras que conforman la red vial del país, debe estar acondicionada para

cumplir con las exigencias del tránsito vehicular al que se ven sometidas día a día. No

solo en lo que se refiere a las características geométricas, sino también a la resistencia

que debe tener la estructura del pavimento, a fin que pueda soportar de manera

adecuada, las cargas que le transmiten los vehículos que circulan por ellas.

En tal sentido, el curso de Pavimentos que se desarrolla a continuación ha sido

estructurado de manera tal, que brinde al estudiante los conocimientos y las herramientas

técnicas necesarias para enfrentar con éxito el diseño de estructuras de pavimentos tanto

flexibles como rígidos, bajo las condiciones de resistencia del terreno, tráfico vehicular,

calidad de los materiales a utilizar, así como las condiciones medio ambientales

presentes en la zona en que se localiza la vía en diseño.

Se incluye en el contenido del curso, los procedimientos de diseño de pavimentos de

mayor uso en nuestro medio y que han alcanzado un mayor desarrollo, como son el

método AASHTO para diseño de estructuras de pavimentos flexibles y rígidos, el

método del Instituto del Asfalto para pavimentos flexibles y el método de la PCA para

pavimentos rígidos, además de una introducción a la metodología empírico mecanística,

que constituye el futuro en el diseño de pavimentos flexibles.

La amplia difusión de los pavimentos flexibles, exige un interés especial en el estudio de

los materiales asfálticos, de mayor uso en pavimentación, como son el cemento asfáltico,

las emulsiones asfálticas y los asfaltos diluidos, las técnicas de diseño y preparación de

mezclas asfálticas en caliente y en frío y los procesos involucrados en la construcción

de superficies de rodadura asfáltica.

Finalmente se incluyen conceptos sobre la gestión de pavimentos, incidiendo en las

técnicas de evaluación, tanto de la condición superficial, como de la condición

estructural, lo que permitirá establecer las necesidades de atención de del pavimento en

un determinado momento de su vida útil.

A fin que el curso de Pavimentos sea debidamente asimilado, el estudiante de Segunda

Titulación debe estar debidamente capacitado en los aspectos de Mecánica de Suelos, así

como en Tecnología de Materiales y del Concreto, requisito fundamental que permitirá

el dominio de las técnicas de diseño de pavimentos que se desarrollas en el presente

curso.

I .- MARCO CONCEPTUAL

COMPETENCIAS

Conceptual.- Utiliza

métodos y procedimientos de evaluación y diseño de

pavimentos flexibles y rígidos, así como conocimientos para el diseño

de mezclas asfálticas y técnicas y habilidades para la gestión vial,

aplicando criterios de preservación y sostenibilidad del medio

ambiente, buscando mejorar la calidad de vida de la población

Procedimental.- Demuestra

precisión, orden y exactitud en la aplicación de los

parámetros y procedimientos de diseño de pavimentos.

Selecciona adecuadamente los materiales que intervienen en la

construcción de la estructura de un pavimento, de acuerdo a sus

propiedades físicas y mecánicas, con cierto criterio de seguridad y

economía.

Evalúa la condición superficial y estructural de un pavimento

aplicando convenientemente las técnicas de evaluación pertinentes.

Actitudinal.- Muestra interés en conocer los diferentes tipos de pavimentos

existentes, y su estructura.

Asume la importancia de dominar correctamente los procedimientos

de diseño de pavimentos flexibles y rígidos.

LINEAMIENTOS Y POLITICAS DEL CURSO

La presente asignatura forma parte del currículo de Ingeniería Civil para la segunda

especialidad de la Universidad Cesar Vallejo y su contenido programático es

compatible con la asignatura de Pavimentos.

La estructura y contenido del curso esta diseñada para lograr que el estudiante

alcance la excelencia académica respecto al entendimiento del comportamiento de

los suelos como terreno de fundación de la estructura de un pavimento, la respuesta

de la estructura del pavimento bajo la acción de las cargas del tránsito vehicular, bajo

las condiciones medioambientales presentes en la zona de ubicación de la carretera,

así como los requerimientos de calidad de los materiales que intervienen en la

construcción de los pavimentos flexibles y rígidos, logrando de esta manera un

diseño acorde con las necesidades existentes, coadyuvando de esta manera, a cubrir

las exigencias del perfil del Ingeniero Civil en formación.

El desarrollo del curso prioriza la participación activa del estudiante, tanto durante

las horas de clase, así como en el desarrollo de tareas individuales y grupales, lo que

requiere la presencia permanente del estudiante en la exposición de conocimientos

teóricos así como en las actividades prácticas que se programan durante el desarrollo

de la asignatura. .

Porcentajes de evaluación:

EVALUACION

PESO DE LA

EVALUACIÓN

PUNTAJE

ASISTENCIA (diaria)

20 %

4 Puntos

TRABAJOS (1 por semana)

20 %

4 Puntos

INTERVENCIONES EN CLASE

(acumulativa)

10 %

2 Puntos

PRACTICAS CALIFICADAS (1 por

semana)

20 %

4 Puntos

EXAMEN INDIVIDUAL (2 al mes)

30 %

6 Puntos

TOTAL

100 %

20 Puntos

La asistencia es obligatoria al 70 % de las clases dictadas.

OBJETIVOS CURRICULARES



Identificar y clasificar el tipo de suelo existente bajo la subrasante,

representándolo gráficamente.



Determinar la resistencia de diseño del suelo del terreno de fundación que

será usada en el diseño de la estructura de un pavimento.



Utilizar procedimientos de mejoramiento de la resistencia del suelo existente

para ser utilizado como terreno de fundación.



Clasificar los pavimentos, de acuerdo con diferentes criterios de

clasificación, identifica cada una de las partes que conforman la estructura de

un pavimento.



Diseñar la estructura de pavimentos flexibles y rígidos, determinando las

dimensiones de cada una de las capas que los conforman, utilizando

diferentes procedimientos de diseño, considerando las condiciones de tráfico,

resistencia del terreno, clima y otras



Identificar los diferentes tipos de materiales bituminosos que produce la

industria para usos en pavimentación.



Diseñar mezclas asfálticas para pavimentos flexibles, determinando las

proporciones de cada uno de los materiales que intervienen.



Conocer los procedimientos de evaluación de pavimentos, identifica los

diferentes tipos de fallas que se pueden presentar, determina el nivel de

servicio de un pavimento y propone el trabajo más adecuado para recuperar

los niveles de servicio de la vía.



Conocer y define las labores de mantenimiento rutinario y periódico, de

rehabilitación y mejoramiento vial y recomienda el tipo de labor a ejecutar en

función del estado de la vía.

II MARCO ESTRUCTURAL.-

1. DESCRIPCION DEL MODULO.

PRIMERA UNIDAD: EL SUELO DE FUNDACIÓN.

1) Exploración de suelos.- Definición, actividades preliminares.

a) Métodos de exploración.

b) Perfil del suelo: perfil estratigráfico, diagrama lineal.

c) Clasificación se suelos.

d) Ubicación y profundidad de las excavaciones. Toma de muestras:

recomendaciones.

2) Resistencia del Terreno.

a) CBR.

b) Módulo Resiliente. (Mr.)

c) Módulo de Reacción del suelo. (K.)

d) Determinación del CBR de diseño.

3) Mejoramiento del Terreno de Fundación.

a) Estabilización de suelos.

(i)

Métodos de estabilización mecánicos. Mezcla de dos suelos, mezcla de

tres suelos, drenaje, compactación, etc.

(ii) Métodos de estabilización químicos. Con Cemento, con cal, con asfalto,

aditivos.

SEGUNDA UNIDAD: DISEÑO DE PAVIMENTOS.

1. Generalidades.

b) Introducción: definición de términos.

c) Estructura del Pavimento.

d) Clasificación de los pavimentos.

e) Criterios de elección del tipo de pavimento.

2. Diseño de Pavimentos Flexibles.

a) Introducción.

b) Experiencia vial AASHO.

c) Método de diseño AASHTO – 93: criterios de diseño, Parámetros de diseño,

procedimiento de diseño.

d) Método del Instituto de Asfalto. criterios de diseño, Parámetros de diseño,

procedimiento de diseño.

3. Diseño de Pavimentos Rígidos.

a) Introducción.

b) Método AASHTO.

c) Método de la P.C.A..

TERCERA UNIDAD: MATERIALES ASFÁLTICOS.

1) Definiciones.

