ANEXO H.pdf

8/13/2019 ANEXO H.pdf

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ANEXOH

AnlisisdeunafrmulaincluidaenlaGuaAASHTO2002paraobtenerelCBRapartirdelas

propiedadesndicesdelossuelos


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Instituto Nacional de Vas Gua metodolgica para el diseo de obras derehabilitacin de pavimentos asflticos de carreteras

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Anexo HAnlisis de una frmula incluida en la Gua AASHTO 2002 paraobtener el CBR a partir de las propiedades ndices de los suelos

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ANEXO HANLISIS DE UNA FRMULA INCLUDA EN LA GUA AASHTO 2002PARA OBTENER EL CBR A PARTIR DE LAS PROPIEDADES NDICES

DE LOS SUELOS

Autor: Fernando Snchez Sabogal, para el Consorcio BETA (Contrato INVAS 2761/07)

H.1. INTRODUCCIN

Con la llegada del nuevo mtodo de diseo AASHTO [ref. H.1], los ingenieroscolombianos han comenzado a explorar sus desarrollos y las posibilidades que

brinda, con el fin de utilizarlos en sus futuros diseos y evaluaciones depavimentos. La cantidad de informacin til contenida en los apndices del nuevomanual es impresionante. Adems, debido a que el mtodo permite manejar losdatos por niveles jerrquicos, presenta muchas correlaciones cuyo uso es admitidoy resulta tentador.

El propsito de este informe es analizar una correlacin entre el CBR y laspropiedades ndices de los suelos, incluida en el Apndice CC-1 del nuevo mtodo,y establecer la conveniencia o inconveniencia de aplicar sus resultados por fueradel contexto para el cual fue desarrollada por la AASHTO. Igualmente, se presentauna alternativa al uso de dicha correlacin para estimar el CBR del suelo desubrasante en condiciones de equilibrio, a partir de sus propiedades ndice.

H.2. LOS NIVELES JERRQUICOS DE INFORMACIN EN EL MTODO AASHTO 2002

Uno de los atributos de la denominada gua de diseo AASHTO 2002 es laposibilidad de que los datos de entrada para el diseo del pavimento se presentenen tres niveles jerrquicos, de acuerdo con el grado de calidad y precisin de los

mismos.

Segn la gua, los datos del Nivel 1, que son los ms precisos, contienen lasmenores incertidumbres y son recomendados para los diseos de pavimentossometidos a trnsitos muy elevados o donde las consecuencias de fallasprematuras sean muy importantes. En particular, se exigen ensayos de campo y


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laboratorio sofisticados y colecciones especficas de informacin sobre el espectrode cargas.

Los datos del Nivel 2 suministran un nivel de precisin intermedio y se asemejan a

los requeridos en las ediciones precedentes de la gua. Este nivel se permite cuandolos recursos o las posibilidades tcnicas no posibiliten el acceso al primer nivel. Ental caso, los datos de campo y de laboratorio se obtienen mediante correlaciones yla informacin sobre el trnsito se obtiene combinando algunos datos tomados enel lugar con espectros de cargas por eje, especficos de la agencia vial.

Por ltimo, el Nivel 3 proporciona el menor nivel de precisin y sus datos suelencorresponder a la experiencia del diseador o son valores tpicos promedioregionales. Este nivel es aceptable cuando las consecuencias de una falla

prematura del pavimento sean reducidas.

En el caso de la informacin sobre la respuesta de los suelos de subrasante, la guarequiere como inputpara el programa de cmputo el mdulo resiliente. Mientrasen el Nivel 1 su determinacin exige la ejecucin de pruebas segn los protocolosNCHRP 1-28A o AASHTO T-307, en el Nivel 2 se acepta su estimacin porcorrelacin con otras propiedades del material y en el Nivel 3 se admite el uso devalores tpicos para los diferentes tipos de suelos.

H.3. INFORMACIN REQUERIDA EN EL NIVEL 2 AASHTO SOBRE LA RESPUESTA DELOS SUELOS DE SUBRASANTE

En el caso especfico del Nivel 2, el mtodo AASHTO 2002 permite que el mduloresiliente sea estimado a partir del CBR (norma de ensayo AASHTO T193), a partirdel valor R (norma de ensayo AASHTO T190) o a partir de los coeficientes de capade la gua AASHTO de 1993 (para el caso de capas granulares).

