Tipos de cimentacin

DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Integrantes

Altamirano Valencia Elmer

Labrin Ruiz Gaby

Mena Heredia Milton

Perez Hinojosa Jean

Rabanal Gonzales Jaime

Risco Ramos jamir

Villanueva Alcalde Angela

Zea Sempertigui Walter

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INDICE

METODO DE MC LEOD

METODO DE HVEEM

METODO AASHTO

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFAlTO

METODO DEL INSTITUTO DEL ASALFATO

El mtodo se basa principalmente en la aplicacin de la teora elstica en multicapas, que utiliza resultados de investigaciones recientes por parte de ese organismo.

Este mtodo de diseo permite el empleo de asfalto slido o emulsiones asflticas, en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento, e incluye varias combinaciones de capa de rodadura y bases de concreto asfltico; de capa de rodadura y bases con emulsiones asflticas, as como capas de rodadura asflticas con base y subbase granulares.

Los espesores y caractersticas de las diversas capas de la estructura, se determinan de tal forma que se cumplan dos condiciones bsicas: que las deformaciones por la traccin producida en la fibra inferior de las capas asflticas y las deformaciones verticales por compresin en la parte superior de la subrasante no superen los valores admisibles.

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

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EL TRNSITO

Este valor se determina siguiendo el procedimiento ya descrito en el mtodo MOPT para hallar N. Slo es necesario tener presente que cuando no se posean datos especficos sobre la proporcin relativa de camiones esperados en el carril de diseo podr emplearse la tabla 5.40.

VARIABLES DE DISEO

El Instituto del Asfalto en sus grficas de diseo exige el conocimiento de la resistencia de la subrasante la cual se determina por medio del mdulo de resiliencia (Mr), segn ensayo propuesto en su publicacin MS-10. Sin embargo, teniendo en cuenta que muchas organizaciones carecen de esta clase de equipo, se han establecido factores para determinar el Mr mediante correlaciones con los mtodos normales para la determinacin de los valores como son el CBR o el valor R, pues, esos son los de ms amplio conocimiento del comn de los ingenieros y tcnicos, a travs de las siguientes relaciones propuestas por el Instituto del Asfalto.

SUELOS DE SUBRASANTE

En cuanto a la rodadura, el mtodo considera la utilizacin de mezclas asflticas del tipo concreto asfaltico y en uno de sus casos, tratamiento superficial doble.

Las bases pueden ser en concreto asfaltico, estabilizadas con emulsin asfltica o granulares. Las bases estabilizadas con emulsiones asflticas corresponden a tres tipos de mezcla, segn la clase de agregados utilizados.

Tipo I: Mezcla de emulsiones asflticas con agregados procesados, densamente graduados.

Tipo II: Mezcla de emulsiones asflticas con agregados semiprocesados, de trituracin, de bancos o carreteras.

Tipo III: Mezclas de emulsiones con arenas o arenas limosas.

MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS

Los materiales que se utilicen para la construccin de las bases estabilizadas deben cumplir con los requisitos de calidad propuestas en la tabla 5.41, finalmente, el mtodo considera la posibilidad de utilizar materiales granulares de base o subbase, en dichos casos, se aconseja que estos materiales se ajusten a los requisitos de calidad indicados en la tabla 5.42

Tabla 5.41Caractersticas de los materiales aptos para construccin de bases estabilizadas con emulsiones asflticasTamizAgregados para mezclas Agregados paraAgegados para mezclasmezclas Tipo IITipo III(mm)Tipo IArenasArenas limosasPorcentaje que pasa50,810035,1(90-100)10010025,4(90-100)100(80-100)19,1(60-90)(90-100)10012,7(60-80)(90-100)1001001009,52(60-80)(90-100)4,76(20-55)(25-60)(35-65)(45-75)(60-80)(25-85)(75-100)(75-100)2,38(10-40)(15-45)(20-50)(25-55)(35-65)0,3(2-16)(3-18)(3-20)(5-20)(6-25)(3-15)(3-12)(12-25)0,1490,074(0-15)(1-15)(2-15)(2-15)(2-15)Equivalente de 25% mnimoarenaDesgaste45% maximo-Perdidas ensayo25% maximo-solidez%caras fracturadas65% maximo-Anionica o catinica de rompimiento lentoAnionica o cationicaEmulsionde rompimientorecomendadalento o catinica de rompimiento medio

