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  • 1. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL PAVIMENTOS 1 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 2. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL CONTENIDO INTRODUCCION ..................................................... Pag. 2 METODO DEL INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFALTO ..................................................... Pag. 3 METODO DEL C.B.R ……………………………………… Pag.4 METODO DEL INDICE DE GRUPO ……………………………………… Pag.8 METODO DE LA F.A.A …………………………………… Pag.22 METODO DE Mc LEOD …………………………………… Pag.23 METODO DE KANSAS …………………………………… Pag.30 METODO DE HVEEN ………………………………………Pag32 IXPERIMENTO VIAL A.S.S.H.O. ………………………………………Pag.34 METODO DE LA F.A.A …………………………………… Pag.22 METODO DE Mc LEOD …………………………………… Pag.23 METODO DE KANSAS …………………………………… Pag.30 2 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 3. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL 1.-MÉTODO DEL INSTITUTO NORTEAMERICANO DEL ASFALTO (INA) El sistema se basa en un tráfico probable durante un periodo de Diseño, de 20 años referido a su carga por " eje sencillo " de 18000 libras ( 8280 Kg aprox. ), que es la " carga por eje " y considera además el valor portante del terreno de fundación, la calidad de los materiales de base, sub - base y capa de rodamiento que se empleen, y los procesos de construcción a seguirse. Dicho transito pasado en 20 años y referido a una carga por 18000 libras, se denomina " valor de transito para el diseño " y es determinado en función del " transito diario inicial ", que es el promedio de ambas direcciones, estimado para el año 1 de servicio. El ábaco No. 1. determina el " índice de tráfico del proyecto ", en función del transito diario, tanto para las principales carreteras urbanas como calles. A fin de interpretar mejor estos gráficos, damos a conocer a continuación, las definiciones del Instituto del Asfalto para calles, carreteras rurales, etc. DATOS: 1. CBR = 5,0% 2. TRANSITO = 0,4 *105 Ejes de 8,2 ton 3. PERIODO DE DISEÑO = 10 años · CALCULO DEL NDT · CALCULO DEL CONCRETO ASFALTICO · Espesor de concreto asfaltico = 5,0 Cms · Espesor de concreto asfáltico para convertir a material granular tipo subbase = 18cm -13 cm = 5 Cms de concreto asfáltico · Espesor de material granular à 13 Cm * 2,7 = 35 Cms Por lo tanto la estructura encontrada y evaluada en este estudio es: ESTRUCTURA DE DISEÑO PARA EL TRANSITO ESTIMADO POR EL METODO INA PARA ZONA DE SUELO FIRME 3 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 4. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL SUBBASE GRANULAR e = 35 cms CBR = 40% 2.-FLEXIBLE Diseño de Pavimentos - MÉTODO CBR 1. REQUISITOS. Diseños flexibles pavimento debe proporcionar suficiente compactación de la subrasante y cada capa durante la construcción para evitar asentamientos objetable en el tráfico, proporcionar adecuada de espesor por encima de la sub-base y encima de cada capa, junto con la calidad adecuada de la base y subbase materiales para evitar la deformación de corte en detrimento del tráfico, con drenaje suficiente controlar o reducir a límites aceptables los efectos del levantamiento por helada o la degradación del permafrost, donde las heladas las condiciones son un factor, y proporcionar una forma estable, resistente a la intemperie, resistente al desgaste, el pavimento impermeable. También se debe prestar atención a proporcionar las características adecuadas de fricción. 2. Base para el diseño. El diseño de procedimientos de espesor incluidas en este documento para convencionales flexibles la construcción de pavimentos se basan en métodos de diseño de RBC. procedimientos de diseño de pavimentos que capas incluyen estabilizado se basan en modificaciones de los procedimientos convencionales utilizando espesor equivalencias desarrollado a partir de la investigación y la experiencia de campo. Diseño de pavimentos flexibles con el método de capa elástica está cubierto en el capítulo 11. 3. CURVAS espesor de diseño. Figuras 1.10 por 10 a 32 son las curvas de diseño para su uso en 4 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 5. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL la determinación del espesor del pavimento requerido para el Ejército, la Armada, Infantería de Marina y la Fuerza Aérea de aeródromo pavimentos. Las curvas individuales indican el espesor total del pavimento requiere por encima de una capa de suelo de dada la fuerza de un peso de la aeronave dada bruto y pasa a los aviones. 4. DISEÑO espesor. El procedimiento de diseño de espesor consiste en determinar el CBR de la material a utilizar en una determinada capa y la aplicación de este CBR a las curvas de diseño (Figuras 1.10 a 10-32) para determinar el espesor necesario por encima de la capa para evitar la deformación en detrimento de corte en que . capa en el tráfico de los pasos específicos a seguir son los siguientes: a. Determinar el diseño CBR de la subrasante. b. Determinar espesor total por encima de la subrasante. (1) Para Ejército y la Marina de diseño y el diseño de la Fuerza Aérea para una aeronave específica, introduzca adecuada diseño de la curva con la subrasante CBR de diseño y seguir hacia abajo hasta la intersección con el diseño bruto curva de peso, luego horizontalmente a las aeronaves de diseño pasa a continuación a la baja curva del total necesario de espesor por encima de la subrasante. (2) Para la Fuerza Aérea de los diseños estándar, entrar en la curva de un diseño adecuado con el diseño subrasante y leer el espesor requerido por encima de la subrasante de una zona de tráfico determinado. c. Determinan el diseño de CBR de sub-base. d. Determinación de espesor de material necesario por encima de la sub-base mediante la introducción de un diseño apropiado curva con el diseño y el uso de sub-base de RBC por encima de los procedimientos para leer el espesor requerido. e. Determine el espesor mínimo de la superficie y el nivel base de las tablas 8-3, 8-4, o 8-5. Cuando el espesor mínimo de la superficie y la base es menor que el espesor de la superficie y la base requiere por encima de la subbase, los espesores mínimos se incrementará el espesor real necesaria 5 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 6. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL OBTENCION DE ESPESORES DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE La ecuación puede ser resuelta en forma manual, lo cual es muy tedioso, o por medio de ábacos, como el de la figura, que es más rápido aunque menos preciso por los errores al trazar las líneas, es posible por ello desarrollar un programa en Excel para determinar el valor de SN. Para el método de diseño AASHTO 86 y 93 la formula de diseño es: [LogAPSI)/ (4.2-1.5)]/ LogW18 = ZRSO + 9.36Log(SN+1)+ [(0.40)+(1094/ (SN+1)3.19)] + 2.32logMR – 8.07 Donde: SN=numero estructural (pulg) W18=numero de cargas de 18 Kips (80 KN) previstas ZR=abscisa correspondiente a un área igual a la confiabilidad R en la curva de distribución normalizada. So=desviación estándar de todas las variables APSI= perdida de serviciabilidad MR= modulo resiliente de la subrasante (psi) Con la formula de diseño se obtiene un valor llamado numero estructural SN y en función al mismo, se determinan los distintos espesores de capas que forman el paquete estructural. Las variables de entrada en este ábaco de diseño son: Transito estimado por carril, W18 a lo largo de la vida útil del pavimento. Confiabilidad R Desvío estándar de todas las variables So Modulo resiliente efectivo (que tenga en cuenta las variaciones a lo largo del año) de la subrasante Mr Perdida de serviciabilidad ∆PSI La expresión que liga el número estructural con los espesores de capa es: SN = a1D1 + a2m2D2 + a3m3D3 + ……… Donde: a1, a2, a3 son los coeficientes estructurales o de capa, adimensionales. m1, m2, m3 son los coeficientes de drenaje D1, D2, D3 son los espesores de capas, en pulg o mm, en este sentido, el numero estructural llevara las unidades de los espesores de las diferentes capas del pavimento. Esta ecuación no tiene una única solución, hay prácticamente un infinito número de combinaciones de espesores que la pueden satisfacer, no obstante esto, se dan normativas tendientes a dar espesores de capas que puedan ser construidas y protegidas de deformaciones permanentes por las capas superiores más resistentes. 