En los casos en los cuales el mdulo vaya a ser estimado a partir del CBR, laAASHTO admite que este ltimo sea determinado tambin de manera indirecta: (i)

por correlacin con los datos del penetrmetro dinmico de cono (norma ASTMD6951) o (ii) por correlaciones con los datos de granulometra (norma AASHTOT127) y de plasticidad (norma AASHTO T90) del suelo. Para la primera manera, lagua incluye la ecuacin CBR = 292 /(PDC ) 1.12, recomendada por el Cuerpo deIngenieros del Ejrcito de los Estados Unidos, en tanto que para la segunda brindados opciones, segn sea que el material presente o no plasticidad:


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H - 5

Para materiales granulares limpios, tpicamente no plsticos como GW, GP, SW, SP,para los cuales el producto del ndice plstico por la proporcin de material quepasa el tamiz # 200 sea cero (P200*IP = 0):

CBR = 20.09 (D60)0.358 (1)

Esta ecuacin est limitada a valores de D60mayores de 0.01 mm y menores de 30mm. Si el D60es menor de 0.01 mm, se recomienda adoptar un CBR igual a 5, y si esmayor de 30 mm se recomienda un valor CBR de 95.

Para materiales que exhiban alguna plasticidad como los GM, GC, SM, SC, ML, MH,CL y CH, para los cuales P200*IP > 0:

IP)*0.728(P175CBR

200

(2)

Donde: D60: Tamao correspondiente al 60% pasa en la curvagranulomtrica (mm).

P200: Proporcin del material que pasa el tamiz # 200, expresadacomo decimal.

IP: ndice plstico del suelo.

Los valores de CBR obtenidos con estas expresiones intentan, segn se mencionaen el Captulo 3 de la Parte 2 de la nueva gua AASHTO [ref. H.1], brindar valoresdel mdulo resiliente, denominado MRopt, en unas condiciones iniciales dereferencia cercanas a la humedad ptima y a la densidad mxima de los suelos. Elmodelo de clima del mtodo se encarga, posteriormente, de incorporar factoresque modifican estacionalmente el valor del mdulo de acuerdo con las variacionesprevistas en la humedad del suelo durante el transcurso del ao.

La Tabla 5 del Apndice CC-1 de la nueva gua AASHTO presenta los valores tpicosde CBR obtenidos con las ecuaciones (1) y (2) para suelos representativos de lasdiferentes clasificaciones del mtodo unificado. Dicha tabla, levemente adaptada,se presenta en este Anexo como Tabla H.1. La adaptacin ha consistido en asumirunos valores razonables de lmite lquido (que no estn incluidos en la tabla de laGua), los cuales se requieren para efectuar algunos anlisis posteriores.


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Tabla H.1.Valores tpicos de CBR segn ecuaciones (1) y (2) para diferentes suelos(Adaptacin de la Tabla 5 del Apndice CC-1 de la Gua AASHTO 2002)

SMBOLOD60

usado(mm)

LLusado

IPusado

P200usado

(%)

P200*IPcalculado

CBRcalculado

CBRPeltier

GW 10 - 0 3 0 64.1GP 6 - 0 3 0 53.3

GM - 35 4 15 0.6 52.2GC - 35 13 23 3 19.5SW 2 - 0 3 0 36.0

SP 1 - 0 3 0 28.1

SM - 35 5 25 1.3 39.3

SC - 35 14 37 5.2 15.7ML - 30 11 75 8.3 10.7 12.9CL - 35 15 75 11.3 8.2 8.1

MH - 60 25 75 18.8 5.1 2.8CH - 60 35 75 26.3 3.7 2.0

H.4. EL FACTOR DE CARGA

En 1955, Peltier [ref. H.2] planteaba algunas de las dificultades en la ejecucin de la

prueba CBR y, a partir de los resultados de muchos ensayos, defini un factor decarga(Fm) para suelos en los que el 75% o ms pasaba el tamiz nmero 40, conun ndice plstico superior a 5, y cuyo valor numrico corresponde, de maneraaproximada, al CBR medido en condiciones correspondientes al ptimo del ProctorModificado. La frmula encontrada es la que se indica a continuacin, debiendoadoptarse un valor mximo de 20, cuando el valor obtenido en el clculo seamayor:

IP*LL

4250Fm

(3)

Cuando el suelo tiene algn porcentaje retenido en el tamiz # 40 (m), el valor F mdebe ser corregido como se indica a continuacin:

75%> m > 25%,50

m2.5FF m (4)


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AnexoHAnlisisdeunafrmulaincluidaenlaGuaAASHTO2002para

obtenerelCBRapartirdelaspropiedadesndicesdelossuelos

H 7

25%>m, ( )mF2025

2m40F = (5)

LosvalorescalculablesdeFmparalossuelosincluidosenlaTablaH.1,aparecenen

laltima

columna

de

la

misma.