El diseo del pavimento por este mtodo requiere de la ejecucin ordenada de los siguientes pasos:

a) Estimacin del trnsito esperado durante el periodo de diseo expresado como numero acumulado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseo (N).

Donde:

TDP = Transito promedio diario inicial

A = Porcentaje estimado de vehculos pesados (buses y camiones).

B = Porcentaje de vehculos pesados que emplean el carril de diseo.

r = Tasa anual de crecimiento del trnsito.

Determinacin de la resistencia de los suelos tpicos de subrasante. Si se emplea el ensayo de CBR deber aplicarse la expresin siguiente:

Mr (kg/cm2) = 100 CBR

Mr (Lb/pulg2) = 1,500 CBR

PROCEDIMIENTO DE DISEO

c) Eleccin de los tipos de base y capa de rodadura a utilizar. Para cada tipo de base elegido el mtodo presenta una grfica de diseo que permite determinar los espesores de las diversas capas del pavimento. Ahora bien, siempre que se desee utilizar base estabilizada de los tipos II o III debern cubrirse con concreto asfaltico en espesor no inferior a los que se indica en la siguiente tabla.

EJEMPLO DE APLICACION

Disear un pavimento para una va de dos carriles en la que se espera un trnsito promedio diario inicial de 700 vehculos, de los cuales un 40% son comerciales. La tasa anual de crecimiento del trnsito se estima en 8%. Se ha previsto un periodo de diseo de 10 aos. El factor camin es de 1.5. El suelo de subrasante es una arena arcillosa cuyo CBR es de 9%.

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METODO DE MC LEOD

El ingeniero Norman W. Mc LEOD, como resultado de la investigacin efectuada a varias autopistas del Canad, presento un interesante mtodo para el diseo de pavimentos flexibles. Mc Leod basa su mtodo considerando el valor soporte terreno de fundacin como aquella carga que, despus de ser aplicada 10 veces sobre un disco metlico de 30 pulgadas (76.2 cm.) de dimetro, produce deflexin de 0.5 pulgadas.

La capacidad soporte de todo el pavimento, varia en relacin directa con el valor soporte del terreno de fundacin. Esto quiere decir, que la capacidad soporte de una base y capa de rodamiento de espesor dado, aumenta o disminuye si aumenta o disminuye el valor de soporte del terreno de fundacin.

DESARROLLO DEL MTODO DE MC LEOD:

se relacionan las cargas y los valores de soportes del terreno de fundacin, para un total combinado de base y capa de rodamiento de 30 cm (12).

Basndose en lo indicado anteriormente, si aplicamos la carga sobre una base de espesor T, llamamos p a la carga (carga por rueda) y S al valor soporte del terreno de fundacin, tendremos, para iguales reas de contacto, deformaciones y numer de repeticiones de carga, la siguiente ecuacin.

T = K log

Donde:

K = Constante de diseo, en cm.

T = Espesor requerido de la base granular para colocar sobre la sub rasante, en cm.

P = Carga de la rueda de diseo, en kilogramos

S = Soporte total de la sub rasante, en kilogramos.

Para determinar el valor de K se hicieron varios grficos similares al de la figura 1 variando el espesor de base, y se llego a la conclusin de que la lnea recta que se acerca ms a los resultados es la que tiene un valor de K=65. Luego, la ecuacin 1 podemos escribirla as:

T=65 log

En este caso, como en todos los dems, si se desea sustituir parte del espesor protector de base por una sub base de inferior calidad, puede repetirse el mtodo, aplicndolo no a la subrasante y el material de base de que se disponga, sino al material que se desee colocar como sub base. As, procediendo de abajo hacia arriba puede substituirse cualquier espesor de un material por otro equivalente de un material diferente. Aparece la grafica a usar en trabajos de aeropistas.