6 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 7. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL A este método se denomina “Diseño con Verificación de capas”, a continuación se hablara sobre estas normativas Los espesores empleados para los recubrimientos ultra delgados varían entre 5 cm. a 10 cm.; para espesores mayores del hormigón se trata de recubrimientos convencionales. Aunque la diferencia entre estos espesores es convencional, desde un punto de vista conceptual, el diseño del recubrimiento tiene una diferencia significativa: usualmente los recubrimientos convencionales se diseñan “no adheridos”, en tanto que para los ultras delgados se contempla la adherencia con el pavimento asfáltico subyacente. Se consigue así una sección monolítica, que reduce las tensiones de trabajo del recubrimiento y posibilita su menor espesor. La necesidad de contar con adecuada adherencia y mantenerla en servicio es un factor crítico y condiciona fuertemente el diseño y ejecución de este tipo de recubrimiento. METODO DEL INDICE DE GRUPO PARA LA OBTENCION DEL ESPESOR EN PAVIMENTOS FLEXIBLES I. INTRODUCCION: 7 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 8. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Este método es un método de diseño clásico empírico a que ah sido reemplazado por los métodos de diseño de las nuevas tendencias ya que se emplean factores de seguridad muy altos , lo que significa espesores excesivos para necesidades verdaderas de la vía está basado principalmente el índice de grupo del suelo y el tráfico este método surgió debido al rápido deterioro de las carreteras desarrollando este método con la utilización del índice de grupo del suelo como una herramienta de clasificación junto con la capacidad de soporte para obtener así el espesor del pavimento. El gran incremento en frecuencia y tonelaje de los transportes por carretera obligo a abandonar el sistema antiguo de fijar el espesor de los afirmados con la generalización rutinaria de las instrucciones oficiales o el criterio formado en la experiencia del proyectista. Se fueron delimitando las variables que jugaban en el éxito o fracaso de las calzadas y como consecuencia, se sintió la necesidad de una completa información previa para evaluar estas variables que jugaban en el éxito o fracaso de las calzadas y como consecuencia se sintió con la necesidad de una completa información previa para evaluar estas variables con toda la aproximación posible. Con ello se pudo llegar a la determinación del espesor del firme que corresponde a unas determinadas condiciones de suelo, humedad, temperatura y características de tráfico, y la nueva técnica se fue acercando a la seguridad y a la economía con los métodos empíricos de beneficiosa evaluación, desde las toscas ´´ reglas del pulgar´´ hasta los precisos ábacos del estabilometro. Larga es la serie de los métodos para el cálculo de espesor de afirmados con pavimento flexible: Solamente en EE.UU 20 departamentos de carreteras han desarrollado procedimientos diferentes y al pasar el tiempo se han desarrollado nuevos diseño y nuevas tendencias como el método del AASHTO 1993 teniendo ya varias modificaciones para la mejor obtención de los espesores de los 8 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 9. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL pavimentos flexibles se desarrollaron en base a las características físicas del suelo, en la penetración en las placas de carga o en los ensayos triaxiales. Podemos decir que uno de los métodos clásicos de mayor difusión es el de california, determinante del CBR, índice de la resistencia del suelo. En primer lugar hay una gran diferencia entre a superficie de contacto de la carga, en la calzada y en el ensayo, y si bien esto no falsea el resultado para suelos de arcilla cohesiva, en cambio en terrenos arenosos da valores muy inferiores a la realidad. Otro de los fallos de este método se presenta en las arcillas finas de muy poca permeabilidad y por tanto muy lenta inhibición; en ellas el periodo de inmersión de la probeta puede no ser suficiente para alcanzar la humedad a que llegue a estar sometido el suelo en obra. Estas imperfecciones del ensayo CBR hacen que cada día gane más adeptos el método del estadiómetro , un ensayo triaxial de sistema cerrado, debido a Mr. Hveem Director del laboratorio de california Higway División, en el que las solicitaciones de probeta y suelo son más afines. A diferencia de los diferentes métodos existentes que requieren de costosos equipos de laboratorio existen otros métodos para ello es que está basada nuestra exposición en la presentación de este método que solo necesita para su medio un reducido material de ensayo además sirven de complemento. II. LOS MÉTODOS DE DISEÑO PARA PAVIMENTOS PUEDEN SER DE 3 TIPOS:  Empíricos  Semi-empíricos  Empírico-Mecanicistas.  Los Empíricos: 9 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 10. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Fueron los primeros en ser desarrollados, ejemplo de estos son: CBR, e Índice de Grupo.  Los Semi-empíricos: Como los del Instituto del Asfalto, el de la AASHTO, corresponden a un desarrollo posterior donde se incluye el análisis de la fatiga y un modelo de daño, pero con ajustes para considerar el comportamiento real.  Los Racionales o Mecanicistas: Aplican la teoría del sistema de capas elásticas para analizar la respuesta a las cargas impuestas y establecer los materiales y espesores necesarios para soportarlas adecuadamente, el sistema de capas elásticas se resuelve con la ayuda de la computadora. III. METODO DEL INDICE DE GRUPO Este método se basa en las características físicas del material y principalmente en su composición granulométrica y el grado de plasticidad. Para clasificar un suelo, según este método, bastara, efectuar el análisis mecánico y determinar los límites líquidos y plásticos del material. El método del índice de grupo, debido a Mr steele del Higway Research Board, define la resistencia del suelo por un índice de calidades. Recordaremos la expresión de su formula definiendo sus factores determinantes que dependen del porcentaje en peso, P, que pasa por el tamiz numero 200 (0.074 mm) y de los límites de Atterberg: Límite líquido, LL, e índice de plasticidad, IP: 10 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 11. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Valor de a: Si p < 35 % a=0 Si 35 % < p < 75 % a = p - 35 Si 75 % < p a = 40. Valor de b: Si p < 15 % b=0 Si 15 % <p < 55% b = p-15 Si 55 % <p b = 40 Valor de c: Si L L < 40 Si 40 < L L <60 Si 60 < L L Valor de d: Si IP < 10 Si 10 < I P < 30 Si 30 < I P Conocido para cada caso el tráfico diario previsible pesado (se prescinde de los coches de turismo) y el índice de grupo del suelo, pueden determinarse respectivamente, el espesor de la capa de rodadura (incluyendo pavimento y parte superior de la base) y el cimiento (incluyendo el resto de la base y la súbase). La fijación de espesores se lleva a cabo con el grafico de la figura. 11 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 12. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL En este método se ha considerado que el clima es el clima americano medio, pero no se tienen en cuenta los efectos de penetración de la helada, que es motivo de dimensionamiento por separado y lleva generalmente a espesores superiores. Se supone un buen drenaje y una compacidad en la sub rasante no inferior al 95 por 100 del proctor normal. Respecto a los efectos del trafico es preciso considerar que la máxima carga por rueda que admite nuestro código de circulación es superior a las 4.5 ton, es pues preciso tener en cuenta por ello una corrección con aumento de la raíz cuadrada del cociente de las cargas. Las cargas debe quedar reducida la máxima por eje a 12 tn, según fija el código, o sea 6 x cada rueda, pues aun en el caso de las autorizaciones especiales a que se refiere el artículo 222, con el empleo de ruedas gemelas, en numero de 8 para los ejes de gran peso que debe exigirse, se conseguirán menores presiones sobre el pavimento,. Fijada la máxima carga 12 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 13. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL por rueda en 6 toneladas, el aumento sobre el espesor de afirmado que nos da el grafico, será del 15%. De la comparación de este método con el del CBR han resultado notables divergencias, pudiendo afirmarse que, en general, son superiores los espesores que se obtienen dimensionando por el índice de grupo, con un aumento de 12 a 15 cm. Queda, pues, la aplicación de este método como contraste con los resultados obtenidos por el CBR, y así está considerando en las recomendaciones de laboratorio del transporte, en las que se prescribe para los casos en que se hagan ensayos california in situ. En estos se aceptara el valor obtenido para el espesor, siempre que supere el 75% del que el índice de grupo. Si fuera inferior a este porcentaje es preciso asegurarse de que se ha operado con la máxima humedad del terreno, y en tal caso puede adoptarse el menor de los dos valores siguientes: el 125 % del espesor es por el CBR o el 75% de que da el índice de grupo. Se tomara el valor total de este en los casos en que no se hizo el ensayo con la máxima humedad. III.1 EL FACTOR DE CARGA: En las normas de la dirección general de carreteras, para estudios de las condiciones del terreno, se incluye entre datos de suelos el factor de carga base entre los datos de suelos el factor de carga, base de otro método empírico que estimamos de mayor exactitud que el antes descrito. Se ha deducido este factor estudiando la correlación entre las características de identificación de un suelo y su índice de CBR a través del gran numero de ensayos realizados en los últimos años en os laboratorios franceses. Se partió para ello de los suelos finos que se definen como los que tienen más de un 75%, que pasa por el tamiz numero 40, ósea más de un 75% de suelo mortero según la designación americana . 13 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 14. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Se jugó con los límites de Atterberg para conseguir la correlación, revelando un concienzudo análisis estadístico que existe cierta proporcionalidad entre el valor y la inversa del producto del límite líquido y el índice de plasticidad. Se establece así la función: En el laboratorio central de Ponts et Chaussees de Paris se dibujaron diagramas situando los puntos afijos de cada suelo ensayado por sus dos coordenadas: índice de CBR y valor Z. En la siguiente figura tenemos uno de estos diagramas con 100 puntos correspondientes a otros tantos suelos de diferente naturaleza. Se observa en el que los puntos, en general no se dispersan mucho de la bisectriz, y dados los valores numéricos correspondientes a abcisas y ordenadas pudo establecerse la formula: 14 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 15. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Con un error medio de 33% Existen sin embargo dos grupos de puntos que se salen claramente de ese ángulo central. Uno de ellos, el grupo I con valor Z, grande y CBR, pequeño, que corresponde a suelos arenosos, pero ya indicamos al principio de este trabajo que el ensayo california da valores inferiores a la realidad para las arenas. El grupo II con CBR grande, y Z muy pequeño representa suelos arcillosos de gran finura, pero también dijimos que para este tipo de terrenos los índices del ensayo son superiores a aquellos con que puede contarse en obra, porque no se llega a la humedad a que puede estar sometido el suelo en el campo. Vemos pues que en ambos casos la ley fijada nos lleva a resultados más concordantes con la realidad. Se ha fijado para Z el valor máximo 10, ya que valores superiores corresponden a arenas finas, suelos pulverientos limpios y de muy poca o ninguna plasticidad, constituyen estos excelente material para bases y bien compactados puede asignárseles un índice CBR igual a 20. Así, pues y en el caso de suelos finos puede obtenerse de un método rápido un valor aproximado del índice del CBR, correspondiente al óptimo Proctor modificado; se le denomina factor de carga, F, y se determina por las reglas siguientes: 1º Para suelos Plásticos (IP>5) Adoptando como valor máximo 20, aunque la formula de un valor superior. 2º Para los demás suelos se admitirá uniformemente: F=20 15 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 16. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL En el siguiente diagrama, en el que se ha llevado sobre los ejes de abscisas y ordenadas los espesores de afirmado calculados a partir del factor de carga y del índice CBR, para los mismos suelos representados en la figura antes mostrada , da una idea más satisfactoria de la correlación de ambos métodos, salvo en los dos grupos ya citados, para los que naturalmente vuelve a presentarse la discordancia. Para completar el método, se busco para su aplicación para suelos de granulometría gruesa, se prosiguió el análisis estadístico en una larga serie de ensayos de suelos de este tipo, contratados también con los resultados del ensayo california. Se obtuvieron así unas formulas que dan el valor F de un suelo en función del que corresponde a su parte final, o sea su mortero, según la definición 16 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 17. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL citada. Si llamamos Fm al factor de carga del mortero y m al porcentaje de este contiene el suelo a estudiar, las formulas que deben aplicarse son: Si m > 25 % F = Fm (2.5 - ) Si m < 25 % F = 40 – El factor de carga nos proporciona valores más aproximados al índice CBR en el caso de suelos finos. Para los suelos gruesos de valores inferiores a los de este índice, con lo que quedamos del lado de la seguridad al dimensionar el espesor del firme. En algunos casos se ah ampliado a los factores obtenidos coeficientes de corrección dependientes del tamaño medio de los granos o de su configuración angulosa o redondeada, condición que también influye en la capacidad de carga a la mayor o menor fricción interna . Ahora bien, es preciso olvidar que los valores del factor de carga se han deducido por correlación con el ensayo California para la capacidad óptima del proctor modificado, y habrá que hacer la reducción que corresponda a la compacidad que se vaya a exigir en obra. Se aplican para ello los siguientes coeficientes:  Para el 93% del proctor modificado 0.60  Para el 90% del proctor modificado 0.40  Para el 85% del proctor modificado 0.25 Lo que nos muestra el gran descenso en la resistencia de un suelo cando disminuye la compacidad. Asignando un valor definitivo al factor F, el espesor de un firme de carretera puede calcularse con bastante aproximación por la formula: 17 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 18. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL En la que P es la carga máxima por rueda, expresada en toneladas, Pueden utilizarse también los ábacos americanos del CBR, eligiendo en la familia de curvas la que corresponde al caso, de acuerdo con el volumen de tráfico, carga por rueda, precipitación anual y profundidad de la capa freática. Resaltemos la utilidad del método que acabamos de definir, que con un equipo mínimo de laboratorio puede conducirnos a valores bastante aproximados de la resistencia de un suelo y, como consecuencia, del espesor del firme que debe establecerse sobre él. Por ello no dudamos será de gran aplicación en nuestro país, en la nueva va a iniciarse con la introducción de la técnica americana IV. PARA SU APLICACIÓN SE DEBEN CUMPLIR LAS SIGUIENTES CIRCUNSTANCIAS: 1. Se debe determinar: Índice de grupo del terreno de fundación. 2. Carga de rueda, se considera 9,000 lb (4,086 Kg). 3. Terreno de fundación, debe ser debidamente compactado a humedad óptima y densidad máxima mayor al 95% de la densidad máxima obtenida por el método Standard AASHTO T-99. 18 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 19. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL 4. Para sub base y base la compactación no será menor del 100% de su densidad máxima. 5. Tipos de transito. Este método clasifica el tránsito de la siguiente forma: – Trafico liviano: Aquel que tiene un tránsito comercial de 50 vehículos diarios. – Trafico mediano: aquel cuyo tránsito comercial está comprendido entre 50 y 300 vehículos diarios. – Transito pesado: Aquel que tiene un tránsito comercial mayores de 300 vehículos por día. V. Este es el sistema del Departamento de caminos de U.S.A, introducido e 1929. Adoptado por la ´´American Association of State Higway Officials entre otras. Es de uso especial para la construcción de vías, en especial para manejo de sub rasantes y terraplenes. 19 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 20. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL 20 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 21. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL VI. EJEMPLOS DE APLICACIÓN 1. Diseñar el pavimento flexible para una carretera que unirá la Ciudad de Jaen con la Ciudad de San Ignacio en el norte del Perú. El terreno de fundación está constituido por: Un suelo arcilloso A-6. El tránsito que se prevé es de 50 camiones y autobuses diarios, de los cuales, aproximadamente, un 10% tendrán cargas por rueda de 9,000 lb (4,086 Kg). El índice de grupo del material del terreno de fundación es 7. Se recomienda colocar una capa de rodamiento de concreto asfáltico de 7.5 cm (3") de espesor. SOLUCIÓN: 21 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 22. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL De acuerdo a los datos, el tráfico es pesado y para un terreno de fundación, cuyo Índice de grupo es 7, se tendrá, de la Figura que se muestra, la siguiente estructura. Si en lugar de la sub base de material seleccionado, se colocara una capa adicional de base granular: VII. ALGUNOS ESPESORES PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES PARA DIFERENTES INDICES DE GRUPO: 22 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 23. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL 2. Suponga que un material A-6 tiene 55% que pasa el tamiz de 75 mm (#200), un LL de 40 y un IP de 25, entonces: Índice de grupo = (55-35)[0.2+0.005(40-40)]+[0.01(55-15)(25-10)] = 4+6 = 10 METODO DE DISEÑO DE LA FAA (FEDERAL AVIATION ADMINISTRACIÓN DE LOS ESTADOS UNIDOS) Es el método más utilizado para el diseño de pavimentos flexibles en aeropuertos, el cual consta de una serie de curvas que sirven para determinar los espesores de las llamadas áreas criticas, siendo estas aquellas por las cuales se desplazan las aeronaves a carga máxima. Parámetros de Entrada. • Propiedades de los suelos de la subrasante • Magnitud de Cargas • Geometría del Tren de aterrizaje • Volumen de transito Para la evaluación geotécnica de la subrasante, el método tiene su propia clasificación de suelos basada en la granulometría, el límite liquido el índice plástico. Por medio de la cual establece el valor relativo del suelo como material de fundación y el requerimiento o no de la subbase, considerando además las condiciones de drenaje existentes y la influencia de las heladas de la siguiente manera: También se ha encontrado una relación entre el tipo de suelo y un rango de valores típicos de CBR de subrasante así: TIPO DE SUBRASANTE En cuanto a la magnitud de las cargas, el método considera para el diseño el llamado peso bruto máximo para el de colaje, que a su vez es función del tipo de avión de la altura de la pista sobre el nivel del mar y la temperatura ambiente de la región. De la geometría del tren de aterrizaje, pues los gráficos de diseño han sido separados teniendo en cuenta dichas distribuciones en los aviones convencionales y graficas especiales llamados de cabina ancha. 23 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 24. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Finalmente el espesor del pavimento depende no solo de la Magnitud de las Cargas, si no también de las frecuencias para lo cual hay que tener en cuenta que sobre las pistas circulan aviones de diferentes características, por lo tanto, para efectos del diseño se debe de trabajar con un solo tipo de avión que es el Avion de Diseño y este es aquel con el que harán uso de la pista, requiere un mayor espesor de pavimento para su respectivo numero de de colajes. Métodos Indirectos: Descripción del Método de N:W. McLeod. PROYECTO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL SIMPLE CON AGREGADOS GRADUADOS El Ing. McLeod después de varias experiencias llegó a la conclusión de que el porcentaje de vacíos del agregado suelto, establecido como el 50 % por el método de Hanson, en la realidad excepcionalmente se cumple, a su vez muy ocasionalmente este porcentaje es menor a 40 %. La hipótesis de Hanson de que el tráfico pesado y las condiciones de clima reducen este porcentaje al 20 %, en la realidad no ocurre. Si consideramos que el porcentaje de vacíos del agregado suelto es del 40 %, el porcentaje de vacíos del tratamiento simple después de la apertura al tráfico será igual a: 40/50 * 20 = 16 % Por lo tanto utilizando la hipótesis de Hanson se tendrá un exceso en la cantidad de asfalto, especialmente si se utiliza agregado graduado. Por esta razón es necesario introducir una corrección a la fracción de vacíos: FORMULA CORREGIDA PARA EL CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE AGREGADO 24 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 25. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL donde: C= cantidad de agregado en libras por yarda cuadrada [Lb/Yd2]H= agregado de dimensión media, que corresponde al tamaño del 50 % de las partículas del agregado [Pulgadas] G= peso específico del agregado, dado por el método ASTM.E = factor en % que representa la pérdida del agregado por segregación o distribución. Además: donde: V= fracción de vacíos del agregado suelto W= peso del agregado suelto [Lb/pie3] (Método ASTM C-29) VALORES DEL FACTOR DE PERDIDA “E” Tabla III.7. Valores del Factor de Perdida “E” 25 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 26. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL FORMULA CORREGIDA PARA EL CÁLCULO 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 tráfico que depende del volumen de tráfico pronosticado S factor de corrección por textura A es la corrección por absorción en Gal/Yd2 medida a 60 ºF (15,5 ºC) R es la fracción de asfalto residual del ligante asfáltico seleccionado 26 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 27. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL VALORES DEL FACTOR DE TRAFICO “T” Tabla III.8. Valores del Factor de Trafico “T” Para agregados redondeados el factor de tráfico se debe incrementar en 0,05 en cada caso. Corrección por la textura de la superficie en Gal/Yd2: Representa la pérdida o ganancia que producen las características de textura de la superficie existente. FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEXTURA “S” Tabla III.9. Valores de Corrección por la Textura de la Superficie “S” Cuando la superficie tiene exceso de ligante la corrección es negativa en relación a una superficie considerada lisa y firme. Para las superficies ávidas la corrección tiene que ser sumada. 27 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 28. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Para la determinación de la rugosidad se recomienda el procedimiento de la arena, descrito en el método de Tagle-Podestá. No se debe confundir rugosidad o textura de superficie con porosidad. La porosidad se refiere a los espacios vacíos internos del pavimento, que producen la absorción de una cantidad importante de asfalto, ocasionando la pérdida 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 corrección “S” para superficies ávidas. Si se presenta absorción 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 ó RC-1, ó de emulsión RS-1, a continuación se esparce el agregado de 6 a 10 libras por yarda cuadrada (3,25 a 5,42 kg/m2), para posteriormente liberar al tráfico por varias semanas, antes de aplicar el tratamiento superficial. Corrección por absorción en galones por yarda cuadrada medida a 60 ºF (15,5 ºC): Esta corrección representa la pérdida de material ligante por absorción dentro de las partículas de agregado. Para los materiales que usualmente no tienen absorción no se toma en cuenta la corrección. En cambio cuando el agregado es de naturaleza absorbente es necesaria una corrección, incrementando la cantidad de ligante en 0,136 L/m2 (0,03 Gal/Yd2). Fracción de asfalto residual: Cuando se utilizan asfaltos diluidos, se debe agregar la cantidad de disolvente que perderá el ligante seleccionado, como consecuencia de su evaporación. Los valores de este factor se detallan en el cuadro siguiente: 28 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 29. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL VALORES DE LA FRACCIÓN RESIDUAL “R” Tabla III.10 Valores de la Fracción Residual “R” FÓRMULAS CORREGIDAS EXPRESADAS EN UNIDADES MÉTRICAS Para agregado: Para el ligante asfáltico: 29 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 30. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL PROYECTO DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES MÚLTIPLES El método recomendado por McLeod, parte de los siguientes presupuestos: a. En los tratamientos superficiales múltiples la cantidad de ligante bituminoso y de agregado requerido para cada capa es la misma, con pequeños ajustes. b. La cantidad de ligante bituminoso y de agregado de cobertura que será aplicado en cada capa, se debe considerar como si fuera un tratamiento simple. De esta forma es posible utilizar las fórmulas anotadas anteriormente, con ligeras modificaciones: Para el agregado [kg/m2] Para el asfalto [L/m2] Para aplicar estas fórmulas se deben cumplir las siguientes condiciones: 1. Graduación de agregado para cada capa. 30 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 31. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL 2. Se debe determinar para cada capa, el valor del tamaño medio (H) del agregado. 3. Volumen del tráfico pronosticado. 4. Corrección del ligante asfáltico debido a las características de textura (rugosidad) de la superficie sobre la cual se aplicará la primera capa del tratamiento superficial. 5. Cada capa del tratamiento múltiple debe ser construida inmediatamente después de la capa anterior, sin permitir ningún tráfico durante la construcción. 6. El espesor de cada capa del tratamiento múltiple debe ser igual al tamaño del agregado correspondiente a esa capa. 7. Si fuera posible, para la primera capa debería utilizarse agregado de una sola dimensión. Se podrá utilizar agregado graduado, con un control adecuado de la cantidad de finos. 8. El diámetro del agregado seleccionado para cada capa, debe ser de 0,5 a 0,6 del diámetro de la capa que le antecede. 9. La cantidad de agregado y de asfalto se calculará suponiendo que cada capa corresponde a la capa de un tratamiento superficial simple. 10. La cantidad de agregado para la primera capa se determinará utilizando la fórmula: kg/m2 31 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 32. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL 11. Para calcular la cantidad de agregado para la 2ª capa de tratamiento doble, o para la 2ª y 3ª capa de un tratamiento triple, se utiliza la fórmula anterior corregida por un factor M, cuyo valor es determinado por la experiencia, de acuerdo con las condiciones locales de clima, tráfico, características 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 fórmula corregida será: kg/m2 12. La cantidad de asfalto para cada capa se calcula mediante la formula: [L/m2] Siendo K un factor de corrección que depende de las condiciones locales de clima, tráfico, tipo de agregado, etc. El autor recomienda el valor de K = 1. Para climas tropicales y tráfico pesado K = 0,9, u otro valor determinado experimentalmente. En algunos casos puede ser necesario un valor mayor a uno. 13. La corrección del valor de S para la cantidad de ligante asfáltico requerida para la primera capa, debe ser hecha en base a las características de textura (rugosidad) de la superficie donde se va aplicar el tratamiento. No es necesaria ninguna corrección para las siguientes capas de un tratamiento múltiple. 32 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 33. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL MÉTODO DE KANSAS Este método, presentado originalmente en 1943 por Herbert. E. Worley, utiliza la prueba triaxial para el diseño de pavimentos flexibles. La prueba triaxial se recomienda ejecutarla con muestras cilíndricas saturadas, de 2,8 pulgadas de diámetro por 8 pulgadas de alto, o con muestras de 5”x 14” cuando el material es grueso, es decir, cuando tiene partículas mayores de 3/8”. En este método, la prueba triaxial es empleada para determinar los módulos de deformación del material, basándose en la curva “esfuerzo -deformación”. Al hacer la prueba, se recomienda que la carga lateral sea aplicada por medio de glicerina a presión. La aplicación de la carga vertical, debe hacerse a una velocidad de 0,005 pulgadas por minuto para las muestras pequeñas y de 0,01 pulg. /minuto para las muestras grandes. La prueba se continúa hasta que se haya obtenido una deformación de 0,2”. MODULO DE DEFORMACION El modulo de deformación Es del terreno de fundación es obtenido de la respectiva curva “esfuerzo – deformación”. Las deformaciones son medidas mediante extensómetros dispuestos convenientemente. Como el modulo de deformación varia para, diferentes cargas laterales, se sugiere ejecutar la prueba triaxial aplicando una presión lateral constante de 1,4 Kg/cm2 (20 lb/pulg2). Sin embargo, si se desea se puede ejecutar esta prueba bajo diferentes presiones laterales (se recomienda 10 lb/pulg2 y 30 lb/pulg2). En tal caso, se tomara el valor promedio de los módulos obtenidos. INTENSIDAD DE TRANSITO La carga legal máxima, en el Estado de Kansas así como en la mayoría de los que integran los Estados Unidos, es de 18.000 libras por eje, o sea de 9.000 lb, por rueda. Generalmente esta carga por rueda está repartida sobre llantas dobles. Considerando la repetición de cargas como una función de la intensidad del tránsito, se han sugerido los siguientes coeficientes: AREA DE CONTACTO El área de contacto de llanta, se supone circular e igual a: 33 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 34. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL A=(carga por rueda /presión de inflado) PRECIPITACION ANUAL Uno de los factores que se toma en consideración, es la mayor o menor saturación del terreno de fundación a causa de la precipitación anual del lugar. Con este fin, se han preparado los coeficientes de saturación que se indican a continuación, para diferentes precipitaciones anuales. CALCULO DEL ESPESOR DE UN PAVIMENTO Una vez determinados los valores de Es, así como los coeficientes m y n, el cálculo del espesor de un pavimento podrá hacerse por medio de la formula. La expresión que relaciona la carga por rueda, el área de contacto de llanta, los módulos de deformación del terreno de fundación, sub-base y capa de rodamiento y los coeficientes m y n, con el espesor del pavimento, es la siguiente: T = ((((3*P*m*n )/ (2*Pi*Es*S))^2 - a^2)^(1/2))*((Es/Ep)^(1/3)) Donde: T = Espesor total del Pavimento. P = Carga por rueda. m = Coeficiente de transito. n = Coeficiente de saturación. S = Deflexión máxima permisible (generalmente se toma 0,1”). Es = Modulo de deformación del terreno de fundación o sub-base. Ep = Modulo de deformación de la capa de rodamiento. a = Radio del área de contacto, supuesta circular. El valor de Ep podría determinarse directamente de la curva “esfuerzo - deformación”, ejecutando pruebas triaxiales con muestras de las mezclas bituminosas a emplearse; pero, generalmente, se toma para Ep el valor de 1.050 kg/cm2 (15.000 lb/pulg2). Para los cálculos de espesores de base se recomienda emplear la siguiente fórmula: Tb = (T-Tp)*(Ep/Eb)^(1/3) 34 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 35. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Siendo: Tb = Espesor de la base. Tp = Espesor de la capa de rodamiento. Ep = modulo de deformación de la capa de rodamiento. Eb = modulo de deformación de la base. METODO DE HVEEM El método de Hveem para proyecto y comprobación de mezclas asfálticas comprende los tres ensayos principales siguientes: 1. Ensayo del estabilometro 2. Ensayo del cohesiometro 3. Ensayo del equivalente centrifugo en queroseno (CKE) Los ensayos del estabilometro y del cohesiometro son aplicables a mezclas que contengan betún asfáltico o asfaltos líquidos y áridos cuyo tamaño no exceda de 1”. Las probetas de 2 ½” de altura y 4” de diámetro se compactan por procedimientos normalizados en un compactador por amasado. PROCEDIMIENTO ESTABILOMETRO Se determina la densidad y huecos de la probeta compactada, que se calienta después a 60°C y se somete a ensayo en el estabilometro de Hveem. Este ensayo es un tipo de ensayo triaxial en que se aplican cargas verticales y se miden las presiones laterales desarrolladas para determinados valores de la carga vertical. El ensayo se representa esquemáticamente en la figura. 35 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 36. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL La probeta esta encerrada en una membrana de goma rodeada por un líquido que transmite la presión lateral desarrollada durante el ensayo. Los valores obtenidos durante el ensayo son de carácter relativo. Se ha establecido la escala sobre la base de que, si la probeta fuera un liquido, la presión lateral seria igual a la presión vertical, en cuyo caso se considera que la estabilidad relativa es nula. En el otro extremo de la escala se considera un sólido incompresible, que no transmite presión lateral, y al que se atribuye una estabilidad relativa de 90. Los ensayos sobre las mezclas asfálticas para pavimentación dan valores comprendidos en el intervalo 0- 90. La estabilidad relativa de la probeta se calcula por formula establecida. Donde Pv=Presión Vertical Aplicada Ph= Presión horizontal en el manómetro D= Desplazamiento horizontal de la muestra, registrado por el numero de vueltas de la manivela para pasar de Ph a 7 kg/cm2 R se mide para Pv= 11.2 Kg/cm2 Usualmente, después de realizado el ensayo del estabilometro, se somete la probeta al ensayo del cohesiometro, que es un ensayo de flexión en el que la probeta se rompe por tracción. 36 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 37. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL MÉTODO AASHTO-PAVIMENTO FLEXIBLE Ecuación de Diseño El modelo de ecuación de diseño está basado en la pérdida del índice de serviacibilidad durante la vida de servicio del pavimento; siendo éste un parámetro que representa las bondades de la superficie de rodadura para circular sobre ella. La ecuación de diseño es la siguiente: Donde K = 1/C En que: T = Tránsito, expresado en ejes equivalentes a 8,16 Ton.Para la vida de diseño. NE = Número Estructural en cm NE = a1*h1 + a2*h2*m2 +a3*h3*m3 ai ,hi : Coeficiente estructural y espesor de la capa i del pavimento. mi : Coeficiente de drenaje de las capas de base y subbase granulares. Po = Indice de servicialidad inicial Pt = Indice de servicialidad final MR = Módulo resilente del suelo de subrasante (kg/cm2) FR = Factor de confiabilidad del diseño FR = 10Zr*So Zr = Coeficiente de Student para el nivel de confiabilidad (R%) adoptado So = Desviación normal del error combinado en la estimación de los parámetros de diseño y modelo de deterioro. Capacidad de Soporte Suelo de Fundación La capacidad del suelo se mide mediante los ensayes de C.B.R. y Módulo Resiliente, dependiendo de los equipos disponibles. " C.B.R. (Estático) Módulo Resiliente (Dinámico) Relaciones C.B.R. - Módulo de Resiliencia En nuestro país no existe experiencia ni equipos suficientes para determinar el Módulo Resiliente. Ante esta falencia se recurre a las siguientes relaciones con el C.B.R. Módulo Resiliente Relación 37 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 38. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL MR (kg/cm2) 180 *CBR*0,64 (1)2 <CBR <12% MR (kg/Mpa) 17,6 * CBR*0,64 MR (kg/cm2) 225 * CBR*0,55 (2) 12 <CBR <80% MR (Mpa) 22,1 * CRB*0,55 Coeficientes Estructurales (ai) Los materiales usados en cada una de las capas de la estructura de un pavimento flexible, de acuerdo a sus características ingenieriles, tienen un coeficiente estructural "ai". Este coeficiente representa la capacidad estructural del material para resistir las cargas solicitantes. Estos Coeficientes están basados en correlaciones obtenidas a partir de la prueba AASHO de 1958-60 y ensayos posteriores que se han extendido a otros materiales y otras condiciones para generalizar la aplicación del método. TABLA 1: Valor del Coeficiente Estructural Capa de Rodadura-Concreto Asfáltico Estabilidad MARSHALL Coeficiente Estructural (a1) 5000 0,33 6000 0,36 7000 0,39 8000 0,41 9000 0,43 10000 0,45 TABLA 2: Valor del Coeficiente Estructural para Bases Tratadas 38 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 39. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Estabilidad a1 MARSHALL (N) 1000 0,12 2000 0,17 3000 0,20 4000 0,22 5000 0,25 6000 0,27 7000 0,29 8000 0,31 TABLA 3: Valor del Coeficiente Estructural para Base Granular Chancada Valor C.B.R. (%) a2 40 0,11 50 0,12 60 0,.12 70 0,13 80 0,13 90 0,14 100 0,14 TABLA 4: Valor del Coeficiente Estructural para Subbase Granular Valor C.B.R. (%) A3 10 0,08 20 0,09 30 0,11 40 0,12 50 0,12 60 0,13 Coeficiente de Drenaje: (mi) Este coeficiente se determina en base a las siguientes condiciones: 39 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 40. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Drenaje Agua eliminada en Excelente 2 horas Bueno 1 día Regular 1 semana Pobre 1 mes Malo (el agua no drena) Porcentaje de tiempo anual en que la Calidad de estructura del pavimento está expuesta a Drenaje niveles cercanos a saturación 1% 1a 5% 5 a 25% 25% Excelente 1,40-1,35 1,35-1,30 1,30-1,20 1,20 Bueno 1,35-1,25 1,25-1,15 1,15-1,00 1,00 Regular 1,25-1,15 1,15-1,05 1,00-0,80 0,80 Pobre 1,15-1,05 1,05-0,80 0,80-0,60 0,60 Malo 1,05-0,95 0,95-0,75 0,75-0,40 0,40 Una vez calculado el Número Estructural, el siguiente paso es definir las diferentes capas de la estructura del pavimento, las que de acuerdo a sus características estructurales satisfagan el N.E. definido. La estructuración no tiene una solución única, se pueden establecer variadas combinaciones de capas que satisfacen la ecuación del N.E. En la elección de las capas se deben considerar los materiales disponibles y su costo. Determinación de Espesores de Capa en un Pavimento Asfáltico Condición de Diseño h1 >NE / a1 SN1 = a1*h1 ---------------SN1 >NE1 h2 (NE2 - SN) / a2*m2 SN2 = SN1 + a2*h2*m2 ------------SN2> NE2 h3 (NE3 - SN2) / a3*m3 Nota: 40 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 41. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL NE = Número Estructural Requerido SN = Número Estructural Efectivo h = Espesores Adoptados (cms) PAVIMENTO ASFÁLTICO 1. DEFINICIÓN Pavimento compuesto de una capa de áridos envueltos y aglomerados con betún asfáltico, de espesor mínimo de 25 mm, sobre capas de sustentación como base granular, asfáltica, hormigón o pavimento de bloques RIEGOS: - Imprimación - Riego de Liga (Tack coat) - Sello Negro (Fog seal) - Mata polvo SELLOS: - Tratamientos Superficiales (simple o doble) - Lechada Asfáltica. - Sello de Fricción CAPAS ESTRUCTURALES A. Según temperatura de la mezcla: - Mezcla en Caliente - Mezcla en Frío - Mezcla en Planta - Mezcla en Sitio B. Según huecos en la mezcla: - Mezcla Abierta: Porcentaje de huecos en la mezcla compacta mayor a 5% - Mezcla Cerrada: Porcentaje de hueco en la mezcla compacta menor al 5% C. Según Origen de la Materia Prima: - Mezclas Vírgenes. - Mezclas Recicladas OBJETIVOS DE UN PAVIMENTACIÓN SOPORTE DE LAS CARGAS PRODUCIDAS POR EL TRÁFICO : 41 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 42. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Un camino debe ser capaz de soportar las cargas que el tráfico ocasiona sin que se produzcan desplazamientos en la superficie, base o sub-base. El asfalto no contribuye sustancialmente a la resistencia mecánica de la superficie, la carga se transmite a través de los áridos a las capas inferiores, donde son finalmente disipadas. PROTECCIÓN CONTRA EL AGUA: Un exceso de agua en los materiales que componen la carretera, ocasiona la lubricación de las partículas con la consiguiente pérdida de capacidad de soporte, especial cuidado debe tenerse al proyectar un camino del control de aguas, tanto de superficie como filtrantes. El asfalto puede sellar la superficie del camino contra el exceso de agua fluyente, si el material granular está correctamente graduado. TEXTURA SUPERFICIAL ADECUADA. La capa de rodadura debe ser segura para la conducción de vehículos, y lo suficientemente lisa para proporcionar una marcha confortable . La buena combinación del asfalto y las partículas granulares puede producir una excelente textura superficial de conducción segura y marcha suave. FLEXIBILIDAD PARA ADAPTARSE A LAS FALLAS DE LA SUB-BASE: Los pavimentos asfálticos son flexibles y pueden ajustarse a las posibles asentamientos de la base. RESISTENCIA A LA OXIDACION. El sol, el viento y las variaciones de temperatura afectan a los materiales bituminosos, por lo tanto una buena elección de materiales y un buen plan de conservación pueden mantener la flexibilidad y propiedades ligante del asfalto. DISEÑO Para el diseño de un pavimento asfáltico se consideran tres elementos principales: Tipo de agregado Tipo de ligante Método de construcción TIPO DE AGREGADO. El agregado pétreo contribuye a la estabilidad mecánica, soporta el peso del tráfico y al mismo tiempo transmite las cargas al terreno. Los áridos deberán clasificarse y acopiarse separadamente en tres fracciones como mínimo: gruesa, fina y polvo mineral (filler), las que deberán cumplir ciertos requisitos dispuestos en el proyecto. TIPO DE LIGANTE. El tipo y grado de asfalto a emplear en una determinada obra dependerá del objeto de la obra, del tipo de pavimento a confeccionar, del clima imperante, de los agregados disponibles en la zona y de la intensidad del tráfico. 42 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 43. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL CAPAS ESTRUCTURALES Las capas estructurales son aquellas carpetas asfálticas que, por condiciones de mezcla y espesor, forman una estructura resistente, computable en el diseño de un pavimento flexible. Según el método constructivo se dividen en dos grupos: Mezclas en planta. Mezclas en sitio. MEZCLA EN PLANTA. Mezcla en planta es la mezcla de árido y asfalto en una planta central generalmente de alto rendimiento. Existen mezclas en planta en frío y en caliente. En las mezclas en frío se usan asfaltos líquidos, por lo cual la mezcla se efectúa sin calentar los agregados y el asfalto se calienta a una temperatura relativamente baja, solo para obtener la viscosidad necesaria de mezclado. Salvo indicación se emplearán asfaltos cortados que cumplan con lo especificado en LNV 29 ó LNV 50, o emulsiones asfálticas según LNV 30 ó LNV 31. Las mezclas en caliente son las de mayor estabilidad de todas las mezclas asfálticas y consisten en mezclar el agregado pétreo y el cemento asfáltico a alta temperatura (135 a 165ºC). Los cementos asfálticos típicos son: CA 60-80 y CA 80-100, que deben cumplir con las especificaciones LNV 28 y dependiendo del proyecto deberá cumplirse lo especificado en la tabla 5.408.202.A del Manual de carreteras volumen 5 MOP - Chile. Planta Móvil MEZCLA EN SITIO. Una mezcla en sitio es una carpeta asfáltica que se confecciona mezclando árido con asfalto líquido en la misma faja del camino, mediante motoniveladora o alguna maquinaria especial que efectúe el trabajo. 