2) Asfaltos de Petróleo.

a) Obtención.

b) Tipos de asfaltos de petróleo. Características técnicas

c) Características físico - mecánicas. Reología.

3) Usos del Asfalto en Pavimentación.

4) Diseño de Mezclas asfálticas.

a) Estudio de los materiales: agregado fino. Agregado grueso, rellenador

mineral, cemento asfáltico.

b) Métodos de diseño teóricos.

c) Método de Marshall.

d) Método de Hveem.

CUARTA UNIDAD: CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS.

1) Equipo mecánico.

2) Técnicas de construcción.

3) Nuevas tecnologías.

QUINTA UNIDAD: ADMINISTRACIÓN VIAL.

1) Evaluación de Pavimentos.

a) Evaluación superficial: PCI, PCR.

b) Evaluación Estructural.

c) Diseño de sobre capas de asfalto.

DESARROLLO DE ACTIVIDADES

PROGRAMADAS.-SEMANA

1.-ESTUDIO DEL TERRENO DE FUNDACIÓN

GENERALIDADES.

El proyecto y diseño de pavimentos exige el conocimiento previo del terreno sobre el cual deberá cimentarse la estructura del mismo. Esto se conseguirá mediante la exploración del suelo, lo que requiere además, conocer las características existentes del lugar, como: topografía (identificar ríos, quebradas, pantanos, etc.); el clima de la zona en estudio; las facilidades de acceso a la obra; el tipo de vegetación, etc. No solo de la ubicación de la obra sino también de la zona circunvecina.

Así mismo es necesario el conocimiento de otros aspectos como la rasante de diseño, el equipo, recursos humanos y económicos con que se cuenta, plazo de ejecución y otros, Que facilitarán llevar a cabo las técnicas de exploración del suelo.

ACTIVIDADES PRELIMINARES.

Antes de llevar a cabo los trabajos de exploración de campo, se deberá analizar toda la información existente de la zona de estudio. Esta información puede ser estudios de suelos y/o geológicos ejecutados en/o cerca del lugar, fotografías aéreas, estudios topográficos, antecedentes climatológicos, condiciones sísmicas, presencia de napa freática, ubicación de la subrasante, cercanía de pueblos o campamentos, servicios de transportes y comunicaciones y, básicamente, preparar el listado de asuntos a estudiar, los ensayos que deberán ejecutarse y la aplicación que se hará de los mismos.

PERFIL DEL SUBSUELO.

Conocer el perfil del subsuelo significa conocer los diferentes tipos de material que lo conforman a diferentes profundidades. Este perfil se elaborará con la ayuda del estudio topográfico del lugar en que se construirá la obra.

El perfil del subsuelo deberá contener la información referente a la clase de suelos y rocas existentes, así como se mostrará la profundidad a la que se encuentran las aguas subterráneas. Los datos que hacen posible la confección del perfil del subsuelo se obtienen mediante la prospección del suelo, haciendo uso de los deferentes métodos de exploración existentes. (insertar gráfico)

MÉTODOS DE

EXPLORACIÓN.-Existe una variada gama de métodos para la exploración del subsuelo, siendo los más utilizados los que se indican a continuación:

 Penetrómetros.  Muestras "lavadas"

 Métodos geofísicos.  Sondeos.

a).- Penetrómetros.- En general son barras metálicas que tienen extremos en forma cónica de

45 o 60°. Existen dos tipos: estáticos y dinámicos.

- En los penetrómetros estáticos, la barra se introduce a presión en el subsuelo, aplicando lentamente (20 a 40 cm, por minuto) una presión constante. La profundidad de penetración del cono es medida para cada incremento de carga. Estos penetrómetros registran la resistencia de punta, que opone el cono al penetrar en el subsuelo, y la fricción lateral. - Los penetrómetros dinámicos son hincados en el subsuelo por medio de golpes, para una

determinada longitud, haciendo caer libremente un martinete de peso conocido, desde una misma altura y registrando los golpes que sean necesarios aplicar para introducir , cada vez, la barra del penetrómetro una determinada longitud.

b).- Muestras "Lavadas".- Se obtienen muestras lavadas con equipos de perforación tipo

Standard y mediante agua a presión se va lavando el material del subsuelo, a medida que se introduce la tubería de perforación. Las muestras del material salen junto con el agua del lavado. Por el color y textura de los materiales lavados se puede conocer la clase de material que se extrae y los espesores de los diversos estratos. Este método solo se debe utilizar para exploración preliminar.

c).- Muestras obtenidas con taladros helicoidales y tipo "balde".- Se usan en suelos

cohesivos con cierto contenido de humedad. No se recomienda su uso en terrenos granulares o muy secos, o en suelos sin cohesión, ya que el material no se adherirá a las paredes del taladro y no se podrá extraer.

Son más utilizados los taladros tipo "balde", ya que se pueden obtener muestras representativas muy grandes y de profundidades hasta 60 m. Obteniéndose una mejor idea de la clase y composición del material existente. En terrenos deslizables no es práctico su uso, debido al desmoronamiento de las paredes, lo que obliga a la utilización de camisas metálicas o utilizar inyecciones de cemento o bentonita para estabilizar las paredes de la perforación.

d).- Pozos de Exploración.- En la excavación de pozos o calicatas, el ingeniero puede ir

observando las variaciones del material, estableciendo en forma exacta los espesores de los diferentes estratos, la profundidad de la napa freática, etc.; esto permite una mejor inspección y clasificación de los materiales del suelo. Este método de exploración es poco práctico en terrenos deslizables y no se recomiendan para profundidades mayores de 5 m. Debido a su costo.

e).- Métodos Geofísicos.- Son métodos más sofisticados, en los cuales la prospección no

requiere de la obtención de muestras. Se ejecutan generalmente desde la superficie del terreno, lo que evita las perforaciones. Los más conocidos son: eléctricos, sísmicos, vibratorios, magnéticos y gravimétricos, de estos los más utilizados se describen a continuación:

- Método Eléctrico.- Por este método, se mide la resistividad que presenta un suelo o roca

al paso de corriente eléctrica continua o alterna. La resistividad de cada suelo varía de acuerdo a su contenido de sales, humedad y densidad y se mide siguiendo la ley de Ohm. Uno de los aparatos utilizados es el llamado de 4 electrodos o de Wenner.

- Método Sísmico.- Mediante este método se mide la velocidad de propagación de las

ondas sonoras a través de un suelo. Las ondas sonoras se producen mediante golpes de martillo o detonaciones de explosivos. Se basa en que la velocidad de propagación de las ondas sonoras es diferente para cada suelo o roca.

Se dispone un detonador o una placa metálica que recibirá los golpes y se instalan detectores o geófonos a diferentes distancias, luego se hacen las detonaciones, a diferentes distancias de los geófonos, pues se conoce que la profundidad a la que se propagan las ondas sonoras es proporcional a la distancia existente entre el geófono y el punto de detonación.

f).- Sondeos.- Es el más recomendable y práctico para la exploración del subsuelo a profundidad. Permite, una vez efectuada la clasificación litológica de las muestras, una mejor elaboración del perfil del subsuelo. Tiene la limitación del reducido de las muestras. Se utilizan sondeos a percusión y a rotación:

- Los sondeos a percusión permiten la obtención de muestras del suelo utilizando sacamuestras hincados con martinetes. Durante la perforación se pueden obtener muestras alteradas y para sacar muestras inalteradas se acopla el sacamuestras de pared delgada y se introduce a presión en el suelo.

- En los sondeos a rotación, las muestras se obtienen acoplando taladros a los equipos de perforación. Las muestras, testigos o núcleos se extraen a rotación empleando brocas de tungsteno o diamante.

Debido a que las cargas a que se somete un pavimento de carretera tienen influencia a profundidades relativamente pequeñas, se prefiere la perforación de pozos de exploración, que para el caso resultan los más convenientes.

SISTEMAS DE CLASIFICACION DE LOS SUELOS

DEFINICIÓN

Un SISTEMA DE CLASIFICACION DE LOS SUELOS, es una agrupación de esto con características semejantes. El propósito es estimar en forma fácil las propiedades de un suelo por comparación con otros del mismo tipo, cuyas características se conocen. Son tantas las propiedades y combinaciones en los suelos y múltiples los intereses ingenieriles, que las clasificaciones están orientadas al campo de ingeniería para la cual se desarrollaron, por consiguiente, sólo se explicarán las clasificaciones empleadas en obras viales.