H.5. VERIFICACIN DE LA ECUACIN AASHTO APLICABLE A SUELOS CONPLASTICIDAD

Los datos obtenidos con motivo de algunos estudios para la rehabilitacin de

pavimentosasflticosde la redvialcolombiana [ref.H.3] ydecallesdelDistrito

CapitaldeBogot[ref.H.4],ascomootrosextradosdeunaantiguapublicacinde

la Direccin de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires [ref. H.5], permiten

confrontarlosvaloresdeCBRobtenidosalaplicarlaecuacinsugeridaenlanueva

guaAASHTO,conlosobtenidosatravsdelosensayosdelaboratorio.

Tanto losdatosdeCBRdesubrasantesdelascarreterascolombianascomo losde

lascallesdeBogotseobtuvieronsobremuestrasevaluadasenellaboratoriobajo

condiciones de humedad y densidad de equilibrio. Los datos de la Provincia de

Buenos Aires, segn se cita en la referencia [H.5], corresponden a probetasmoldeadasporelmtodoestticodePorterperoconlahumedadptimayelpesodellitrosecoacusadosporelProctorStandard.LosdatosdelossueloscolombianosseresumenenlaTablaH.2ylosargentinosen

la TablaH.3, las cuales incluyen la informacin requerida sobre granulometra y

plasticidad,ascomo los ndicesdegrupode lossuelosytantolosvaloresdeCBR

obtenidosalemplearlafrmula2,comolosobtenidosenellaboratorioaplicando

lastcnicasrecinindicadas.Tambin,seencuentranlosvalorescalculadosconla

frmula10,sobrelacualseharreferenciaconposterioridad.

ComosepuedeapreciarenlasdostablasyenlafiguraH.1,lagranmayoradelos

valoresdeCBRcalculadosconlafrmuladelanuevaguaAASHTO(frmula2)son

mayoresque

los

medidos

bajo

las

condiciones

descritas.

En

el

caso

de

los

suelos

colombianos,paracualquierCBRpordebajode8,todoslosvalorescalculadoscon

laexpresinAASHTOresultaronmayoresquelosdeterminadosenellaboratorioen

condicionesdeequilibrio,entantoqueenelcasodelosoncesuelosdelaProvincia

deBuenosAires,slosepresentunvalormedidodeCBRsuperioralcalculadocon

lafrmula2.


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Tabla H.2.Caractersticas de los suelos de subrasante y comparacin de CBR experimentales contra

los "calculados" con frmulas (2) y (10)(Suelos de calles y carreteras colombianas)

SUELO P200 LL IP LL*IP P200*IP/100 IGCBR

AASHTOCBR

MEDIDOCBR(IG)

1 41 48 23 1104 9,4 4,8 9,5 12 9,32 52 58 15 870 7,8 6,8 11,2 10 8,0

3 83 33 19 627 15,8 14 6,0 5 5,24 56 76 20 1520 11,2 12,1 8,2 9 5,85 63 27 8 216 5,0 2,8 16,1 8 11,3

6 29 28 13 364 3,8 0,4 20,0 20 18,7

7 70 42 16 672 11,2 10,7 8,2 4 6,3

8 84 36 14 504 11,8 11,6 7,8 8 5,99 39 27 10 270 3,9 0,5 19,5 20 17,8

10 82 40 17 680 13,9 14,1 6,7 8 5,2

11 78 35 12 420 9,4 8,8 9,6 8 7,012 58 29 13 377 7,5 4,6 11,6 10 9,4

13 64 21 12 252 7,7 4 11,4 8 10,014 58 28 10 280 5,8 3,2 14,4 10 10,8

15 41 43 24 1032 9,8 4,9 9,2 11 9,2

16 48 39 21 819 10,1 6,2 9,0 5 8,317 58 25 12 300 7,0 3,7 12,4 7 10,3

18 78 51 19 969 14,8 16,6 6,4 5 4,619 86 36 14 504 12,0 12 7,7 5 5,820 70 42 25 1050 17,5 15,6 5,5 4 4,8

21 60 24 10 240 6,0 3 14,0 10 11,122 57 44 17 748 9,7 7,8 9,3 8 7,4

23 78 34 16 544 12,5 11,1 7,4 6 6,1

24 84 68 36 2448 30,2 34,6 3,3 2 1,825 75 49 27 1323 20,3 20 4,8 1 3,9

26 81 64 37 2368 30,0 32,5 3,3 2 2,127 67 34 15 510 10,1 8 9,0 8 7,4

28 86 62 35 2170 30,1 33,6 3,3 2 1,929 48 41 23 943 11,0 7 8,3 6 7,930 85 62 38 2356 32,3 35,1 3,1 1 1,8

