ENSAYO ENSAYO DE MODULO RESILIENTE 1. INTRO INTRODUC DUCCIÓ CIÓN N Las metodologías actuales para diseño de pavimentos consideran que la propiedad fundamental para caracterizar los materiales constitutivos de la sección de una carretera o aeropista, es el parámetro denominado Módulo de Resiliencia. Tales son los casos del método !"T# $merican ssociation of !tate "ig%&a' and Transporta Transportation tion #(cials) #(cials) ' el método método del *nstituto de *ngeniería *ngeniería de la +niversidad acional utónoma de Mé-ico, por citar los más comnmente empleados en la práctica me-icana. /s por ello que el especialista encargado del diseño, construcción ' conservación de tales estructuras, de0e de tener el conocimiento 0ásico de lo que el parámetro módulo de resiliencia representa, de la prue0a de la0oratorio a partir de la cual se o0tiene ' de los factores que %a' que considerar para la selección del valor adecuado para su uso en una determinada metodología de diseño. Tales Tales son los o01etivos o01etivos de este este tra0a1o. tra0a1o.
2. DEFI DEFINI NICI CION ON
"veem ' 2arman' $3456) reconocieron que el módulo dinámico de elasticidad para su0rasantes es un parámetro de gran importancia para entender el agrietamiento $por fatiga) de las super7cies de asfalto ' que la carga monotónica podría no ser la adecuada para su determinación. /n 3488, "veem desarrolló el tema 9comportamiento resiliente de los pavimentos:. /l propuso la prue0a del esta0ilómetro para caracterizar a las su0rasantes. !eed ' sus colegas de la +niversidad de 2alifornia siguieron lo esta0lecido por "veem. ;esarrollaron prue0as de carga repetida e introdu1eron el término de módulo de resiliencia $!eed et al 3488). /ste término fue cam0iado más tarde por el de módulo resiliente $!eed et al, 34<=), el cual fue de7nido como la magnitud del esfuerzo desviador repetido en compresión tria-ial dividido entre la deformación a-ial recupera0le ' se representa como sigue >
donde > • • • •
?3@ /sfuerzo principal ma'or ?A@ /sfuerzo principal menor ?d@ /sfuerzo desviador Ba-ial @ ;eformación recupera0le
;urante prue0as de carga repetida se o0serva que después de un cierto nmero de ciclos de carga, el módulo llega a ser apro-imadamente constante ' la respuesta del suelo puede asumirse como elástica. l módulo que permanece constante se le llama módulo de resiliencia. /ste concepto aplica tanto para suelos 7nos como para materiales granulares. sí entonces, el concepto de módulo de resiliencia está ligado invaria0lemente a un proceso de carga repetida.
3. FACTORES QUE AFECTAN EL MÓDULO DE RESILIENCIA EN SUELOS COHESIVOS 2omo se %a o0servado en los estudios llevados a ca0o so0re módulo de resiliencia, este parámetro no es una propiedad constante del suelo, sino que depende de muc%os factores. Los principales se discuten a continuación >
3.1 Número de a!"#a#"o$e% de! e%&'er(o Cara analizar el comportamiento del módulo de resiliencia de un suelo, se sometieron varios especímenes de arcilla compactada a prue0as de módulo de resiliencia con la secuencia recomendada por el Crograma /stratégico de *nvestigación de carreteras $!"RC)D todos los ensa'es se llevaron a ca0o utilizando onda tipo senoidal con tiempo de aplicación de carga de E.3 s ' E.4 s de periodo de reposo. La Figura =.3 muestra un ensa'e realizado so0re una muestra de arcilla compactada con un peso volumétrico seco de 3=.A3 GHmA ' contenido de agua de =E.3E I. !e puede notar una variación importante del módulo durante todo el proceso de carga cíclica. l aumentar el nmero de ciclos parece tender a un valor constante.
3.2 T")o*ro+a, /n estudios previos so0re arcillas compactadas se %a encontrado que las muestras compactadas a altos grados de saturación, particularmente por métodos de compactación que inducen cortantes en el suelo, muestran un pronunciado incremento en la resistencia si se permite un periodo de reposo. /ste incremento en resistencia es atri0uido a la ti-otropía ' al cam0io progresivo en los arreglos de las partículas ' presiones de poro del agua dentro del suelo en un tiempo prolongado. /fectos similares %an sido o0servados en estudios acerca de las características resilientes de arcillas compactadas D como se ilustra en la Figura =.= para muestras de su0rasante del tramo de prue0a !"# preparadas por amasado
/n el tra0a1o de !eed et al $34<=) se reportaron muestras que se prepararon con características seme1antes ' que fueron ensa'adas 0a1o las mismas condiciones a intervalos de tiempo de 38 minutos, J %oras, =3 %oras, A días, 35 días ' 8E días después de la compactación. /l efecto de la ti-otropía en el módulo resiliente varía con el nmero de repeticiones. menos de 3E,EEE aplicaciones, un incremento en el tiempo de almacenamiento previo a la prue0a causa un aumento en el módulo resiliente D pero para ma'or nmero de repeticiones los valores 'a no son afectados signi7cativamente por el periodo de almacenamiento. /sto pro0a0lemente es de0ido a que las deformaciones inducidas por la carga repetida progresivamente destru'en en gran medida la resistencia ganada. !in em0argo, vale la pena %acer notar que para un 0a1o nmero de repeticiones de carga ' el nivel de esfuerzo usado en estas prue0as, la diferencia en el módulo de resiliencia entre muestras pro0adas inmediatamente o un día después de la compactación ' muestras pro0adas después de 8E días puede variar entre AEE ' 5EEI.