1. SISTEMA AASHTO

El Departamento de Caminos Públicos de USA (Bureau of Public Roads) introdujo uno de los primeros sistemas de clasificación, para evaluar los suelos sobre los cuales se construían las carreteras Posteriormente en 1945 fue modificado y desde entonces se le conoce como Sistema AASHO y recientemente AASHTO.

El sistema describe un procedimiento para clasificar suelos en grupos, basado en las determinaciones de laboratorio de granulometría, límite líquido e índice de plasticidad. La evaluación en cada grupo se hace mediante un “índice de grupo”.

El grupo de clasificación, incluyendo el índice de grupo, se usa para determinar la calidad relativa de suelos de terraplenes, material de subrasante, subbases y bases.

El valor del índice de grupo debe ir siempre en paréntesis después del símbolo del grupo, como: A-2-6 (3); A-7-5 (17), etc.

Cuando el suelo es NP o cuando el límite no puede ser determinado, el índices de grupo debe considerarse (0).

Si un suelo es altamente orgánico (turba) puede ser clasificado como A-8 sólo con una verificación visual, sin considerar el porcentaje bajo 0,08 mm, límite líquido e índice de plasticidad. Generalmente es de color oscuro, fibroso y olor putrefacto y fuerte.

SISTEMA DE CLASIFICACION AASHTO

2. SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN:

El sistema desarrollado por el Dr. Arturo Casagrande utiliza la textura para dar términos descriptivos tales como:

“GW”, grava bien graduada; “GC”, grava arcillosa; “GP”, Grava mal graduada, etc.

Este sistema de clasificación se ha extendido en cooperación con la Oficina de mejoramiento de terrenos (Reclamation) de los Estados Unidos, y se denomina actualmente Sistema de clasificación unificado.

Está basado en la identificación de los suelos según sus cualidades estructurales y de plasticidad, y su agrupación con relación a su comportamiento como materiales de construcción en ingeniería. La base de la clasificación de suelos está en las siguientes propiedades:

1. Porcentaje de grava, arena y finos (fracción que pasa por el tamiz Nº 200) 2. Forma de la curva de distribución granulométrica.

Se establecen fracciones de suelos: Cantos rodados, gravas, arena y finos (limo o arcilla). Los límites de demarcación entre las diversas fracciones y aspectos descriptivos, simbología, descripciones y criterios de clasificación de laboratorio, se dan en la Tabla I: Sistema Unificado de Clasificación de suelos, que se incluye.

Los suelos se separan en tres divisiones: 1. Suelos de grano grueso.

2. Suelos de grano fino. 3. Suelos altamente orgánicos.

Los suelos de grano grueso son aquellos que contienen 50 por ciento o menos de material más pequeño que la malla del tamiz Nº 200, y suelos de grano fino son aquellos que contienen más del 50 por ciento de material más pequeño que el tamiz Nº 200.

Los suelos altamente orgánicos pueden identificarse generalmente por inspección visual. Los suelos de grano se dividen en gravas (G) y arenas (S). Las gravas son aquellos suelos de grano grueso que tienen un porcentaje mayor de la fracción gruesa (la que no pasa por el tamiz Nº 200) retenida en el tamiz Nº 4, y las arenas son aquellos que su porción mayor para por el tamiz Nº 4. Tanto las gravas (G), como las arenas (S), se dividen en cuatro grupos secundarios, GW, GP, GM y GC y SW, SP, SM y SC, respectivamente, según la cantidad y tipo de los finos y la forma de la curva granulométrica.

En la indicada tabla se muestran los tipos representativos de suelos encontrados en cada uno de estos grupos secundarios, bajo el encabezamiento de “Nombres Típicos”. Los suelos de grano fino se subdividen en limos (M) y arcillas (C), según su límite líquido y su índice de plasticidad. Los limos son suelos de grano fino con un límite líquido y un índice de plasticidad, de los cuales grama de la tabla II-3y arcillas aquellos que dan puntos por encima de la línea “A”. Seta definición no es válida para las arcillas orgánicas puesto que el límite líquido y el índice de plasticidad de estos suelos dan puntos por debajo de la línea “A”, El limo (M) y la arcilla (C) se dividen a su vez en dos grupos secundarios basados en el hecho de que el suelo tenga un límite líquido relativamente bajo (L – low), o alto (H – high). Los tipos de suelos representativos encontrados en cada uno de los grupos resultante se dan en la tabla II-3 bajo

“Nombres Típicos”.

Los suelos altamente orgánicos son usualmente muy comprensibles y tienen características inadecuadas para la construcción. Se clasifican dentro del grupo designado por el símbolo Pt. Turba (Peat). El humus y los suelos de pantano son ejemplos típicos de este grupo de suelos.

Las divisiones de los grupos GM y SM en las subdivisiones “d” y “u” es solamente para caminos y aeródromos. Las subdivisiones están basadas en los límites de Atterberg. El sufijo “d” es usado cuando LL es 28 o menos y el PI es 6 o menos. Sufijo “u” es usado cuando LL es mayor de 28.

Clasificación en la línea divisoria, usada para suelos que poseen características de dos grupos es designado por la combinación de símbolos de grupos. Por ejemplo: GW – GC, mezcla de arena y grava bien graduada con arcilla como aglutinante.

ESPACIAMIENTO Y PROFUNDIDAD DE LAS PERFORACIONES.

Debido a la importancia que tiene conocer las características geotécnicas del suelo existente a lo largo del eje del camino, se realizan perforaciones para la toma de muestras y el registro de la información de ensayos in situ, para el diseño y construcción de cortes, rellenos, subrasante y pavimento.

El espaciamiento y profundidad de las perforaciones varía de acuerdo a la topografía, uniformidad de la zona (llanura o montaña) y ubicación de la subrasante de diseño. Se anotan en el cuadro adjunto, algunas recomendaciones de diversos países para vías de uno o dos carriles de circulación:

En dichas referencias las principales razones por las que varía la separación de las perforaciones son la topografía, subrasante de diseño y características observadas en cada perforación (secuencia y número de capas de suelos, espesor, color, consistencia, presencia de napa freática).

País Espaciamiento(a) Profundidad.

(m) mínima (m.)

- Japón 100 – 300 0.5 – 1.0 (b)

- Filipinas 150 (a) 1.0 (b) - Korea 50 - 200 -- Noruega 200 2.0 - Alemania 50 - 100 -- Perú 500 1.2 – 1.5 - Argentina 50 - 200 -- Brasil 50 - 100 0.6 (b) - Méjico 500 1.0 - 1.5 - U.S.A. 15 - 100 0.6 - 1.5 (b) - Francia 250

-a) Los mayores valores se usan para zonas áridas o llanuras. b) Bajo la subrasante.

Teniendo en consideración las características del territorio nacional, el M.T.C. da las siguientes recomendaciones para definir la separación de las perforaciones:

- Si el perfil del suelo es uniforme, (generalmente zonas llanas) la separación máxima puede variar de 100 a 500 m. En el sentido longitudinal (en el eje, o a 3.50 m. Del mismo) considerándose el primer valor para zonas lluviosas y el segundo para zonas áridas.

- Si las características del perfil del suelo varían (generalmente zonas de montaña) la separación máxima puede variar de 50 a 250 m., esta disminución en la separación es obvia, dado que el tiempo dio origen a plegamientos de la corteza terrestre donde los diferentes estratos aparecen con orientación y espesores variables.

- Cuando se efectúen las perforaciones, la profundidad de auscultación estará en función de las siguientes recomendaciones, señalando que las mismas no están enfocadas para casos especiales de suelos blandos, grandes cortes, apoyo de grandes estructuras o la presencia de zonas rocosas.

- La profundidad mínima será de 0.60 m. Debajo de la subrasante de diseño.

- Para detectar el nivel e la napa freática, la profundidad será de 1.20 a 1.50 m. Bajo el nivel de subrasante o terreno natural (12 a 24 horas luego de efectuada la perforación).

- Cuando se desee utilizar para material de relleno el proveniente de zanjas de préstamo lateral a lo largo del eje, la profundidad ser extendida hasta la profundidad estimada de la zanja de préstamo.

- Si la zona está sujeta a fenómenos de congelamiento las perforaciones se profundizarán adecuadamente, con el fin de ver si los materiales son susceptibles a dichos fenómenos. Una profundidad mínima de 1.2 m. Bajo el nivel de subrasante es recomendada.