Aparece la grafica a usar en trabajos en caminos

Finalmente McLeod recomienda que en el diseo de calles de rodaje en aeropistas la deformacin de la base se acote el valor 0.89 cm (0.35 pulgadas) en lugar del valor 1.27 cm (0.50 pulgadas) que se menciono arriba como usual

Para encontrar la resistencia de las capas de apoyo, se utiliza la prueba de placa, con la que se obtiene el mdulo de reaccin (k). Para realizar esta prueba, se coloca sobre la capa subrasante una serie de placas como se muestra en la figura. Esta cantidad de placas se requiere para que las inferiores no sufran deflexiones y a la presin que reciba el terreno sea uniforme.

Sobre la placa superior, se coloca una carga tal que la presin que transmita la placa inferior sea de 0.7 Kg/cm2; en esta placa, se ponen cuando menos tres extensmetros para medir la deflexin producida.

Figura 2 Realizacin de una prueba de placa para encontrar el mdulo de reaccin (K) en la subrasante de una obra vial, para el proyecto de espesor de la losa de un pavimento.

PRUEBA DE CARGA DE PLACA (MC LEOD, 1948):

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MODULO DE REACCION K:

El mdulo de reaccin es igual a la relacin de la presin proporcionada, entre el promedio de las deflexiones medidas (&).

El mdulo de reaccin de la subrasante se corrige de acuerdo con el espesor y la calidad de la sub-base,

Figura 3 Nomograma para encontrar el mdulo de reaccin corregido, en funcin del mdulo de la subrasante y el espesor de la sub-base de material granular

4. ROYECTO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL SIMPLE CON AGREGADOS GRADUADOS:

El Ing. Mc Leod despus de varias experiencias lleg a la conclusin de que el porcentaje de vacos del agregado suelto, establecido como el 50 % por el mtodo de Hanson, en la realidad excepcionalmente se cumple, a su vez muy ocasionalmente este porcentaje es menor a 40 %.

La hiptesis de Hanson de que el trfico pesado y las condiciones de clima reducen este porcentaje al 20 %, en la realidad no ocurre. Si consideramos que el porcentaje de vacos del agregado suelto es del 40 %, el porcentaje de vacos del tratamiento simple despus de la apertura al trfico ser igual a: 40/50 * 20 = 16 %.

Por lo tanto utilizando la hiptesis de Hanson se tendr un exceso en la cantidad de asfalto, especialmente si se utiliza agregado graduado. Por esta razn es necesario introducir una correccin a la fraccin de vacos:

FORMULA CORREGIDA PARA EL CLCULO DE LA CANTIDAD DE AGREGADO

Donde:

C = cantidad de agregado en libras por yarda cuadrada [Lb/Yd2]

H = agregado de dimensin media, que corresponde al tamao del 50 % de las partculas del agregado [Pulgadas]

G = peso especfico del agregado, dado por el mtodo ASTM.

E = factor en % que representa la prdida del agregado por segregacin o distribucin.

Adems:

Donde:

V = fraccin de vacos del agregado suelto

W = peso del agregado suelto [Lb/pie3] (Mtodo ASTM C-29)

VALORES DEL FACTOR DE PERDIDA "E"

FORMULA CORREGIDA PARA EL CLCULO DE LA CANTIDAD DE LIGANTE

Donde:

B cantidad total de asfalto a ser aplicado en galones por yarda cuadrada.

H agregado de dimensiones medias en pulgadas.

T factor de trfico que depende del volumen de trfico pronosticado.

S factor de correccin por textura

A es la correccin por absorcin en Gal/Yd2 medida a 60 F (15,5 C).

