Ensayo del Módulo de la Resiliencia y sus pasos
Samir Angulo Torres ING. JORGE OLARTE
Ensayo del Módulo de la Resiliencia Este ensayo describe mejor el comportamiento del suelo bajo cargas dinámicas de ruedas, que al moverse imparten un pulso dinámico a todas las capas del pavimento y a la subrasante. Como respuesta a este pulso cada capa del pavimento sufre una deflexión. El pulso de las solicitaciones varía en un periodo muy breve de un valor muy bajo hasta un máximo, en función de la velocidad del vehículo. La muestra de forma cilíndrica se confina en una cámara triaxial, que permite aplicar a la probeta una gran variedad de presiones, mediante un dispositivo especial que puede aplicar cargas pulsantes de diferente magnitud y duración. En el ensayo se registra: La carga aplicada mediante una célula de carga electrónica. La presión de confinamiento mediante el medidor de presiones. La deformación que sufre la probeta. Para suelos finos interesa conocer la tensión desviante σd = σ1 - σ3 Para los suelos granulares la tensión volumétrica θ3 = σ1 + σ2 + σ3 Las cargas dinámicas repetidas producen en la probeta una deformación vertical, que tiene dos componentes:
εP = Deformación permanente, que no se recupera cuando cesa la carga. εR = Deformación Resiliente, que es recuperable cuando deja de actuar la carga La relación entre las deformaciones verticales y la carga desviante se muestra en la figura siguiente:
Figura I.4. Relación entre deformación vertical y carga desviante. Fuente: Ayllón Acosta Jaime, Guía para el Diseño de Pavimentos de Concreto Asfáltico.
Para determinar el módulo resiliente se registra toda la deformación axial de la probeta a lo largo del ensayo y se calcula con la siguiente expresión: MR
=
σd / εR
εR tiene la misma definición del módulo de Young, aplicada a solicitaciones transilientes de corta duración.
RELACIONES C.B.R. - MÓDULO DE RESILIENCIA En nuestro país no existe experiencia ni equipos para determinar el Módulo Resiliente. Ante esta falencia se pueden utilizar las siguientes relaciones con el C.B.R. (1)
CBR < 15 % (Shell)
K = 10 (MPa) = K * CBR K = Tiene una dispersión de valores de 4 a 25 MR
(2)
MR
(MPa) = 17,6 * CBR0,64
(Powell et al)
2 DESCRIPCION DEL ENSAYO DE MODULO RESILENTE EN LABORATORIO El ensayo consiste en construir una probeta cilíndrica correspondiente a una muestra de suelo no tratado o tratado, remoldeada la cual se confina en una celda triaxial, que permite aplicar una variedad de presiones de confinamiento a la muestra con el objeto de simular las condiciones al que estará sometido el suelo como parte sustentable de la estructura del pavimento. Luego, a través de un adecuado sistema de aplicación de carga, se somete a la probeta a un gran número de pulsos de magnitud y duración determinadas. En este ensayo se registra tanto la fuerza como las deformaciones producidas en la muestra. Con ayuda del equipo de ensayos triaxiales dinámicos del Laboratorio de Geotecnia del CISMID, el modulo resiliente en muestras inalteradas fue determinado de acuerdo a la norma AASHTO T294-92 . Originalmente el método fue por el Programa Estratégico de Investigación de Carretera SHRP (Strategic Highway Research Program), conocido también como “Protocolo 846”, y que es una modificación de la norma AASHTO T274. La integración y adecuación de las fuentes mencionadas anteriormente, ha permitido desarrollar los ensayos de acuerdo a las características de la norma AASHTO T294-92I y para lo cual se hará una breve descripción evaluando las diferencias cuando se emplea el equipo triaxial cíclico con limitaciones inherentes a éste.
2.1 TIPO DE MATERIAL El ensayo AASHTO reconoce dos tipos de materiales para ser ensayados:
• Materiales Tipo 1 o también “gruesos”, incluyen todos aquellos materiales no tratados que cumplen con el criterio de menos del 70% debe pasar la malla Nº 10 y un máximo del 20% puede pasar el tamiz Nº 200. Estos suelos presentan clasificación AASHTO iguales a A-1, A-1-b, A-2, ó A-3. • Materiales Tipo 2 o también “finos”, incluyen todos aquellos materiales no tratados que no cumplen con el requisito para ser clasificado como material tipo 1, como los suelos A-4, A-5, A-6 y A- 7.
2.2 EQUIPO El equipo recomendado por AASHTO, para realizar el ensayo T 294-92I, incluye los componentes siguientes: ™ Cámara triaxial. ™ Sistema de control y aplicación de cargas repetidas. ™ Equipo de medición de cargas y deformaciones y sistema de registro de las variables involucradas en el ensayo. ™ Equipo para la confección de los especímenes
3.PROCEDIMIENTO EQUIPO TRIAXIAL CICLICO DEL CISMID Una vez instalada la muestra, preparada con materiales tipo 2, en la celda y ubicado el marco de carga3 el procedimiento secuencial considera las etapas siguientes: Etapa de Precondicionamiento Aplicar una presión de confinamiento de 6 psi dentro de la celda. Mantener un mínimo de contacto del 10% del máximo esfuerzo desviador de cargas repetidas, durante la aplicación de cargas. Se debe aplicar una carga de acondicionamiento del espécimen de 1000 ciclos en un esfuerzo desviador de 4 psi . Aplicar una onda de carga tipo “Haversine Shaped” que consiste en un pulso de carga de 0.1 segundos de duración seguido de 0.9 segundos de descanso . Secuencias del Ensayo Se disminuye el esfuerzo desviador de 4 psi (esfuerzo de precondicionamiento) a 2 psi y se aplica 100 repeticiones de este esfuerzo desviador correspondiente a un pulso dinámico de 1 segundo de duración. Luego se sigue incrementando el esfuerzo desviador de 4 psi hasta llegar a 10 psi, para cada incremento de esfuerzo desviador se aplica 100 repeticiones de carga. En la secuencia siguiente se disminuye el esfuerzo de confinamiento a 3 psi y se aplica esfuerzos desviadores de 2 psi , hasta 10 psi como en las secuencias anteriores. Se continua con el ensayo hasta disminuir el esfuerzo de confinamiento a cero y se aplica los mismos esfuerzos desviadores de las secuencias anteriores. La Tabla 1, ilustra las secuencias del ensayo. En todas las secuencia se registra las deformaciones para cada esfuerzo desviador aplicado y se calcula la deformación recuperable, con estos datos se halla el MR mediante la ecuación E