- En zonas de relleno de alturas mayores de 0.60 a 1.00 m. Especialmente donde se presentan suelos de consistencia muy baja, la profundidad de auscultación tendrá por finalidad analizar el posible asentamiento del terreno, tratándose en lo posible de ubicar estratos de mayor consistencia.

REGISTRO DE LA INFORMACION DE PERFORACIONES.

Se recomienda llevar a cabo un registro completo y sistemático de las características geotécnicas de los suelos encontrados en cada perforación, indicándose el Kilometraje, carril, su ubicación en zonas de corte y/o relleno, espesor de cobertura orgánica, posición y espesor de los estratos encontrados, su clasificación geotécnica de campo, consistencia, humedad, características de drenaje superficial y profundo, presencia de materia orgánica, sales y carbonatos, ensayos a realizar en laboratorio, ubicación de la napa freática y/o mantos rocosos, así como indicar la facilidad de compactar y movilizar equipos de construcción pesado, en épocas de condiciones climatológicas críticas.

Se propone la siguiente nomenclatura:

12 + 386 D A L

(a) (b) (c) (c)

(a) Kilometraje respecto al trazo. (b) Carril (derecho, izquierdo, eje)

(c) Posición del estrato del suelo, hacia arriba: (A) para el primer estrato y así sucesivamente.

(d) En caso de enviar muestras para ensayos en laboratorio colocar (L)

TOMA DE MUESTRAS DEL SUELO.

Número y cantidad de las muestras de suelo a obtenerse para su análisis en Laboratorio están en función de su importancia y representatividad, correspondiendo los ubicados a los 0.6 m. Bajo el nivel de la subrasante, los más importantes para definir el valor de soporte de diseño de la subrasante para las condiciones de humedad y densidad a esperarse en obra. Si se observa que no hay una gran variación en los suelos de la subrasante a lo largo del eje será suficiente para definir la resistencia de diseño de la subrasante, obtener una muestra de 80 a 100 kg. Cada 5 km. Como máximo. De existir una gran variación en los suelos de la subrasante será necesario subdividir el tramo, en secciones de características similares (siempre y cuando la longitud mínima de cada sector sea adecuado desde el punto de vista constructivo, considerando mínimo 500 m. Tomándose una muestra de 80 a 100 kg. Cada 2.5 km., como máximo para definir la resistencia de diseño de la subrasante.

Un mayor número de muestras podrán obtenerse, con la finalidad de estudiar su posible empleo como material de relleno, mejorar la subrasante, detallar el perfil estratigráfico y analizar probables asentamientos en zonas de suelos blandos. Pero en general se tender a obtener muestras alteradas en una cantidad de 1 a 5 kg. (fino y grueso respectivamente), provenientes de un adecuado cuarteo, para clasificar el suelo y determinar su contenido de humedad especialmente. Estas muestras serán colocadas en bolsas plásticas herméticas dobles y estarán debidamente identificadas.

En caso de difícil acceso, se podrán ejecutar "perforaciones de observación", lo que requiere personal con amplia experiencia y que consiste en correlacionar los suelos observados en una determinada perforación con los encontrados en otras perforaciones donde fueron seleccionadas muestras para su análisis en laboratorio, más en lo posible, se deberá tomar muestras para determinar su contenido de humedad.

PRESENTACION DE RESULTADOS.

Los resultados obtenidos de la observaciones de campo, pruebas in situ, así como los resultados de los ensayos de laboratorio efectuados a las muestras de suelo analizadas, se presentarán teniendo en cuenta en lo posible, las recomendaciones siguientes:

 Perfil estratigráfico de suelo a lo largo del eje, indicándose en el mismo: progresivas, cota del terreno natural, cota de subrasante, clasificación del suelo SUCS y/o AASHTO, espesores de estratos, humedad natural, consistencia, ubicación de la napa freática, densidad humedad y CBR "In situ", relación humedad - densidad, ubicaciones de perforaciones de observación y toma de muestras, resultados de las pruebas "in situ” como cualquier información que se considere adecuada. El perfil estratigráfico puede presentarse en un plano a escala adecuada, donde además se debe presentar la sectorización de las secciones de

comportamiento homogéneo, en los cuales se debe indicar el CBR de diseño, el mismo que deberá verificarse durante la construcción.

 Resumen o Certificados de los ensayos de suelos efectuados en laboratorios autorizados.  Gráficos que relacionan las condiciones de humedad, densidad, CBR y expansión a

esperarse en obra, obtenidos para energías de compactación variable, presentándose además las curvas de 0 y 3% de vacíos. Deberá indicarse el método de preparación y compactación de los especimenes, proponiéndose el método de control de densidades y humedades de campo.

ENSAYOS DE LABORATORIO.

De acuerdo al tipo de estudio a realizar, los ensayos de laboratorio a realizar pueden ser los siguientes:

 Contenido de humedad de los suelos (ASTM D 2216)

 Análisis granulométrico de los suelos por tamizado (ASTM D 422).  Cantidad de material que pasa el tamiz # 200 (ASTM D 1140)  Límite líquido de suelos (ASTM D 423; D 4318)

 Límite plástico de suelos (ASTM D 424; D 4318)

 Relación Densidad – Humedad (ASTM D 1557) para energías de compactación variables.  Gravedad específica de los suelos (ASTM D 854)

 Valor relativo de soporte (ASTM D1885)para condiciones de humedad, densidad y expansión a esperarse en obra.

 Contenido de materia orgánica (método químico de bicromato de potasio)  Ensayo de consolidación en suelos pantanosos(ASTM D 2435)

 Presión de expansión de suelos (ASTM D 516) (ASTM D 512)  Sales solubles totales, sulfatos, cloruros y carbonatos.

RESISTENCIA DEL TERRENO DE FUNDACIÓN.

En los procedimientos de diseño de pavimentos, uno de los factores determinantes para calcular el espesor de cada una de las capas que conforman la estructura, es la resistencia del terreno de fundación, así como de los materiales que conforman cada una ellas. Para tal efecto, se han propuesto diferentes métodos, dentro de los cuales se puede mencionar a los siguientes:

 Método C.B.R.

 Determinación del Módulo de Reacción.  Determinación del Módulo de Resilencia.

El método CBR (California Bearing Ratio = Relación de soporte California) es hoy en día uno de los más empleados para el cálculo de pavimentos flexibles, y mediante él, se establece una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, y su capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos. Dependiendo del tipo de suelo, el método presente algunas variantes, sin embargo, en la generalidad de los casos, el CBR se establece en base a la prueba de penetración, graficando en un sistema de coordenadas la curva esfuerzo – penetración, teniendo como material de comparación la piedra triturada, cuyas resistencias a la penetración son las siguientes:

Para 0,1” de penetración – 1,000 lb/pulg2_{. (70 kg/cm}2_.) Para 0,2” de penetración – 1,500 lb/pulg2_{. (105 kg/cm}2_.) Para 0,3” de penetración – 1,900 lb/pulg2_{. (133 kg/cm}2_.) Para 0,4” de penetración – 2,300 lb/pulg2_{. (161 kg/cm}2_.) Para 0,5” de penetración – 2,600 lb/pulg2_{. (182 kg/cm}2_.)

curva pa trón 10 0 % 0 500 1,000 1,500 2,500 2,000 para 0.2" de penetración ...CBR : (Q1 / Q 0 ) x 100 % ENSAYO C.B.R. sobrecarga suelo pulg ².  Q1 0.3 penetración  0.1 0.2 0.4 0.5 Q0 suelo

Q carga (sobre el pistón)

El Módulo de Reacción del suelo se determina mediante procedimiento de ensayo de Carga Directa el cual, en líneas generales, consiste en lo siguiente:

 Se seleccionan adecuadamente los lugares en los que se ha de realizar los ensayos.

 Se dispone de un camión cargado y acondicionado convenientemente con vigas metálicas donde se apoyarán los gatos hidráulicos.

 Se limpia y nivela el terreno, luego se coloca un disco metálico de 30 pulg. de diámetro y sobre él se instala el gato hidráulico. Los extensómetros que servirán para medir las deflexiones se instalan sujetándolos a largueros metálicos que no se deformen al momento de ejecutar el ensayo.

 Estando listo el equipo, se aplica inicialmente una carga que produzca una deflexión entre 0.25 a 0.50 mm., se suelta esta carga y se espera que las agujas no se muevan, luego se aplica la mitad de la carga inicial. Se suelta la carga y una vez que las agujas se inmovilizan, se calibran los extensómetros en cero. El asentamiento inicial se toma como cero, considerando que en el se incluye cambio de volumen debido a la compactación del material.