R es la fraccin de asfalto residual del ligante asfltico seleccionado.

VALORES DEL FACTOR DE TRAFICO "T"

Fuente: Pavimentado (Tomo III), Cyro Nogueira Baptista, 1981 Para agregados redondeados el factor de trfico se debe incrementar en 0,05 en cada caso.

FACTORES DE CORRECCIN POR TEXTURA "S":

Correccin por la textura de la superficie en Gal/Yd2: Representa la prdida o ganancia que producen las caractersticas de textura de la superficie existente.

Tabla. Valores de Correccin por la Textura de la Superficie "S"

Cuando la superficie tiene exceso de ligante la correccin es negativa en relacin a una superficie considerada lisa y firme. Para las superficies vidas la correccin tiene que ser sumada.

Para la determinacin de la rugosidad se recomienda el procedimiento de la arena, descrito en el mtodo de Tagle- Podest. No se debe confundir rugosidad o textura de superficie con porosidad. La porosidad se refiere a los espacios vacos internos del pavimento, que producen la absorcin de una cantidad importante de asfalto, ocasionando la prdida de agregados en la superficie por falta de ligante.

Una superficie porosa se identifica aplicando unas gotas de aceite lubricante en su superficie, si el aceite permanece, se considera que no existe porosidad perjudicial, por lo cual basta aplicar los valores de correccin "S" para superficies vidas.

Si se presenta absorcin regular del aceite en pocos minutos, la superficie se considera porosa. En este caso se recomienda efectuar un pre-tratamiento utilizando 0,5 L/m2 de asfalto diluido RC-0 RC-1, de emulsin RS-1, a continuacin se esparce el agregado de 6 a 10 libras por yarda cuadrada (3,25 a 5,42 kg/m2), para posteriormente liberar al trfico por varias semanas, antes de aplicar el tratamiento superficial.

Correccin por absorcin en galones por yarda cuadrada medida a 60 F (15,5 C): Esta correccin representa la prdida de material ligante por absorcin dentro de las partculas de agregado. Para los materiales que usualmente no tienen absorcin no se toma en cuenta la correccin. En cambio cuando el agregado es de naturaleza absorbente es necesaria una correccin, incrementando la cantidad de ligante en 0,136 L/m2 (0,03 Gal/Yd2).

VALORES DE LA FRACCIN RESIDUAL "R:

Fraccin de asfalto residual: Cuando se utilizan asfaltos diluidos, se debe agregar la cantidad de disolvente que perder el ligante seleccionado, como consecuencia de su evaporacin. Los valores de este factor se detallan en el cuadro siguiente:

Tabla. Valores de la Fraccin Residual "R"

EL MTODO RECOMENDADO POR MCLEOD, PARTE DE LOS SIGUIENTES PRESUPUESTOS:

En los tratamientos superficiales mltiples la cantidad de ligante bituminoso y de agregado requerido para cada capa es la misma, con pequeos ajustes.

La cantidad de ligante bituminoso y de agregado de cobertura que ser aplicado en cada capa, se debe considerar como si fuera un tratamiento simple. De esta forma es posible utilizar las frmulas anotadas anteriormente, con ligeras modificaciones:

Para el agregado

Para el asfalto

PARA APLICAR ESTAS FRMULAS SE DEBEN CUMPLIR LAS SIGUIENTES CONDICIONES:

Graduacin de agregado para cada capa.

Se debe determinar para cada capa, el valor del tamao medio (H) del agregado.

Volumen del trfico pronosticado.

Correccin del ligante asfltico debido a las caractersticas de textura (rugosidad) de la superficie sobre la cual se aplicar la primera capa del tratamiento superficial.

Cada capa del tratamiento mltiple debe ser construida inmediatamente despus de la capa anterior, sin permitir ningn trfico durante la construccin.

El espesor de cada capa del tratamiento mltiple debe ser igual al tamao del agregado correspondiente a esa capa.