31 97 62 31 1922 30,1 36,4 3,3 1 1,6

32 97,8 33 16 528 15,6 15,3 6,1 3 4,933 89,9 108 68 7344 61,1 73,1 1,6 0,8 -1,0

34 91,2 58 36 2088 32,8 36,1 3,0 1 1,7


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Tabla H.3.Caractersticas de los suelos de subrasante y comparacin de CBR experimentales contra

los "calculados" con ecuaciones (2) y (10)(suelos de la Provincia de Buenos Aires)

SUELO P200 LL IP LL*IP P200*IP/100 IGCBR

AASHTOCBR

MEDIDOCBR (IG)

1A 99 45 18 810 17,8 21,1 5,4 3,5 3,7

2A 96,6 26 8 208 7,7 9,5 11,3 6,5 6,7

3A 95,3 60 33 1980 31,4 36,4 3,1 2,5 1,64A 93,8 32 11 352 10,3 10,2 8,8 8 6,45A 95,4 55 28 1540 26,7 30,9 3,7 2,5 2,2

6A 62 33 6 198 3,7 2,6 20,2 10,3 11,67A 43 30 11 330 4,7 1,5 16,9 13,8 13,7

8A 85 44 19 836 16,2 17,3 5,9 6,5 4,49A 53 29 9 261 4,8 2,2 16,8 13 12,2

10A 46 29 6 174 2,8 0,4 24,9 14,5 18,711A 45 38 5 190 2,3 0,4 28,4 14,8 18,7

Figura H.1.CBR medido vs. CBR calculado con la frmula de la gua AASHTO 2002

H.6. VALORES DE LAS CONSTANTES FSICAS QUE DAN LUGAR A LOS VALORES DECBR DE LA ECUACIONES AASHTO 2002 Y PELTIER

Si se aplica la ecuacin (2), tomando como inputel CBR y determinando el valordel producto (P200*IP) correspondiente, se obtienen los valores que se muestran en


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la Tabla H.4. En la ltima fila de la Tabla se presentan, tambin, los valores delproducto (LL*IP) a los cuales dan lugar los mismos datos de CBR, aplicando laecuacin bsica de Peltier.

Tabla H.4.Valores de P200*IP y de LL*IP correspondientes

a diferentes valores de CRB segn ecuaciones (2) y (3)

CBR 1 2 3 5 10 15 20

P200*IP 101.6 50.1 33 19.2 8.9 5.5 3.8

LL*IP 4250 2125 1417 850 425 283 212

De acuerdo con los datos incluidos en la Tabla H.2, los suelos cuyo CBR medido enlaboratorio fue 20 acusaron productos P200*IP entre 3.8 y 3.9; aquellos cuyo CBR

fue 10 presentaron productos P200*IP entre 5.8 y 7.8 (con una excepcin); en losque tuvieron CBR del orden de 5 el producto estuvo generalmente entre 12 y 16;aquellos con CBR igual a 2 lo tuvieron entre 27 y 33 y los que dieron comoresultado CBR = 1 presentaron valores del mismo producto entre 30 y 33 (con unaexcepcin). Comparando estos productos P200*IPcon los que aparecen en la TablaH.4, se concluye que la ecuacin AASHTO da lugar a valores de CBR que,razonablemente, son del mismo orden de magnitud de los medidos en ellaboratorio para suelos con resistencias altas, pero se van haciendo mayores questos a medida que el CBR disminuye. As, mientras un valor P200*IP igual a 33 es

representativo de un CBR = 3 segn la ecuacin de la AASHTO, el CBR medido en ellaboratorio sobre suelos que presentaban dicho producto P200*IP, fue apenas de 1.

En relacin con el producto LL*IP, los suelos a los cuales se puede aplicar laecuacin de Peltier (pasantes del tamiz 40) presentaron un valor real de CBR pordebajo de 8. El CBR = 8 correspondi a suelos con LL*IP entre 350 y 680; CBRs delorden de 5 se obtuvieron en suelos con el mismo producto entre 500 y 970; entanto que para valores de CBR = 2 el producto estuvo entre 2300 y 2500 y paravalores de CBR = 1 se hallaron productos entre 1900 y 2000, con una excepcin. Unvalor de CBR menor de 1 se obtuvo en un suelo cuyo producto LL*IPfue del orden

de 7300.


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H.7. EL NDICE DE GRUPO DE LOS SUELOS Y SU SENTIDO FSICO

El ndice de grupo (IG) es un nmero emprico que se calcula como complementode la clasificacin de los suelos de subrasante en el mtodo AASHTO, el cual est

compuesto por 3 sumandos:

IG = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd (6)

Donde: a = (F35)

b = (F15)

c = (LL40)

d = (IP10)

F: Porcentaje que pasa el tamiz # 200

LL: Lmite lquido

IP: ndice plstico

El sentido fsico de este nmero se puede comprender considerando por separado

los tres sumandos:

- 0.2asignifica que la calidad del suelo como subrasante decrece al aumentar lafraccin limo arcillosa en exceso del 35 % en peso, el cual se considera como ellmite mximo necesario para la existencia del esqueleto granular.