 Se aplican las cargas en incrementos moderados (0.10 a 0.40 kg/cm2_{) Se hará el número de} incrementos que permitan dibujar la gráfica esfuerzo - deformación (no menos de 6), Cada incremento de carga se aplicará durante 3 minutos, hasta que la rata de deflexión sea menor de 0.001” por minuto, registrándose la deflexión para cada incremento. Se continúa el procedimiento hasta obtener la deflexión total.

 Deberá registrarse la temperatura ambiente a intervalos de media hora.

 En autopistas, carreteras, vías urbanas y pistas de aterrizaje, cuando se ejecutan pruebas directas de carga, se considera como valor soporte del terreno aquella carga unitaria correspondiente a una deflexión comprendida entre 0.1” y 0.5”. Para pavimentos flexibles, se toma 0.5” como deflexión crítica máxima, pues se ha comprobado experimentalmente, que ésta es la máxima deformación que pueden registrar estos pavimentos sin presentar fallas. Sin embargo, teniendo en cuenta el efecto destructivo de la repetición de las cargas, se recomienda, por razones de seguridad, considerar deflexiones menores a ¼” para la determinación del valor soporte del terreno. De ahí que, generalmente, se toma como valor soporte del terreno de fundación aquella carga unitaria correspondiente a una deflexión

crítica de 0.1” ó 0.2” de fundación.

 El Módulo de Reacción: K, se calcula como la tangente del ángulo correspondiente a una deflexión de 0.035” ó 0.05”, dependiendo que se use el criterio del ACI ó de la PCA. Fig.

deformacion  presión   A k = tg  p0 30" P 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 plg.

19

El Módulo Resiliente, es un ensayo triaxial cíclico que intenta reproducir los esfuerzos que se producen en el pavimento como producto de la aplicación de las cargas del tránsito. Las cargas de tráfico se transfieren a la estructura del pavimento mediante pulsaciones de esfuerzos dinámicos de magnitud variable y aproximadamente de forma sinusoide con cortos tiempos de aplicación, la cual a medida que se profundiza en el pavimento y subrasante se va reduciendo en magnitud mientras que su duración aumenta. Estudios efectuados (básicamente en los años 80) han determinado que las fallas en el pavimento no sólo se producen por acumulación excesiva de deformaciones permanentes en la subrasante, sino también por deformaciones resilientes repetidas (llamadas así por que al retirar la carga aplicada no todo lo deformado se recupera). Los esfuerzos actuantes en los materiales son reproducidos en forma aproximada en las pruebas triaxiales Dinámicas de Cargas Repetidas, donde el Módulo de Esfuerzo – Deformación ha sido obtenido de la aplicación de un esfuerzo (de valor aproximado a un tráfico específico) aplicado varias veces por un periodo de tiempo definido produciendo deformaciones y recuperaciones parciales en dirección al esfuerzo aplicado; por lo tanto se entiende como un Módulo Resiliente (Mr) a la relación entre el Esfuerzo Desviador aplicado y la Deformación Recuperable producida durante un periodo de tiempo definido, siendo su expresión la siguiente:

Mr = σd/εr Donde:

Mr = Módulo Resiliente

σd = Esfuerzo Desviador Pulsante εr = Deformación Resiliente σ3 = Presión de Confinamiento σ1 = σ3 + σd = Esfuerzo Vertical Total

Los esfuerzos actuantes son graficados en la Figura N° 01

CBR DE DISEÑO DE LA SUBRASANTE.

Debido a la confusión existente en cuanto a la determinación del CBR de diseño, a continuación se dan algunas recomendaciones.

En las figuras que se adjuntan se presentan recomendaciones para evaluar el CBR representativo de la subrasante, en cada punto de auscultación sea el caso. Asimismo, la fig. 2 muestra la determinación del CBR representativo en un punto donde el CBR varía con la profundidad. La ecuación responde a un modelo de comportamiento elástico, que no es el comportamiento real, pero es preferible asumir el comportamiento elástico y verificar el comportamiento durante su servicio.

Una vez definido el CBR representativo de cada estación a lo largo del eje, se delimitarán las secciones (en longitud adecuada desde el punto de vista constructivo, mínimo 500 m.) basadas en los valores del CBR que no tengan gran diferencia y otros factores que indiquen que se traten de zonas de comportamiento homogéneo. Se recomienda analizar estadísticamente cada sección. Para definir el CBR de diseño de una sección homogénea, se puede emplear la práctica

σd σ3 σ1 = σd + σ3 σ3 σ3 σ3 σ1 = σd + σ3 σd donde:

 CBRD = CBR de diseño de la sección homogénea.

 CBRP = CBR promedio de los valores analizados (representativos)

 CBRMAX, CBRMIN = CBR máximo y mínimo respectivamente de los valores analizados (representativos)

 C = Coeficiente estadístico determinado por el número de medidas de CBR representativo en la sección. N° de Medidas C. N° de Medidas C. 2 1.41 3 1.91 4 2.24 5 2.48 6 2.67 7 2.83 8 2.96 9 3.08 10 3.18

El Instituto de Asfalto, recomienda obtener 6 a 8 medidas de CBR representativo por cada sección homogénea y determinar el CBR de diseño, según el tráfico para los percentiles indicados a continuación:

REPETICIONES ACUMULADAS DE 18 Kips PERCENTIL %

104 _{ó menos 60}

104 _{– 10}6 ₇₅

más de 106 _87.5.

CBR

= CBR

– { (CBR

– CBR

) /

ESTABILIZACION DE SUELOS

La estabilización de suelos en los trabajos de pavimentación puede ser definida como un medio de consolidación permanente de los materiales de sub-rasante. Sub-base y base, incrementando de manera notoria su resistencia y capacidad de carga y decreciendo su sensibilidad al agua y a los cambios volumétricos durante ciclos de humedecimiento - secado.

La estabilización del suelo puede aumentar la resistencia, incrementar o disminuir la permeabilidad, reducir la compresibilidad, mejorar la estabilidad o disminuir el levantamiento debido a heladas o hinchamientos.

La Estabilización se puede lograr por medios mecánicos o químicos.

ESTABILIZACIÓN MECÁNICA:

Mediante la estabilización mecánica se modifica la densidad, el contenido de agua, o la granulometría del suelo. Las mezclas de suelos son una forma de estabilización mecánica y por su importancia y frecuencia de uso son tratadas en forma separada, como lo será la compactación.

Otras formas de estabilización se consiguen: Por drenaje;

Por medios eléctricos

Por medio de calor y calcinación; y Por medios químicos.

En el Perú no se han aplicado estabilizaciones por medios eléctricos ni por calcinación, aunque si existen experiencias de estabilizaciones con cal y con cemento, que son de las que nos ocuparemos a continuación:

MEZCLA DE SUELOS

Uno de los problemas más frecuentes en los trabajos de pavimentación es la mezcla de suelos para lograr uno de mejor calidad que cumpla con los requisitos de una determinada especificación. Como método de estabilización mecánica, es el procedimiento por el cual se combinan dos o más suelos bajo ciertas condiciones de humedad, granulometría y Límites de Consistencia a fin de mejorar las propiedades individuales y producir una mezcla aceptable. Obviamente que la mezcla física también puede en algunos casos traer como consecuencia una modificación en la química del producto resultante como por ejemplo en el caso de la mezcla de agregados para producir concreto, en que uno de ellos tenga contenidos muy altos de sulfatos que se trasmitan a la mezcla resultante en límites no permisibles.

En esta parte solamente tendremos en cuenta los casos en que ya hayan sido analizados los otros aspectos y nos concentraremos en mostrar la metodología para conseguir mezclas de dos y de tres suelos.

MEZCLA DE DOS SUELOS

Para una mejor ilustración el procedimiento a seguir con el método gráfico del cuadrado que es el que se presentará, se muestra el caso dado por Rico y Del Castillo.

La Figura a) muestra las curvas granulométricas de dos suelos 1 y 2, que se desea mezclar para lograr un tercero que esté dentro del huso granulométrico de la especificación mostrada en achurado. En la figura 3.2.2.b. se muestra un cuadrado que ha sido construido con 100 unidades de lado, que representan los porcentajes que pasan las respectivas mallas de los materiales 1 y 2 aisladamente (escalas verticales) y como parte de la mezcla (líneas horizontales).

