Ensayo de cargas repetidas - módulo resilente del material de subrasante con fines de diseño de pavimentos asfálticos

Abstract

Los pavimentos se encuentran sometidos a cargas dinámicas de diversas magnitudes, estas cargas le son transmitidas por el tránsito vehicular. Con el fin de tomar en cuenta la naturaleza cíclica de las cargas que actúan en los materiales que conforman una estructura de pavimento, se ha realizado en varios países trabajos experimentales, obteniéndose información sobre el comportamiento esfuerzo deformación de los pavimentos. Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suelen denominarse plásticas a aquellas que permanecen en el pavimento después de cesar la causa deformadora. Cuando actúa la carga móvil en los ciclos intermedios la deformación permanente para cada ciclo disminuye hasta que prácticamente desaparece en los ciclos finales, llegando así la muestra a un estado en el cual toda la deformación es recuperable y se dice que en este momento se tiene un comportamiento resiliente. De aquí se define el concepto de modulo resiliente como el esfuerzo desviador repetido aplicado en compresión triaxial entre la deformación axial recuperable. De la información obtenida de estudios llevados a cabo sobre el módulo resiliente en diferentes lugares, se ha observado que este parámetro no es una propiedad constante del suelo y más bien depende de varios factores como, numero de aplicaciones de esfuerzo, tixotropía, magnitud del esfuerzo desviador, método de compactación y condiciones de compactación. Los ensayos de módulo resiliente en el Laboratorio Geotécnico del CISMID, fueron realizados en suelos finos bajo la norma AASHTO T294-921, los cuales muestran una dependencia del esfuerzo desviador porque a medida que este aumenta, el módulo resiliente tiende a disminuir. Asimismo, el comportamiento de los suelos finos cohesivos presenta un comportamiento bilineal el cual es un comportamiento característico para suelos cohesivos, también es claro que el contenido de humedad de las muestras ejerce una influencia apreciable sobre los resultados del módulo resiliente, observándose menores valores para contenidos mayores de humedad. La totalidad de los valores de módulo resiliente determinados están comprendidos dentro de un rango, 2674.10 a 29724.73 psi (18.72 a 208.07 MPa), estos resultados corresponden a probetas en condición no saturada (condición que indica la norma). Otro aspecto importante en el desarrollo del presente trabajo es que actualmente en el diseño de pavimentos por diferentes métodos consideran el parámetro de modulo resiliente como la base para la caracterización del comportamiento del suelo. Actualmente en el Perú el método que más se emplea para el diseño de pavimentos es el AASHTO, y bajo este concepto se debe aplicar un valor de modulo resiliente, esto pareciera ser sencillo, pero se complica cuando sabemos que no existe un valor único para un suelo, sino que depende de las condiciones de prueba. Idealmente se debería de tomar un valor de modulo resiliente para la condición final de suelo de acuerdo con el nivel de esfuerzos aplicados por un vehículo. Sin embargo, la determinación del módulo resiliente determinado de esta forma no está de acuerdo con el procedimiento para diseño de pavimentos AASHTO, actualmente el procedimiento de prueba recomienda utilizar una presión de confinamiento de 3 psi para un cierto rango de esfuerzos desviadores. Observando esta problemática para este trabajo de investigación se optó por calcular el percentil a 95% de los valores resultantes de módulo resiliente con el equipo triaxial cíclico y tomar este valor como representativo para cada muestra. Teniendo en cuenta la consideración de la guía de diseño AASHTO, que la mayoría de las agencias dedicadas al diseño de pavimentos no cuentan con el equipo para realizar el ensayo de modulo resiliente se hizo un análisis para estimar el módulo resiliente en función al CBR, estas estimaciones se hicieron con nueve correlaciones diferentes estudiadas por los siguientes investigadores, Green & May (1962), Witczak (1995), Medina & Preussler (1982), Slyngstad & Evensen {1994), Cardoso & Witczak {1991), Hopkins (1994), Cardoso (1997).

Para la estimación del módulo resiliente se trabajó con una muestra de 430 datos de CBR de diferentes lugares del Perú, estas estimaciones arrojaron valores similares para CBR menores a 10%.

Y con el objetivo de poder determinar cuál de estas correlaciones se ajustaría mejor a la realidad peruana se contrapuso el módulo resiliente determinado a partir del ensayo de triaxial cíclico con los valores de MR estimados a partir del CBR, y como se esperaba las ecuaciones determinadas por Cardoso (1997), fueron las que mejor se ajustaron a los resultados de modulo resiliente determinados con el ensayo triaxial cíclico. Con estos datos se evaluó la capacidad estructural en función a la capacidad de carga, determinándose, que para valores bajos de CBR el número estructural varía considerablemente, mientras que para valores altos el SN se hace asintótico al eje de las abscisas, tendiendo a una mínima variación en el número estructural. Los valores de número estructural hallados a partir de la ecuación polinómica estudiada por Cardoso son mayores en comparación a los valores de número estructural obtenidos por otras ecuaciones y su aplicación se ajusta en el rango CBR de 1% a 48%. Considerando un pavimento compuesto por una sola capa de concreto asfáltico en todo su espesor se convirtió los números estructurales; correspondientes a los determinados con el MR a partir de la correlación dada por la guía y por Cardoso en espesores de pavimento, con estos valores se analizó la variación de los espesores con la variación en porcentaje de la capacidad de soporte del suelo, obteniéndose que la variación de espesores en mínima cuando la variación de CBR es menor a 20%.