- 0.005ac significa un decrecimiento de la calidad cuando al exceso de finos seasocia un elevado lmite lquido (por encima de 40), el cual es una expresin delas propiedades elsticas y capilares del suelo.

-0.01bd significa que la calidad decrece cuando en la fraccin fina predominanlas partculas arcillosas, cuya presencia se considera por la proporcin de finossuperior a 15 y su plasticidad superior a 10. Cuando este sumando predominasobre los dems, el suelo presenta un marcado carcter cohesivo, bajaresistencia a la accin del agua y un limitado o nulo aporte friccional.


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En su versin inicial, la frmula del ndice de grupo presentaba topes mximos enlos valores de F, LL e IP que se deban introducir en ella, de manera que el valor delIG nunca poda exceder de 20, correspondiente a suelos que se consideraban comosubrasantes pobres o muy pobres. Adems, el valor del IG formaba parte del

proceso de clasificacin del suelo.

Habida cuenta de que muchos suelos finos y plsticos de caractersticas decomportamiento muy diferentes quedaban representados por el mismo valor IG =20, en 1973 la AASHTO decidi eliminar los topes establecidos a los valores de F, LLe IP, de manera que, desde ese instante, el ndice de grupo no tiene un lmitesuperior. Como parte de la actualizacin, el IG fue retirado tambin de laclasificacin del suelo y su clculo simplemente sirve para tener en cuenta queaquel suelo que, dentro de una determinada clase, tenga un mayor valor del ndice

de grupo, presentar un comportamiento ms deficiente como subrasante.

De acuerdo con lo anterior y con lo que expresa el mismo sistema de clasificacin,se puede deducir que el IG separa dos grupos de suelos, a saber:

Suelos con IG desde 0 hasta 1, los cuales caen dentro de las clases A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 y A-3, son considerados satisfactorios como subrasantes cuando estnadecuadamente compactados y drenados bajo espesores moderados de pavimento(base granular o capas asflticas o ambas), de un tipo adecuado para el trnsito porsoportar o que se pueden adecuar mediante la adicin de cantidades no muy

grandes de ligantes naturales o artificiales [ref. H.6]. Se debe entender que lossuelos con IG en este rango no son todos iguales y que para diferenciar sucomportamiento se debe recurrir a ensayos adicionales de respuesta o resistencia,como el triaxial dinmico o el CBR.

Suelos con IG mayor de 1, considerados por AASHTO como granulares arcillososde los grupos A-2-6 y A-2-7 y limo arcillososde los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, loscuales pueden se catalogar como materiales de subrasante desde aceptables ysimilares a los A-2-4 y A-2-5, hasta francamente pobres, requiriendo la colocacinde una subbase sobre ellos o una base de mucho mayor espesor de la que

necesitan los del primer grupo para soportar adecuadamente las cargas deltrnsito. En este caso, el ndice de Grupo s pretende dar una medida o un criteriode calidad del suelo en relacin con su posible comportamiento como subrasante[ref. H.6].


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H - 13

H.8. CORRELACIN ENTRE EL NDICE DE GRUPO Y EL CBR DE LOS SUELOS

La grfica para el clculo de pavimentos flexibles presentada por el Departamentode Carreteras del Estado de Colorado (USA) en 1947, inclua la primera relacin

evidente entre el ndice de Grupo de los suelos y su capacidad portante, medida atravs del ensayo CBR. A partir de la informacin contenida en dicha grfica, eldoctor Celestino Ruiz [ref. H.5] estableci que la relacin entre esos valoresresponda a una ecuacin exponencial del tipo:

IG = k*e-q(CBR) (7)

Ecuacin que establece una relacin lineal recta inversa entre el CBR y el logaritmodel ndice de grupo. En ella:

e: Base de los logaritmos naturales

k: Valor del ndice de grupo para el cual el CBR es igual a cero

q: Coeficiente angular de la recta semi-logartmica que vincula las 2variables.

De acuerdo con esta ecuacin, al aumentar el valor del CBR por encima de 15, eltrmino exponencial se va haciendo muy pequeo, lo que hace que el ndice de

Grupo decrezca tendiendo a anularse. Ello indica que, en esta zona, el ndice deGrupo slo denota la buena calidad del material de subrasante, sin pretender elestablecimiento de una medida numrica de ella.