Si fuera posible, para la primera capa debera utilizarse agregado de una sola dimensin. Se podr utilizar agregado graduado, con un control adecuado de la cantidad de finos.

El dimetro del agregado seleccionado para cada capa, debe ser de 0,5 a 0,6 del dimetro de la capa que le antecede.

La cantidad de agregado y de asfalto se calcular suponiendo que cada capa corresponde a la capa de un tratamiento superficial simple.

La cantidad de agregado para la primera capa se determinar utilizando la frmula:

Para calcular la cantidad de agregado para la 2 capa de tratamiento doble, o para la 2 y 3 capa de un tratamiento triple, se utiliza la frmula anterior corregida por un factor M, cuyo valor es determinado por la experiencia, de acuerdo con las condiciones locales de clima, trfico, caractersticas de agregados, etc. Dependiendo de las condiciones de cada caso el valor de M puede variar de 0,80 a 1,10. por lo tanto la frmula corregida ser:

La cantidad de asfalto para cada capa se calcula mediante la frmula:

Siendo K un factor de correccin que depende de las condiciones locales de clima, trfico, tipo de agregado, etc. El autor recomienda el valor de K = 1. Para climas tropicales y trfico pesado K = 0,9, u otro valor determinado experimentalmente. En algunos casos puede ser necesario un valor mayor a uno.

La correccin del valor de S para la cantidad de ligante asfltico requerida para la primera capa, debe ser hecha en base a las caractersticas de textura (rugosidad) de la superficie donde se va aplicar el tratamiento. No es necesaria ninguna correccin para las siguientes capas de un tratamiento mltiple.

METODO AASHTO

Mtodo de diseo.

El diseo est basado primordialmente en identificar o encontrar un nmero estructural SN para el pavimento flexible que pueda soportar el nivel de carga solicitado.

1.Modulo de resilencia

2.Periodo de diseo

3.ndice de serviciabilidad

4.Perdida del indice de serviciabilidad

5.Coeficiente de drenaje

6.Nivel de confianza y desviacin estndar

7.Nuero total de ejes equivalentes

8.Anlisis de trafico

9.Deter.del numero estructual l (sn)

10.Determinacin de espesor por capas

11.Espesores mnimo en funciones de SN

1.MODULO DE RESILENCIA

Para el diseo de pavimentos flexibles deben utilizarse valores medios resultantes de los ensayos de laboratorio

Con este fin se obtienen mdulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del ao, en base a los resultados se divide el ao en periodos en los cuales el MR es constante.

Para cada valor de MR se determina el valor del dao relativo, utilizando el baco de la Figura 1 siguiente la siguiente expresin:

Figura 1. baco para la determinacin del Dao Relativo

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Con los resultados de los daos relativos se obtiene el valor promedio anual. El mdulo de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el diseo. Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacin se puede estimar el valor del MR en funcin del CBR.

RELACIN C.B.R. MDULO DE RESILIENCIA

Con los valores del CBR se pueden obtener los mdulos resilientes.

El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982, obtuvo las relaciones siguientes:

2.Periodo de diseo

Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseo, para el cual se determinan las caractersticas del pavimento, evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo, con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de diseo elegido, a un costo razonable.

Tabla 1. Periodos de Diseo en Funcin del Tipo de Carretera

3.Indice de Serviciabilidad

Se define el ndice de Serviciabilidad como la condicin necesaria de un pavimento para proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento. Inicialmente esta condicin se cuantific a travs de la opinin de los conductores, cuyas respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1:

3.Indice de Serviciabilidad

Actualmente, una evaluacin ms objetiva de este ndice se realiza mediante una ecuacin matemtica

Donde:

SV: Variacin de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacin a la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal).

Cf: Suma de las reas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y transversales en pies lineales, por cada 1000 pies2 de pavimento.

P: rea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento.

RD: Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas. Mide la rugosidad transversal.