3.3 Ma-$"*'d de! e%&'er(o de%"ador
La Figura =.A fue generada con una muestra arcillosa que fue compactada con un contenido de agua de =4.4 I ' para la cual se o0tuvo un peso volumétrico de 3A.4A GHmA . ;e la Figura =.A se puede notar la clara dependencia que presenta el módulo de resiliencia del esfuerzo desviador aplicado ' la poca inKuencia del esfuerzo de con7namiento en el mismo módulo. Cor otro lado, los valores del módulo de resiliencia decrecen rápidamente con el incremento del esfuerzo desviador. !in em0argo, la variación 'a no se aprecia tanto a niveles de esfuerzo desviador ma'ores a 5E GCa.
eneralmente para valorar el módulo de resiliencia se utiliza un esfuerzo desviador de <4 GCa $3E psi). !in em0argo, el esfuerzo desviador de0e de valuarse de acuerdo con el estado de esfuerzos que ocurre en la su0rasante.
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Fa#*ore% 0'e a&e#*a$ e! Md'!o de Re%"!"e$#"a e$ Ma*er"a!e% ra$'!are% arios son los factores que afectan el módulo de resiliencia de un material granular, los cuales pueden clasi7carse en dos grupos> en uno se pueden considerar los factores in%erentes al tipo de material ' sus características ', en el otro, el nivel de esfuerzos aplicado, duración del pulso de carga ' el procedimiento de prue0a general.
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TIO DE MATERIAL
/n relación con el tipo de material ' sus características, inKu'en la naturaleza de la roca, el grado de sanidad $índice de solidez de los granos) ' tamaño má-imo de las partículas, su angulosidad ' rugosidad, composición granulométrica, etc. Mus%arraf et al $3445) llevaron a ca0o un estudio en el que utilizaron seis tipos de agregados los cuales consistieron de tres calizas, una arenisca, un granito ' una riolita, estos materiales son los comnmente usados en la construcción de 0ases ' su00ases de pavimento de carreteras en #Gla%oma, +!. /n las Figuras A.3 ' A.= se presentan las curvas granulométricas de los materiales estudiados.
/n la Figura A.A $Mus%arraf, et al, 3445) se presentan valores de módulo de resiliencia o0tenidos al pro0ar los seis materiales granulares mencionados anteriormente.
!e aprecia en la 7gura la variación del módulo de resiliencia con el estado de esfuerzos, así como las diferencias de0idas al tipo de material. Las diferencias en el módulo de resiliencia de0ido al tipo de material, varían entre =E ' 8EI.
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TAMA4O DEL ES5CIMEN6 TIO DE COMACTACIÓN6 ESO ESEC7FICO Y RANULOMETR7A
Cara o0servar el efecto de tamaño del espécimen, tipo de compactación, peso especí7co ' granulometría, Mus%arraf et al $3445), llevaron a ca0o una serie de ensa'es de módulo de resiliencia. Las características de cada uno de los especímenes se muestran en la ta0la siguiente.
/.3 CONTENIDO DE AUA Cing Tiam, reporta los resultados de un estudio realizado con dos materiales granulares que se utilizan comnmente en la construcción de su00ases ' 0ases de pavimento en #Gla%oma, los cuales se tra0a1aron con tres granulometrías ' tres contenidos de agua diferentes, a 7n de conocer la inKuencia de estas características en su comportamiento esfuerzoN deformación. Las tres diferentes granulometrías empleadas se muestran en la Figura A.6. Los contenidos de agua fueron los correspondientes a la óptima $5.< a <.A I), =I menor ' =I ma'or.
/l procedimiento de prue0a en todos los ensa'es fue el !"T# T=45N45 para materiales tipo 3. /n los resultados o0tenidos de las prue0as realizadas se o0servó que la variación del módulo de resiliencia de0ida a las diferencias de granulometría, fue de 3E a 8EI ' de E a ==I para los materiales 3 ' =, respectivamente.