Al analizar la informacin incluida en la grfica de diseo del Estado de Colorado, eldoctor Ruiz obtuvo la siguiente ecuacin numrica de vinculacin [ref. H.5]:

IG = 26.e-0.163(CBR) (8)

Despejando de ella el CBR, se obtiene:

IG

26log*14.1CBR (9)

Esta correlacin fue obtenida en una poca (1958) en la cual el sistema declasificacin AASHTO limitaba a 20 el valor mximo posible para el ndice de Grupo.Como en 1973 se realiz una modificacin al concepto de dicho ndice, eliminando


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H - 14

ese lmite superior, resulta evidente que, aunque la concepcin terica de lafrmula sigue siendo vlida, los valores numricos de la misma perdieron suvalidez, dado que suelos considerados originalmente con un IG igual a 20 podanpresentar en la realidad tanto dicho valor como otros bastante mayores. De hecho,

el valor del parmetro k de la expresin (7) indica que un suelo con IG = 26presenta un CBR prcticamente nulo al efectuar el clculo con la ecuacin (9),situacin que bajo el nuevo concepto de dicho ndice, est muy alejada de larealidad.

Aprovechando los fundamentos tericos establecidos por Ruiz y la informacincontenida en la Tabla H.2 sobre algunos suelos de subrasante colombianos, se hanprocesado los datos correspondientes, con el fin de determinar unos nuevosvalores de las constantes de la ecuacin (7), teniendo en cuenta los valores reales

del ndice de Grupo, de acuerdo con el sistema vigente para su clculo.

La ecuacin promedio obtenida fue la siguiente:

IG

56log*8.7CBR (10)

La cual presenta un coeficiente de determinacin r2= 0.85 y un error tpico Sxy=1.77

En esta nueva expresin, la ordenada al origen (que segn la determinacin de Ruizera 26) alcanza, como era de esperar, un valor mucho ms elevado (56).Matemticamente, este valor indica el ndice de Grupo que correspondera a unCBR=0, es decir, a un suelo en el cual slo bastara la carga de acomodacin delpistn al inicio del ensayo, para que ste penetrara 0.1. Es evidente, sin embargo,que existen suelos finos con ndices de grupo superiores al valor citado, los cualespresentan algn valor de resistencia que, aunque bajo, resulta medible (ver, porejemplo, el suelo 33, cuyo IG es 73). Por lo tanto, ms que el valor numrico exactoal cual da lugar el clculo matemtico, lo real y verdaderamente importante de laexpresin es que ella resalta la debilidad de los suelos con ndices de Grupo delorden de 40 o superior y, por lo tanto, la necesidad de tratarlos con especial

precaucin, siempre que sean detectados en los niveles previstos para lasubrasante.

En la Figura H.2 se han representado los puntos representativos de los pares devalores de CBR medido en laboratorio y CBR calculado a partir de la correlacin conel IG. Aunque hay ms puntos a un lado de la lnea de igualdad que al otro, ladistribucin de ellos resulta mucho ms equilibrada que la que obtenida en la


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H - 15

Figura H.1 donde se comparaban los CBRs medidos en laboratorio con los CBRscalculados a partir de la frmula 2, lo que indica que, al considerar condiciones detrabajo de equilibrio, la estimacin del CBR a partir del ndice de Grupo presentamejor aproximacin que su determinacin a partir del producto P200*IP, segn la

expresin recomendada en la gua AASHTO 2002.

A efectos comparativos, la Tabla H.5 presenta los valores de CBR que se obtienenempleando la ecuacin AASHTO a partir del producto P200*IP y empleando ladeterminada en este Anexo a partir del IG, para los suelos tpicos considerados enel Apndice CC-1 de la nueva gua de diseo de la AASHTO, los cuales se habanpresentado en la Tabla H.1. Se aprecia claramente que cuando el CBR es del ordende 15 o menos, los valores calculados con la expresin AASHTO resultan siempresuperiores y en una proporcin tanto mayor cuanto ms baja es la resistencia delsuelo.