4.Perdida o disminucin del ndice de serviciabilidad

Antes de disear el pavimento se deben elegir los ndices de servicio inicial y final. El ndice de servicio inicial po depende del diseo y de la calidad de la construccin.

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucin del ndice de servicio, que representa una prdida gradual de la calidad de servicio de la carretera, originada por el deterioro del pavimento. Por tanto:

Dnde:

PSI = ndice de Servicio Presente

PSI = Diferencia entre los ndices de servicio inicial y el final deseado

po =ndice de servicio inicial

pt = ndice de servicio final

5.Analisis del trafico

El trfico es uno de los parmetros ms importantes para el diseo de pavimentos. Para obtener este dato es necesario determinar el nmero de repeticiones de cada tipo de eje durante el periodo de diseo, a partir de un trfico inicial medido en el campo a travs de aforos. El nmero y composicin de los ejes se determina a partir de la siguiente informacin:

Periodo de diseo.

Distribucin de ejes solicitantes en cada rango de cargas.

Trnsito medio diario anual de todos los vehculos TMDA o TPDA.

Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehculo.

Sentido del trfico.

Nmero de carriles por sentido de trfico.

Porcentaje del trnsito sobre el carril ms solicitado.

ndice de serviciabilidad.

Factores de equivalencia de carga.

5.Analisis del trafico

FACTOR DE CRECIMIENTO: Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de crecimiento anual y utilizar el promedio del trfico al principio y al final del periodo de diseo:

Dnde:

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de diseo en aos.

La Asociacin del Cemento Portland utiliza el trfico a la mitad del periodo de diseo:

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el trfico de todo el periodo de diseo:

5.Analisis del trafico

FACTOR DE CRECIMIENTO: Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de crecimiento anual y utilizar el promedio del trfico al principio y al final del periodo de diseo:

Dnde:

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de diseo en aos.

La Asociacin del Cemento Portland utiliza el trfico a la mitad del periodo de diseo:

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el trfico de todo el periodo de diseo:

5.Analisis del trafico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF): La conversin del trfico a un nmero de ESALs de 18 kips (Equivalent Single Axis Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent Factor).

El factor equivalente de carga LEF es un valor numrico que expresa la relacin entre la prdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la producida por el eje patrn de 18 kips.

6.Numero total de ejes simples equivalentes (ESALs)

Dnde:

pi = Porcentaje del total de repeticiones para el i-simo grupo de vehculos o cargas.

Fi = Factor de equivalencia de carga por eje, del i-simo grupo de eje de carga (tablas 9 a 17).

P= Promedio de ejes por camin pesado.

TPD= Trnsito promedio diario.

FC= Factor de crecimiento para un perodo de diseo en aos.

Fd= Factor direccional.

FC = Factor de distribucin por carril (Tabla 3.)

7.Nivel de confianza y desviacin estndar

El nivel de confianza es uno de los parmetros importantes introducidos por la AASHTO al diseo de pavimentos, porque establece un criterio que est relacionado con el desempeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores.

Tabla 4. Valores Del Nivel De Confianza R

7.Nivel de confianza y desviacin estndar

Tabla 5. Factores de Desviacin Normal

El rango de desviacin estndar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes valores:

0,40 So 0,50(So = desviacin estndar)

8. COEFICIENTE DE DRENAJE Cd

El valor de este coeficiente depende de dos parmetros: la capacidad del drenaje, que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento, y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento est expuesto a niveles de humedad prximos a la saturacin, en el transcurso del ao.

8. COEFICIENTE DE DRENAJE Cd

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de correccin m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar), los cuales estn dados en la Tabla 7, en funcin del porcentaje de tiempo a lo largo de un ao, en el cual la estructura del pavimento est expuesta a niveles de humedad prximos a la saturacin.