El procedimiento consiste en marcar en cada escala vertical los porcentajes que pasan, correspondientes a cada tipo de malla en ambos suelos, los que luego se unen representando así los porcentajes de suelos 1 y 2 en cada malla. Luego se procede a marcar sobre esas líneas, los límites del huso granulométrico que representan los porcentajes, que pasan por cada una de las mallas contenidos en el huso, de tal manera que la porción comprendida entre la menor separación de todas esas marcas (línea punteada), representa todas las posibles combinaciones de los suelos 1 y 2, que cumplen con las especificaciones. En la figura b)., se muestra como “primer tanteo”, la curva correspondiente a una mezcla 50-50, es decir con 50% de suelo tipo 1 y con 50% de suelo 2.

MEZCLA DE TRES SUELOS

Se utiliza el método del triángulo tomado de la misma referencia anterior.

Se tiene tres suelos A, B y C (Tabla a) que se desea mezclar para obtener un cuarto que cumpla las especificaciones mostradas en el achurado de la Figura c).

El procedimiento consiste en construir un triángulo equilátero con 100 unidades por lado, correspondientes a los porcentajes que retiene la malla Nº 4, a los que pasan la malla Nº 4 y son retenidos en la malla Nº 200; y a los que pasan la malla Nº 200. Dentro de éste triángulo se ubican los puntos A,B y C correspondientes a cada tipo de suelo que interviene en la mezcla y lo mismo se hace con los límites del Huso Granulométrico, obteniéndose a sí un paralelogramo (abcd). Cualquier punto dentro del triángulo ABC, representa una mezcla de los tres suelos, pero si además ese punto cae dentro del paralelogramo abcd, cumplirá además la especificación dada. Siendo el punto de mezcla óptima el que se localiza en el centro de gravedad del paralelogramo (punto O), se consigue la proporción de la mezcla de los tres suelos de la siguiente manera: se une el punto C con el punto O y se prolonga la línea hasta o’ sobre la línea que une a los suelos A y B. La relación oo’/ o C dará la proporción con que interviene el suelo C en la mezcla. Del mismo modo, la relación Bo’/AB multiplicada por el complemento de la proporción con la que interviene C, dará la proporción con que interviene A.

Finalmente , el complemento de las dos anteriores será la proporción con la que interviene B en la mezcla. Esas proporciones multiplicadas por los correspondientes porcentajes de cada suelo que pasan las respectivas mallas (Tabla a), permitirá obtener la curva granulométrica de la mezcla como se muestra en la figura d).

En la Tabla b) se dan algunos criterios en la estabilización de suelos y minerales.

COMPACTACION

Se aumenta la densidad del suelo mediante acción mecánica, que remodela ó cambia estructuralmente el suelo. Mientras más denso sea el suelo, más baja es su compresibilidad El esfuerzo de compactación es el número de pasadas hechas con una máquina específica de peso dado y con una velocidad dada. Para un esfuerzo dado de compactación, la densidad varía con el

contenido de humedad. Para un contenido de humedad dado, el aumentar el esfuerzo de compactación aumenta la densidad y reduce la permeabilidad.

El uso de medios vibratorios mejora la compactación en suelos granulares (arenas)

RECOMENDACIÓN DEL EQUIPO DE COMPACTACION SEGÚN TIPO DE SUELO Tipo de Equipo

A -1

A-3 A – 2

A-4 A-5 A-6 A-7

A-1-a A-1- A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7

Liso. 1 2 2 1 1 1 2 2 3 3 4 Neumático 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 3 Pata de cabra 5 5 5 4 4 3 2 2 1 1 1 Pisón Impacto 2 2 1 2 2 2 4 4 4 4 4 Vibratorio 1 1 1 1 1 3 4 3 3 5 5 1.- Excelente 2.- Bueno 3.- Regular 4.- Deficiente 5.- Inadecuado CONSOLIDACION

Se logra mediante la aplicación de cargas estáticas y la eliminación de agua de los poros. Aplicada a suelos cohesivos saturados de los mismos resultados que la compactación. Es un proceso lento que puede llevar tiempos bastante largos. Cuando se consolida un suelo, llega al equilibrio con la carga super impuesta.

DRENAJE

Consiste en la eliminación del agua del suelo; cuando la cantidad de agua en el suelo, y la presión del agua en los poros aumenta, generalmente la resistencia del suelo disminuye. El drenaje puede realizarse mediante gravedad, bombeo, compresión mediante carga externa sobre el suelo, electro ósmosis, calefacción ó congelación.

ESTABILIZACIÓN QUÍMICA.

Este procedimiento se utiliza para muchos fines. Consiste en la aplicación de algún tipo de aglomerante a la masa de suelo, con la finalidad de modificar sus propiedades mecánicas. En tratamientos de superficie, suplementa la estabilización mecánica para que los efectos sean más duraderos. En tratamientos subterráneos, los productos químicos pueden utilizarse para mejorar la capacidad de carga o disminuir la permeabilidad.

Como material aglomerante se suele utilizar: cal, cemento, asfalto u otros tipos de productos químicos conocidos como aditivos, de diferentes marcas.

ESTABILIZACIONES CON CAL

Ha venido a ser en muchos países una técnica preferida de estabilización de rasantes, sub-bases y sub-bases, debido a que permite el uso de suelos marginales mejorándolos por el añadido de una pequeña cantidad de cal hidratada, evitando a sí su eliminación y reemplazo por materiales de préstamo.

La estabilización con cal se aplica solamente a la cal hidratada y no a la roca caliza pulverizada, que sólo reacciona mecánicamente con los suelos. En algunos casos se utiliza la cal viva en pre-tratamientos con suelos húmedos.

Los principales efectos de la cal sobre los suelos son:  Reduce el Indice de Plasticidad;

 Reduce los cambios de volumen (arcillas expansivas);  Ayuda a la pulverización del suelo;

 Eleva el óptimo contenido de humedad, permitiendo compactar en condiciones mas húmedas;

 Aumenta la resistencia compresiva;

 Incrementa su capacidad portante en términos del CBR;

 Forma una barrera resistente al agua de abajo hacia arriba y viceversa;

 Permítela formación de una “mesa de trabajo”, facilitando la compactación de las capas superiores.

La aplicación mas frecuente de la estabilización con cal es como pre-tratamiento a la estabilización con cemento sobre arcillas plásticas (10% IP  50%), a las que hace mas trabajables y fáciles de compactar. También se la utiliza en el mejoramiento de las propiedades resistentes de las gravas arcillosas (material de base). Donde tiene poco efecto es con los suelos muy orgánicos o sin arcilla. Cuando los suelos tienen un IP bajo, es inprescindible que exista cuando menos 15% de material que pase la malla Nº 200.

En lo que sigue, se dan algunas recomendaciones de la National Lime Association para la ejecución de estabilizaciones con cal hidratada en sub-rasantes o sub-bases, a un rango de 3% a 6% en peso del suelo seco. Los pasos a seguir son:

 Escarificación y Pulverización  Extendido de la cal

 Mezclado preliminar y Regado  Curado preliminar

 Mezclado final y pulverización  Compactación

 Curado final

ESTABILIZACION CON CEMENTO

Es una técnica que se utiliza desde 1917 y que hoy en muchos países es de uso común para estabilizar sub-rasantes o mejorar las propiedades resistentes de sub-bases y bases de pavimentos urbanos, de carreteras y aeropuertos. Se emplea normalmente para disminuir la porosidad y la plasticidad de los suelos arcillosos, así como para aumentar su resistencia y su durabilidad; aunque es posible emplearlo con cualquier tipo de suelo (Tablas 3.3.3.a y 3.3.3.b).

La principal restricción a las estabilizaciones de suelo-cemento se encuentra en el contenido de materia orgánica que dificulta la reacción es por esa razón que se le restringe a 1 ó 2% en peso. Otros elementos nocivos son los sulfatos de calcio y de magnesio y en general toda sustancia hidrófila presente en el suelo. Para contrarrestar las sustancias nocivas, se recomienda el empleo de cementos de alta resistencia. Aunque todos los tipos de cemento son útiles para la estabilización de suelos, normalmente se utilizan los de fraguado rápido y los de resistencias normales, siendo en todo caso preferibles los cementos mas finos.

Hay tres tipos de mezclas de suelo y cemento:  Suelo-cemento compactado;

 Suelo modificado con cemento; y  Suelo-cemento plástico.