Figura H.2.CBR medido vs. CBR calculado con la frmula del ndice de Grupo

Tabla H.5.Valores tpicos de CBR segn ecuacin AASHTO y ecuacin basada en IG para los suelos

con plasticidad de la Tabla 5 del Apndice CC-1 de la Gua AASHTO 2002

SMBOLOUSC

SMBOLOAASHTO

LLUSADO

IPUSADO

P200USADO

(%)

P200*IPCALCULADO

IGCBR

ECUACINAASHTO

CBRECUACIN

IG

GM A-1-a 35 4 15 0.6 0 52.2 -GC A-2-6 35 13 23 3 0.24 19.5 20.6SM A-1-b 35 5 25 1.3 0 39.3 -

SC A-6 35 14 37 5.2 1.2 15.7 14.5ML A-6 30 11 75 8.3 6.6 10.7 8.1

CL A-6 35 15 75 11.3 10 8.2 6.5

MH A-7-5 60 25 75 18.8 21 5.1 3.7

CH A-7-5 60 35 75 26.3 27 3.7 2.8


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Si se desea expresar la relacin el IG con el CBR con 85% de confiabilidad, lafrmula por aplicar es la siguiente:

IG

35

log*8.7CBR (11)

H.9. ORIGEN DE LAS DIFERENCIAS

Las frmulas de AASHTO 2002 y del ndice de Grupo para determinar el CBR,consideran dos parmetros iguales: (i) la proporcin de finos y (ii) el ndice plsticodel suelo. Sin embargo, la primera no incluye el valor del lmite lquido, en tantoque la segunda s lo considera.

Para establecer la posible influencia de este ltimo parmetro sobre las diferenciasde resistencia obtenidas al emplear las dos expresiones, en la Tabla H.6 sepresentan unos datos que permiten establecer la sensibilidad que tiene el CBRobtenido con la frmula del IG en relacin con el lmite lquido del suelo. Se puedeapreciar que, manteniendo los dems factores constantes, el incremento en elvalor numrico del lmite lquido se traduce siempre en una disminucin del valorde resistencia de los suelos, calculado con la frmula del IG.

Tabla H.6.Sensibilidad del CBR en la frmula que lo relaciona con el ndice de Grupo

SMBOLOUSC

SMBOLOAASHTO LL IP

P200(%)

P200*IP IGCBR

ECUACINAASHTO

CBRECUACIN

IG

CL A-4 15 10 75 7.5 3 11.6 11.0

CL A-4 20 10 75 7.5 4 11.6 10.0CL A-4 30 10 75 7.5 6 11.6 8.4

ML A-4 40 10 75 7.5 8 11.6 7.4

ML A-5 50 10 75 7.5 10 11.6 6.5MH A-5 60 10 75 7.5 12 11.6 5.8

CL A-6 25 20 75 15 11 6.3 6.1

CL A-6 30 20 75 15 12 6.3 5.8

CL A-6 40 20 75 15 14 6.3 5.2CL A-7-5 50 20 75 15 16 6.3 4.7

CH A-7-5 60 20 75 15 18 6.3 4.3

CL A-6 35 30 75 22.5 19 4.3 4.1CL A-6 40 30 75 22.5 20 4.3 3.9

CL A-7-6 50 30 75 22.5 22 4.3 3.5CH A-7-5 60 30 75 22.5 24 4.3 3.2


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As mismo, se advierte que cuando la diferencia entre el lmite lquido y el ndiceplstico es baja (del orden de 5 o menos) los valores de CBR calculados por las dosexpresiones presentan una razonable coincidencia, pero si se mantiene constanteel ndice plstico, los incrementos en el lmite lquido (y, consecuentemente, en el

lmite plstico) se traducen en reducciones del CBR calculado a partir del IG pero,por supuesto, ellos no tienen incidencia alguna sobre los calculados con laexpresin AASHTO, por cuanto sta no tiene en cuenta el valor del LL.

H.10. CONCLUSIONES

1. La expresin que incluye la gua de diseo AASHTO 2002 para estimar el CBR delos suelos de subrasante a partir del ndice plstico y de la proporcin que pasael tamiz # 200 (P200*IP) da lugar a valores de resistencia mayores que los

medidos en el laboratorio, tanto en la condicin ptima del Proctor Estndarcomo en la de equilibrio, en particular en los denominados suelos finos.

2. Ello se pudiera explicar en el hecho de que la ecuacin AASHTO fue deducidapara obtener el CBR en unas condiciones iniciales de referencia,correspondientes a una situacin cercana a la humedad ptima y a la densidadmxima del ensayo modificado de compactacin; por cuanto el modelo declima del mtodo se encarga de efectuar ajustes a causa de las variacionesestacionales esperadas en la humedad de los suelos. En consecuencia con loanterior, si el ingeniero va a realizar una evaluacin o diseo considerando

condiciones de equilibrio en el suelo de subrasante, la expresin del mtodoAASHTO 2002 no resulta recomendable.

3. La expresin de la gua AASHTO 2002 no considera la influencia que puedetener el lmite lquido sobre el valor del CBR del suelo de subrasante.

4. Con el fin de tomar en cuenta la influencia de este ltimo factor, se haretomado la teora expuesta en 1958 por Celestino Ruiz, respecto de la relacinexistente entre el ndice de Grupo y el CBR de los suelos.