9. DETERMINACION DEL NUMERO ESTRUCTURAL SN

El mtodo est basado en el clculo del Nmero Estructural SN sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapln. Para esto se dispone de la Figura 2 y de la ecuacin siguiente:

Dnde:

W18 = Trfico equivalente o ESALs.

ZR =Factor de desviacin normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacin estndar

PSI =Diferencia entre los ndices de servicio inicial y el final deseado

MR =Mdulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN =Nmero estructural

10. DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible est formada por un sistema de varias capas, por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caractersticas propias.

Una vez que el diseador ha obtenido el Nmero Estructural SN para la seccin estructural del pavimento, se requiere determinar una seccin multicapa, que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al nmero estructural de diseo. Para este fin se utiliza la siguiente ecuacin que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base:

Dnde:

a1, a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta, base y sub-base respectivamente.

D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.

10. DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible est formada por un sistema de varias capas, por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caractersticas propias.

Una vez que el diseador ha obtenido el Nmero Estructural SN para la seccin estructural del pavimento, se requiere determinar una seccin multicapa, que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al nmero estructural de diseo. Para este fin se utiliza la siguiente ecuacin que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base:

Dnde:

a1, a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta, base y sub-base respectivamente.

D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.

11. ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL SN

En el control de los espesores D1, D2 y D3, a travs del SN, se busca dar proteccin a las capas granulares no tratadas, de las tensiones verticales excesivas que produciran deformaciones permanentes, como se muestra en el grfico siguiente:

11. ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL SN

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11. ESPESORES MINIMOS EN FUNCION DEL SN

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EJEMPLO DE APLICACION

Disee la estructura del pavimento flexible, el cual va a soportar un trfico equivalente de ESALs. Considere un ndice de servicio inicial de 5 y un final de 2.5. Una confiabilidad R=90% (ZR= -1.282) y una desviacin estndar de 0.35. Las propiedades de los materiales se muestran a continuacin en la siguiente tabla:

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EJEMPLO DE APLICACION

Autopista urbana, W18 = 2 x 105 ESALs. El agua drena del pavimento en aproximadamente una semana y la estructura del pavimento est expuesta a niveles prximos a la saturacin en un 30 % del tiempo. Los datos de los materiales son:

BaseCBR = 100 % MB = 214 MPa = 31000 psiSub baseCBR = 16 % MSB = 90.4 MPa = 13111 psiSubrasanteCBR = 5 % MR = 53.8 MPa = 7800 psi

Modulo elstico del concreto asfaltico a 20C (68F) = 3100 MPa = 450000 psi

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METODO DE HVEEM

El espesor del pavimento que neutraliza la presin de expansin de la subrasante obtenida en el laboratorio Pe ser:

PROCEDIMIENTOS DE DISEO

Elaborar 3 probetas con contenidos de agua diferente, a fin de que 2 de ellas tengan una presin de exudacin por debajo de 21 kg/cm2 (300lb/plg2) en tanto que la tercera la tenga mayor o que uno la tenga mayor y los otros 2 menores .La presin de exudacin de las 3 probetas debern estar comprendidas entre 7 y 56 kg/cm2 (100 y 800 lb/plg2)

Determinar los valores de presin de exudacin de cada de las 3 probetas para despus saturarse con absorcin de agua libre al ser sometidas a la prueba de presin de expansin.

Las mismas probetas debern colocarse en el estabilmetro de Hveem para obtener el valor de R.

Como consecuencia para cada humedad de moldeo se tiene una probeta de la que se conoce la presin de exudacin la presin de expansin y el valor de estabilidad.

Aplicando la expresin I se calcula el espesor del pavimento por expansin para las condiciones representadas por cada una de las probetas.

Aplicando la formula II ser posible conocer el espesor de cubrimiento necesario en cada caso atendiendo la condicin de estabilidad la fig. 6.9 nomograma que evita el uso reiterado de la expresin II.

Se dibuja un grfico en que se puede comparar los espesores de cubrimientos requeridos por expansin y por estabilidad donde la interseccin de esta grafica con una recta de 45 grados marca el espesor que satisface a la vez ambas condiciones.