43 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 44. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Los asfaltos líquidos más adecuados para estas mezclas son: RC-250 clima cálido y medianamente húmedo. MC-250 clima templado y medianamente húmedo. CSS-1 ó SS-1 clima frío, templado y húmedo. MÉTODO CONSTRUCTIVO Método constructivo para mezclas en caliente 5.4. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE. Las mezclas obtenidas en la instalación pueden aplicarse sobre cualquier base estable. En superficies no tratadas la base deberá imprimase. Cuando se aplica la mezcla sobre una superficie pavimentada debe aplicarse un riego de adherencia cuyo fin es cerrar pequeñas grietas de la antigua superficie y enlace con la nueva superficie. 5.5. TRANSPORTE . 44 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 45. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Una vez confeccionadas las mezclas en la planta estas deberán transportarse a los lugares de colocación en camiones tolva convenientemente preparados para ese objeto. Las condiciones de la mezcla a la salida del mezclador y a la llegada a su punto de empleo deben ser iguales . COLOCACION DE LA MEZCLA. La superficie deberá estar seca o ligeramente húmeda. La temperatura de la mezcla no deberá ser inferior a 110ºC al comienzo y 85ºC al término del proceso. Para la distribución de la mezcla usualmente se emplea una terminadora. Se recomienda una terminadora para extender capas de nivelación de mezclas en caliente o en frío y eventualmente una motoniveladora. Las mezclas en frío deben extenderse y compactarse en varias capas. Las mezclas deberán extenderse sobre superficies secas y previamente imprimadas. Sólo deberán colocarse y compactarse mezclas cuando la temperatura ambiental sea de por lo menos 10ºC, sin bruma ni lluvia. COMPACTACION DE LA MEZCLA. La compactación suele iniciarse utilizando rodillo tándem de dos ruedas de acero, sobre las orillas exteriores de la capa recién tendida para ir luego apisonando hacia el centro del camino. Durante la compactación las ruedas de las apisonadoras deberán mantenerse húmedas para evitar que se adhieran al material. Tras de haberse hecho las correcciones que fuesen necesarias después del apisonado inicial, se procede a dar pasadas con el rodillo neumático. Cuando se pavimenta una sola franja esta debe apisonarse de la siguiente forma: 45 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 46. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Juntas transversales: Las juntas deben comprobarse con regla para asegurar su regularidad y alineación. En la junta debe emplearse un exceso de material, compactandola, descansando sobre la superficie previamente terminada y apoyando unos 15 cm de una rueda sobre la mezcla recién extendida. Juntas Longitudinales: Las juntas longitudinales deben compactarse inmediatamente después de la extensión del material. La primera franja extendida debe tener el perfil longitudinal y transversal necesarios y tener su borde cortado verticalmente. 46 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 47. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Compactación inicial: La compactación inicial debe seguir inmediatamente al de las juntas longitudinales y bordes. Los rodillos deben trabajar lo más cerca de la terminadora para obtener la densidad adecuada sin causar un desplazamiento indebido. Segunda Compactación: Para la segunda compactación se considera preferible los rodillos neumáticos, que deben seguir a la compactación inicial tan de cerca como sea posible y mientras la mezcla está aún a una temperatura que permita alcanzar la máxima densidad. Compactación Final: La compactación final debe realizarse con rodillos tandem de dos ruedas o tres, mientras que el material es aún suficientemente trabajable para permitir suprimir las huellas de los rodillos. 47 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 48. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL La cantidad, peso y tipo de rodillos que se empleen deberán ser el adecuado para alcanzar la compactación requerida dentro del lapso de tiempo durante el cual la mezcla es trabajable. CONTROLES Una vez terminada la colocación de la mezcla se procede al control de las siguientes características: Densidad Espesor Contenido de asfalto Lisura Rugosidad Método constructivo para mezclas en frío. Preparación de la mezcla. Las mezclas se prepararán en plantas fijas o móviles, sean estas continuas o discontinuas, que permitan reproducir la dosificación aprobada dentro de las tolerancias que son permitidas indicadas en: 5.409.203 del Manual de Carreteras volumen 5 MOP-Chile. 6.2. Transporte y colocación. Las mezclas deberán transportarse a los lugares de colocación en camiones tolva convenientemente preparados para este objeto y esparcirse mediante una terminadora autopropulsada. Las mezclas deberán extenderse sobre superficies secas y previamente imprimadas. Sólo deberán colocarse y compactarse mezclas cuando la temperatura ambiental sea de por lo menos 10ºC, sin bruma ni lluvia. 6.3. Compactación Antes de iniciar la compactación la mezcla deberá esparcirse, enrasarse y perfilarse. Deberá alcanzar el nivel de densificación requerido y una textura uniforme. Para lograr estos efectos se podrá iniciar la compactación utilizando un compactador de ruedas de acero tipo tándem, para luego continuar con rodillos vibratorios y/o neumáticos. 48 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”
  • 49. 22 de dic. DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE VIAL Controles. Antes de proceder a la colocación de la mezcla, se deberá verificar que el clima se ajuste a lo señalado anteriormente, y que la superficie esté limpia, seca y libre de materiales extraños. La densidad promedio de la mezcla compactada no deberá ser inferior al 96% de la densidad obtenida en el diseño. Así como ocurre con la aplicación de mezclas en caliente, en las aplicaciones en frío es necesario llevar un control estricto en lo referido a : Densidad Espesores Contenido de asfalto Lisura Rugosidad CAUSAS DE UN PAVIMENTO DEFECTUOSO AGRIETAMIENTO. Mezcla muy caliente o muy fría. Exceso de filler. Excesivo apisonamiento con rodillo cuando hay desplazamiento en la base. Viraje demasiado abrupto del rodillo. Equipo de compactación inadecuado. DESGARRAMIENTO. Por falta de finos. Mezcla con escaso betún. Incorrecta proporción entre el espesor de la capa y el tamaño de los agregados. Mezcla demasiado fría. Mal estado o mal ajuste del compactador en la terminadora. SUPERFICIE ONDULADA. Fluctuaciones en la temperatura de la mezcla. Incorrecta compactación con rodillo. El camión demasiado frenado. Retroceso demasiado abrupto del rodillo. Excesivo control de la maestra. Sobrecarga de los tornillos espaciadores. Diferencia marcada de espesores en una misma capa. SEGREGACIÓN. Deficiente alimentación de materiales fríos en la planta asfáltica. Incorrecta forma de cargar el camión. Acumulación de materiales en los lados de la tolva de la terminadora. 49 MAMANI CHAYÑA ARMANDO WILSON SEMENTRE “VI” SECCION “A”