5.

Debido a que el concepto numrico del ndice de grupo fue revaluado por laAASHTO en 1973, eliminando el valor mximo de 20 que tena originalmente, semodific la ecuacin numrica obtenida por Ruiz, a partir de los resultados depruebas de CBR efectuadas sobre muestras de suelos de subrasante de calles ycarreteras colombianas, ensayadas en condiciones de densidad y humedad deequilibrio.


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6. La ecuacin promedio de correlacin IG-CBR que se ha obtenido, da lugar avalores de CBR ms aproximados a los medidos, que los que resultan al aplicarla frmula recomendada en la nueva gua de diseo de pavimentos de laAASHTO, considerando las limitaciones sealadas para sta en conclusiones

anteriores. Adems, su coeficiente de determinacin (r2) es bastante mayor(0.85 vs. 0.67).

7. A pesar de su relativo buen ajuste, el uso de la correlacin promedio del CBRcon el IG debe ser muy cuidadoso, por cuanto para los niveles ms bajos deCBR, que son los que ms inciden en el resultado del diseo de un pavimentoasfltico, los valores medidos en laboratorio fueron generalmente inferiores alos calculados mediante la correlacin. En tales casos, resultara ms prudenteemplear la expresin hallada para 85% de confiabilidad.

8. Para los suelos ensayados, valores del producto LL*IP por encima de 2000resultaron claramente indicativos de resistencias inferiores a 2 en unidadesCBR.

9. Con las limitaciones y precauciones debidas, se puede decir que, en trminosamplios, existen los siguientes rangos de relacin entre el IG y el CBR para lossuelos de subrasante en condiciones de equilibrio:

IG CBR

< 1 > 1514 15 - 10

415 105

1525 53

2540 31

> 40 < 1

10.Valores del ndice de Grupo inferiores a 1 indican que la calidad del materialcomo subrasante es buena (CBR superior a 15), pero no se pretende que la

ecuacin brinde una medida numrica de ella.

11.En el otro extremo, el diseador debe ser muy cauteloso al enfrentar suelos desubrasante con valores del ndice de grupo superiores a 25, los cualesrepresentan suelos cuyo CBR es, generalmente, menor de 3. La mayora de losmtodos en vigencia para el diseo de pavimentos asflticos consideranimprocedente la construccin de la estructura sobre suelos con este nivel de


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resistencia; por tal motivo, siempre que se encuentren valores de IG del ordende 25 o mayores en los suelos de subrasante, habr que contemplar lasopciones de construir una capa de subrasante mejorada, de reemplazar undeterminado espesor del suelo dbil o de estabilizarlo por medios naturales o

artificiales. Esta necesidad ser tanto mayor, cuanto ms alto sea el ndice deGrupo; en particular, por encima de 40, la debilidad y la deformabilidad delsuelo son manifiestas.

12.La correlacin IG-CBR que se presenta en este informe no aplica para suelos quepuedan desarrollar alguna cementacin por acciones fsico-qumicas al sercompactados, dado que la influencia de dicha cementacin no queda enevidencia cuando se determinan en el laboratorio la granulometra y los lmitesde consistencia sobre muestras del suelo pulverizado. En este caso, no resulta

idneo juzgar el posible comportamiento del suelo a partir de ndice de grupo,siendo necesario recurrir a ensayos directos para determinar su valor soporte osu respuesta elstica ante la accin de las cargas dinmicas del trnsito.

REFERENCIAS

H.1 - ARA INC, ERES CONSULTANTS DIVISION, Guide for mechanistic-empiricaldesign of new and rehabilitated pavement structures, NCHRP Report 1-37A,Champaign, Illinois, March 2004

H.2PELTIER R., Manuel du laboratoire routier, Dunod, Paris, 1955

H.3 - SNCHEZ SABOGAL F., Estudio de la correlacin existente entre el ndice degrupo y el CBR de los suelos, Primer Simposio Colombiano Sobre Ingeniera dePavimentos, Medelln, 1976

H.4 - CONSORCIO CIVILTEC-LA VIALIDAD-IGL, Diagnstico y evaluacin para laintervencin de vas de rutas alimentadoras Sistema Transmilenio Zona Sur en

Bogot D.C., Contrato IDU-193-2003, Bogot, 2004

H.5 - RUIZ C, Clasificacin de materiales para subrasantes del Highway ResearchBoard (H.R.B), Publicacin No 4, Direccin de Vialidad, Provincia de Buenos Aires,La Plata, Enero 1958

H.6ASTM, ASTM D3282-93(2004)e1. Standard Practice for classification of soilsand soil-aggregate mixture for highway construction purposes, WestConchohocken, PA


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