El suelo-cemento compactado es aquel que contiene suficiente cantidad de cemento como para endurecer el suelo, así como el grado de humedad necesario para lograr la hidratación del cemento y una adecuada compactación. Otras expresiones utilizadas para denominar a este tipo de mezcla son: “bases tratadas con cemento”, “suelo estabilizado con cemento” y “agregado estabilizado”.

El suelo modificado con cemento es una mezcla no endurecida o semi-endurecida de

suelo y cemento, con cantidades de éste último menores que las empleadas para el

suelo-cemento. Se utiliza preferentemente para reducir la plasticidad y la capacidad de

retención de agua, e incrementar la capacidad portante de ciertos suelos. Sus principales

aplicaciones están: como material de relleno en terraplenes, en sub-rasantes, sub-bases y

bases.

El suelo-cemento plástico también es una mezcla endurecida de suelo y cemento, que contiene al momento de colocarla, suficiente cantidad de agua como para que contenga una consistencia similar a la del mortero plástico. Se emplea en taludes, áreas irregulares o confinadas tales como revestimientos de cuentas u otras áreas erosionables, donde es difícil operar con el equipo normal de construcción.

PORCENTAJE DE CEMENTO A PROBAR INICIALMENTE EN DIFERENTES

TIPOS DE SUELOS.

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SP y SM. ML CL, OL y MH CH OH y Pt. 7 – 11 7 – 12 8 – 13 9 – 15 10 – 16 9 10 10 12 13 7 – 11 8 – 12 8 – 12 10 – 14 11 – 15.

Los suelos provenientes del horizonte “A” contienen materias orgánicas u otros materiales perjudiciales para la reacción del cemento, por lo que pueden requerir porcentajes mas altos de éste. Cuando la coloración de estos suelos sea de gris a gris oscura, convendrá incrementar los contenidos de cemento indicados en 4 puntos. Cuando la coloración sea negra, el aumento será de 6 puntos.

TABLA

LIMITES NORMALES DE CONTENIDOS DE CEMENTO EN LOS SUELOS

DE LOS HORIZONTES B y C

ANEXO N° 1

PROCESO ALEATORIO PARA SELECCIONAR LA UBICACIÓN DE

PUNTOS DE MUESTREO

La Tabla N° ANX 1-1 contiene números aleatorios (Random) obtenidos enteramente al azar y que están formados por un conjunto de dígitos cada uno de los cuales tienen igual probabilidad de ser uno cualquiera de los dígitos comunes en base 10, para el proceso de seleccionar la ubicación de puntos de la carretera en que se tomen las muestras para ensayos de laboratorio o donde se verifique la calidad de los trabajos. También puede ser utilizada para medición de deflexiones con viga Benkelman.

El proceso consiste en lo siguiente:

(1) Identificar la Sección de control de acuerdo al tipo de trabajo ejecutado y a la especificación respectiva.

(2) Determinar el número de puntos de muestreo dentro de la sección de control seleccionando la máxima distancia longitudinal promedio deseada entre las muestras y dividiendo la longitud de la sección entre la máxima distancia longitudinal promedio.

(3) Seleccionar por sorteo y al azar un número que represente una columna de la Tabla N° ANX 1-1. Dicho número tendrá un valor comprendido entre 1 y 28.

(4) Buscar en la Tabla N° ANX 1-1 la columna que identifica al número seleccionado. En la subcolumna A ubicar todos los números menores o igual que el número de puntos de muestreo definidos en el Acápite 2.

(5) Multiplicar la longitud total de la sección de control por los valores que se hallan en la subcolumna B adyacentes a los valores de la subcolumna A.

Sumar los resultados obtenidos a la progresiva de inicio de la Sección de Control para obtener la progresiva de la ubicación de los puntos de muestreo.

(6) Multiplicar el ancho total de la sección de obra por los valores que se hallan en la subcolumna C, adyacentes a la subcolumna B, para obtener la distancia transversal medida desde el borde izquierdo de la sección que determina la ubicación del punto de muestreo en la progresiva respectiva.

Este paso no se aplica a la medición de deflexiones Benkelman, que tienen establecido el punto de aplicación de las cargas con respecto al borde del pavimento.

Ejemplo

Se trata de determinar la ubicación de los puntos de muestreo para los ensayos de densidad de la base granular en una carretera en construcción:

(1) El ancho de la base es de 9,50 m. y la sección de control para la compactación de acuerdo a la especificación es de 1 prueba cada 250 m2 _{con 6 mediciones, es decir con}

una Sección de Control de 1 500 m2_.

· Longitud de la Sección de Control : 158 m.

· Estación inicial de la Sección de Control : Km. 10+120 · Número de puntos de muestreo : 158 / 26 = 6

(2) Por sorteo y al azar se ha seleccionado el número 15.

(3) Los números seleccionados de la columna 15 de la Tabla ANX 1-1 correspondientes a los valores menores o igual al número de puntos de muestreo son:

Col A Col B Col C

01 0,139 0,230 06 0,185 0,481 03 0,523 0,519 05 0,780 0,497 04 0,951 0,482 02 0,977 0,172

(4) Determinación de las progresivas de los puntos de muestreo:

Long x Col B

Progresiva del Fin de Sección Km. 10 + 278, que se convierte en el inicio de la siguiente sección.

(5) Determinación de la distancia transversal de los puntos de muestreo, medido desde el borde izquierdo de la base.

Ancho x Col. C

9.50 x 0.230 = 2.2 9.50 x 0.481 = 4.6 9.50 x 0.519 = 4.9 9.50 x 0.497 = 4.7 9.50 x 0.482 = 4.6 9.50 x 0.172 = 1.6

Punto Progresiva Distancia del Borde Izq. (m) 1 Km 10+142 2.2 2 Km 10+149 4.6 3 Km 10+203 4.9 4 Km 10+243 4.7 5 Km 10+270 4.6 6 Km 10+274 1.6

31

Col. N°1 Col. N°2 Col. N°3 Col. N°4 Col. N°5 Col. N°6 Col. N°7 A B C A B C A B C A B C A B C A B 07C A B C 15 21 23 30 24 0.033 0.101 0.129 0.158 0.177 0.576 0.300 0.916 0.434 0.397 05 17 18 06 28 0.048 0.074 0.102 0.105 0.179 0.879 0.156 0.191 0.257 0.447 21 30 10 25 29 0.013 0.036 0.052 0.061 0.062 0.220 0.853 0.746 0.954 0.507 18 10 14 28 24 0.089 0.102 0.111 0.127 0.132 0.716 0.330 0.925 0.840 0.271 17 24 26 07 28 0.024 0.060 0.074 0.167 0.194 0.863 0.032 0.639 0.512 0.776 30 21 10 29 24 0.030 0.096 0.100 0.133 0.138 0.901 0.198 0.161 0.388 0.062 12 18 20 03 13 0.029 0.112 0.114 0.121 0.178 0.386 0.284 0.848 0.656 0.640 11 16 08 19 29 0.202 0.204 0.208 0.211 0.233 0.271 0.012 0.418 0.798 0.070 26 04 02 03 07 0.187 0.188 0.208 0.124 0.245 0.844 0.482 0.577 0.402 0.080 18 24 07 01 23 0.087 0.105 0.139 0.175 0.196 0.887 0.849 0.159 0.641 0.873 19 01 30 22 05 0.285 0.326 0.334 0.405 0.421 0.899 0.037 0.938 0.295 0.282 03 29 11 14 13 0.219 0.264 0.282 0.379 0.394 0.166 0.284 0.262 0.994 0.405 20 22 14 01 06 0.168 0.232 0.259 0.275 0.277 0.564 0.953 0.217 0.195 0.475 22 16 29 28 11 0.209 0.221 0.235 0.264 0.287 0.421 0.311 0.356 0.941 0.199 07 17 25 06 01 0.260 0.262 0.271 0.302 0.409 0.073 0.308 0.180 0.672 0.406 15 29 30 21 11 0.248 0.261 0.302 0.318 0.376 0.831 0.087 0.883 0.088 0.936 26 14 06 11 13 0.240 0.255 0.310 0.316 0.324 0.981 0.374 0.043 0.653 0.585 13 02 06 08 25 0.451 0.461 0.487 0.497 0.503 0.212 0.023 0.539 0.396 0.893 06 15 22 21 05 0.410 0.438 0.453 0.472 0.488 0.157 0.700 0.635 0.824 0.118 02 26 05 17 09 0.296 0.311 0.351 0.370 0.388 0.497 0.144 0.141 0.811 0.484 02 15 19 24 14 0.336 0.393 0.437 0.466 0.531 0.992 0.488 0.655 0.773 0.199 13 02 18 20 12 0.507 0.575 0.591 0.610 0.631 0.693 0.654 0.318 0.821 0.597 14 27 08 09 10 0.430 0.438 0.467 0.474 0.492 0.814 0.676 0.205 0.138 0.474 12 20 08 16 03 0.351 0.371 0.409 0.445 0.494 0.275 0.535 0.495 0.740 0.929 15 27 21 17 09 0.594 0.620 0.629 0.691 0.708 0.603 0.894 0.841 0.583 0.689 01 12 08 18 30 0.525 0.561 0.652 0.668 0.736 0.222 0.980 0.508 0.271 0.634 04 25 13 15 23 0.410 0.471 0.486 0.515 0.567 0.073 0.530 0.779 0.867 0.798 09 06 10 26 23 0.562 0.601 0.612 0.612 0.738 0.678 0.678 0.675 0.112 0.770 27 04 22 05 09 0.651 0661 0.692 0.779 0.787 0.281 0.953 0.089 0.346 0.173 13 19 23 20 24 0.499 0.511 0.591 0.604 0.654 0.892 0.520 0.770 0.730 0.330 27 17 02 19 22 0.543 0.625 0.699 0.702 0.816 0.387 0.171 0.073 0.934 0.802 07 11 23 03 20 0.709 0.714 0.720 0.748 0.781 0.012 0.049 0.695 0.413 0.603 02 23 25 10 16 0.763 0.804 0.828 0.843 0.858 0.253 0.140 0.425 0.627 0.849 11 28 27 16 19 0.618 0.636 0.650 0.711 0.778 0.502 0.148 0.741 0.508 0.812 21 30 27 07 04 0.753 0.758 0.765 0.780 0.818 0.614 0.851 0.563 0.534 0.187