Se dibuja un grfico en lo que se anota los valores de R contra las correspondientes presiones de exudacin. Como la presin de mxima permisible es de 21Kg/cm2, se tiene un valor de R lmite por ese concepto. Con tal valor de R y la frmula 2, conocido el ndice de transito se tendr otro espesor necesario de recubrimiento, atendiendo la presin de exudacin.

Comparar la expresin de equilibrio obtenido en el paso 7, con el espesor por presin de exudacin obtenido en el paso 8. El mayor ser el espesor de recubrimiento que requiere el material que se est estudiando.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO HVEEM.

Existen 3 procedimientos y son:

UN ENSAYO DE ESTABILMETRO

UN ENSAYO DE COHESIOMETRO

UN ENSAYO DE EXPANSIN.

ENSAYO DE ESTABILMETRO

Este ensayo est diseado para medir la estabilidad de una mezcla de prueba bajo esfuerzos especficos.

Dicho ensayo se efecta de la siguiente manera:

La probeta es calentada a 60C

La probeta es colocada en el estabilmetro

La presin en el estabilmetro es elevada a 34KPa.

Una carga vertical es aplicada a una velocidad de 0.02 mm/s hasta lograr una carga de 26.7KN.

Las lecturas de presin lateral son medidas y registradas bajo cargas verticales especficas.

La carga vertical es disminuida a 4.45KN y se mide el desplazamiento usando una bomba de desplazamiento.

ENSAYO DE COHESIOMETRO

La prueba del cohesimetro proporciona una medida de la resistencia a la tensin de una mezcla asfltica compactada, un suelo cementado o cualquier mezcla de agregados.

EQUIPO DE PRUEBA.

Cohesimetro con equipo completo

Termmetro

Balanza de 10 kg de capacidad y un gramo de aproximacin

ENSAYO DE EXPANSIN

El ensayo de expansin mide la cantidad de agua que se filtra dentro o a travs de una probeta, y la cantidad de expansin que el agua causa. Tambin mide la permeabilidad de la mezcla su capacidad de permitir que el agua pase a travs de ella.

Procedimiento

1.- La probeta, en su molde de compactacin, se coloca en una bandeja de aluminio y se cubre con una placa de bronce.

2.- Un medidor de cuadrante se monta sobre la probeta de tal manera que su gua toque la placa de bronce.

3.- Una cantidad especfica de agua es vertida dentro del molde directamente sobre la placa de bronce.

4.- La distancia entre el labio superior y del molde y la superficie del agua es medida y su valor es registrado.

5.- La probeta se deja reposar sumergida por 24 hrs.

6.- Se toma una lectura del medidor de cuadrante. Esta lectura indica cuanto se ha elevado la superficie de la probeta debido a la expansin.

7.- La distancia entre el labio superior del molde y la superficie del agua es medida nuevamente. La diferencia entre esta medida y la medida tomada inicialmente (24hrs antes) indica la cantidad de agua que se ha filtrado en la briqueta. Por lo tanto, esta diferencia es una medida de la permeabilidad de la briqueta.

Ejemplo de diseo

Disear la estructura de un pavimento flexible empleando el mtodo de Hveem en relacin con un camino localizado sobre un terreno constituido por suelos en general de origen volcnico y lo forman limos inorgnicos de mediana plasticidad y de baja a alta compresibilidad (ML y MH) y una alta resistencia. Tambin se encuentran algunas mezclas de suelos y fragmentos pequeos de roca cuyas propiedades son muy variables

Calcular el ndice de trfico para una carretera principal teniendo en cuenta el anlisis de trnsito que se indica en la Tabla 6.4. Considerar una tasa de crecimiento anual de 7%, constante en los diversos tipos de vehculos, y un perodo de diseo de 10 aos.

Figura 1. baco para la determinacin del Dao Relativo

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993