10 14 26 28 03 0.818 0.895 0.912 0.920 0.945 0.837 0.631 0.376 0.163 0.140 12 16 01 22 25 0.728 0.753 0.806 0.878 0.939 0.523 0.344 0.134 0.884 0.162 04 15 28 19 05 0.838 0.904 0.969 0.974 0.977 0.166 0.116 0.742 0.046 0.494 26 04 12 29 16 0.830 0.843 0.884 0.926 0.951 0.384 0.002 0.582 0.700 0.601 04 09 27 20 19 0.903 0.912 0.935 0.970 0975 0.327 0.382 0.162 0.582 0.327 07 08 18 12 03 0.804 0.806 0.841 0.918 0.992 0.675 0.952 0.414 0.114 0.399 17 05 01 08 25 0.837 0.854 0.867 0.915 0.975 0.353 0.818 0.133 0.538 0.584 Tabla N° ANX 1 – 1 Números Aleatorios (Random)

Col. N°8 Col. N°9 Col. N°10 Col. N°11 Col. N°12 Col. N°13 Col. N°14

A B C A B C A B C A B C A B C A B 07C A B C 09 17 02 05 03 0.042 0.141 0.143 0.162 0.285 0.071 0.411 0.221 0.899 0.016 14 02 03 16 18 0.061 0.065 0.094 0.122 0.158 0.935 0.097 0.228 0.945 0.430 26 30 27 09 05 0.038 0.066 0.073 0.095 0.180 0.023 0.371 0.876 0.568 0.741 27 06 24 10 15 0.074 0.084 0.098 0.133 0.187 0.779 0.396 0.524 0.919 0.079 16 23 17 04 10 0.073 0.078 0.096 0.153 0.254 0.987 0.056 0.076 0.163 0.834 03 07 28 12 26 0.033 0.047 0.064 0.066 0.076 0.901 0.391 0.113 0.360 0.552 26 17 10 28 13 0.035 0.089 0.149 0.238 0.244 0.175 0.363 0.681 0.075 0.767 28 08 01 20 18 0.291 0.369 0.436 0.450 0.455 0.034 0.557 0.386 0.289 0.789 25 24 10 09 20 0.193 0.224 0.225 0.233 0.290 0.469 0.572 0.223 0.838 0.120 12 13 21 17 23 0.200 0.259 0.264 0.283 0.363 0.851 0.327 0.681 0.645 0.063 17 20 01 04 29 0.227 0.236 0.245 0.317 0.350 0.767 0.571 0.988 0.291 0.911 06 12 25 01 08 0.284 0.305 0.319 0.320 0.416 0.628 0.616 0.901 0.212 0.372 30 02 06 25 01 0.067 0.127 0.144 0.202 0.247 0.101 0.187 0.068 0.674 0.025 24 08 18 02 29 0.262 0.264 0.285 0.340 0.353 0.366 0.651 0.311 0.131 0.478

23 14 15 04 16 0.488 0.496 0.503 0.515 0.532 0.715 0.276 0.342 0.693 0.112 01 11 19 13 20 0.297 0.337 0.389 0.411 0.447 0.242 0.760 0.064 0.474 0.893 20 16 02 08 10 0.364 0.395 0.423 0.432 0.476 0.366 0.363 0.540 0.736 0.468 26 28 22 05 14 0.380 0.425 0.487 0.552 0.564 0.104 0.864 0.526 0.511 0.357 13 02 29 15 28 0.432 0.489 0.503 0.518 0.524 0.556 0.827 0.787 0.717 0.998 23 24 10 27 13 0.253 0.320 0.328 0.338 0.356 0.323 0.651 0.365 0.412 0.991 06 20 14 03 27 0.359 0.387 0.392 0.408 0.440 0.270 0.248 0.694 0.077 0.280 22 11 12 21 13 0.557 0.559 0.650 0.672 0.709 0.357 0.620 0.216 0.320 0.273 22 29 27 04 08 0.478 0.481 0.562 0.566 0.603 0.321 0.993 0.403 0.179 0.758 03 01 22 29 11 0.508 0.601 0.687 0.697 0.701 0.774 0.417 0.917 0.862 0.605 11 21 09 19 18 0.572 0.594 0.607 0.650 0.664 0.306 0.197 0.524 0.572 0.101 03 19 05 07 11 0.542 0.585 0.695 0.733 0.744 0.352 0.462 0.111 0.838 0.948 16 17 21 08 19 0.401 0.423 0.481 0.560 0.564 0.792 0.117 0.838 0.401 0.190 22 16 30 25 02 0.461 0.527 0.531 0.678 0.725 0.830 0.003 0.486 0.360 0.014 07 30 19 26 29 0.745 0780 0.845 0.846 0.861 0.687 0.285 0.097 0.366 0.307 15 06 28 17 07 0.632 0.707 0.737 0.846 0.874 0.927 0.107 0.161 0.130 0.491 77 14 24 15 25 0.728 0.745 0.819 0.840 0.863 0.498 0.679 0.444 0.823 0.568 25 02 03 16 30 0.674 0.697 0.767 0.809 0.838 0.428 0.674 0.928 0.529 0.294 18 27 21 24 26 0.793 0.802 0.826 0.835 0.855 0.748 0.967 0.487 0.832 0.142 05 18 15 11 22 0.571 0.587 0.604 0.641 0.672 0.054 0.584 0.145 0.298 0.156 05 15 12 04 11 0.797 0.801 0.836 0.854 0.884 0.595 0.927 0.294 0.982 0.928 25 24 10 06 27 0.906 0.919 0.952 0.961 0.969 0.874 0.809 0.555 0.504 0.811 05 23 26 21 12 0.880 0.931 0.960 0.878 0.982 0.828 0.659 0.365 0.194 0.183 06 18 04 28 19 0.878 0.930 0.954 0.963 0.988 0.215 0.601 0.827 0.004 0.020 13 08 07 12 23 0.845 0.855 0.867 0.981 0.937 0.470 0.524 0.718 0.722 0.872 14 20 30 09 22 0.861 0.874 0.929 0.935 0.947 0.462 0.625 0.056 0.582 0.797 20 14 09 29 04 0.674 0.806 0.841 0.918 0.959 0.887 0.881 0.560 0.752 0.099 19 07 09 01 23 0.886 0.929 0.932 0.970 0.973 0.832 0.932 0.206 0.692 0.082

Col. N°15 Col. N°16 Col. N°17 Col. N°18 Col. N19° Col. N°20 Col. N°21