libro pavimentos 23-07-2013

PAVIMENTOS BÁSICO Notas de Clase Docente: Julián Vidal Valencia Julio de 2013 Uso Exclusivo para estudiantes de Ing. Civil EAFIT

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CAPÌTULO 1: CONCEPTOS GENERALES

1. Definición

Un pavimento es una estructura que reposa sobre un suelo de fundación (en

pavimentos llamada subrasante), la cual puede estar constituida por una o más

capas construidas con materiales seleccionados y un proceso constructivo

debidamente estipulado y controlado, cuya función principal es la de trasmitir de

manera adecuada los esfuerzos a la subrasante

2. Funciones de los pavimentos

Vía de comunicación

Generador de desarrollo (industrial, habitacional y turístico)

Comodidad

Seguridad

3. Tipos de pavimentos

3.1 Pavimentos flexibles: se denominan así, debido a que bajo solicitaciones de

carga permiten deflexiones que una vez retirara la carga se recuperada en cierto

porcentaje, dando lugar a una deformación permanente acumulada. Su capa de

rodadura puede ser un tratamiento superficial, una carpeta asfáltica o una capa de

adoquines. Estos últimos mal llamados pavimentos articulados.


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3.2 Pavimentos rígidos: Debido a que la capa de rodadura (losa de concreto

hidráulico u hormigón) de este pavimento tiene un módulo elástico alto (el

hormigón no es elástico lineal, por lo que el módulo secante) al compararlo con

el de una carpeta asfáltica, bajo solicitaciones de carga, las deflexiones

ocurridas son mínimas “muy cercanas a cero”.

3.3 Pavimentos de adoquines: Se denominan también pavimentos flexibles, por

lo tanto permiten deflexiones. Su capa de rodadura está compuesta por

adoquines o bloques prefabricados de hormigón o arcilla.


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3.4 Pavimentos mixtos: Son el resultado de la rehabilitación de pavimentos

3.5 Pavimentos semi-rígidos: Se identifican así a las estructuras de pavimentos

a las cuales se les incremento el módulo dinámico de una o más capas por

medio de adición de materiales inertes.

4. Estructuras típicas de los pavimentos (Ejemplos) 4.1 Pavimento flexible

4.2 Pavimento rígido

Losa de hormigón

Sub-base

Subrasante

Carpeta asfáltica

Base

Sub-base

Subrasante

Carpeta asfáltica

Base

Sub-base

Subrasante mejorada

Subrasante


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4.3 Pavimento de adoquines

Adoquines

Base

Sub-base

Subrasante

4.4 Pavimentos mixtos: generalmente se dan por trabajos de rehabilitación

Losa de hormigón

Carpeta asfáltica

Base

Sub-base

Subrasante

4.5 Pavimentos semi-rígidos

Carpeta asfáltica

Base estabilizada

Sub-base

Subrasante

Carpeta asfáltica

Losa de hormigón

Sub-base

Subrasante


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5. Descripción y funciones de las capas de la estructura de los pavimentos 5.1 Pavimentos Flexibles 5.1.1 Sub-base Descripción: Material grueso granular bien gradado con tamaño máximo de 75 mm, con límite líquido menor a 25% e índice de plasticidad de 6, puede ser tratadas con materiales estabilizantes o no. Funciones:

Capa de transición entre la subrasante y la base evitando que la capa de base se contamine

Absorber los cambios volumétricos de la subrasante Mantener propiedades drenantes si el proyecto lo requiere Plataforma adecuada de trabajo, de tal forma que permita la construcción de

la base, soportando las cargas de la maquinaria

Disminuir las deformaciones de la estructura Brindar economía Ser estable, manteniendo en los posible sus propiedades físicas y mecánicas

en el tiempo Transmitir los esfuerzos a la subrasante 5.1.2 Base Descripción: Material grueso granular bien gradado con tamaño máximo de 38 mm, con límite líquido menor a 25% e índice de plasticidad de 4, puede ser tratadas con materiales estabilizantes o no. Funciones:

Debe ser un elemento resistente que transmita de manera adecuada los esfuerzos producidos por el tránsito a las capas inferiores

Disminuir los costos en la construcción, por lo que en muchos casos se tienen factores de conversión entre la capa de rodadura y las capas inferiores de la estructura del pavimento

Servir de plataforma de trabajo para la construcción de la carpeta asfáltica

Tener propiedades drenantes, si el tipo de proyecto lo requiere


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Disminuir las deformaciones de la estructura 5.1.3 Riego de imprimación Descripción: Material asfáltico (Asfalto líquido o emulsión asfáltica) que se riega sobre la superficie de la base Funciones:

Impermeabilizar la capa de la subrasante, par lo cual debe penetrar al menos 3 mm en esta

Permitir la liga entre la carpeta asfáltica y la base, con el fin de evitar movimientos

5.1.4 Carpeta asfáltica Descripción: Mezcla de agregados minerales con un material asfáltico (cemento asfáltico, asfalto líquido o emulsión), donde este cumple el fin de ligante y protector de los agregados. La combinación de dichos agregados con el material asfáltico da lugar a capas de rodadura tales como los tratamientos superficiales y mezclas asfálticas Funciones: Soportar directamente las cargas suministradas por el tránsito y transmitirlas

adecuadamente a las capas inferiros Tener propiedades drenantes según el proyecto lo requiera Proporcionar durabilidad al resto de la estructura

Brindar seguridad, con lo que debe mantener valores adecuados de resistencia al fricción

Brindar comodidad, para lo que debe tener un perfil adecuado a las exigencias del tipo de vía

5.2 Pavimentos rígidos 5.2.1 Sub-base Descripción: Material grueso granular bien gradado con tamaño máximo de 75 mm, con límite líquido menor a 25% e índice de plasticidad de 6, puede ser tratadas con materiales estabilizantes (generalmente cemento) o no.


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Funciones: Absorber los cambios volumétricos de la subrasante

Mantener propiedades drenantes si el proyecto lo requiere Plataforma adecuada de trabajo, de tal forma que permita la construcción de

la losa soportando las cargas de la maquinaria

Dar un apoyo uniforme a la losa Brindar economía Ser estable, manteniendo en los posible sus propiedades físicas y mecánicas

en el tiempo

Transmitir los esfuerzos a la subrasante Evitar el fenómeno de bombeo en las subrasante. Este consiste en la pérdida

de finos por presiones del aguas originadas por las cargas del transito 5.2.2 Losa de hormigón Descripción Mezcla de agregados minerales con cemento hidráulico, colocado y compactado. La losa puede ser de hormigón simple o reforzado según sea el caso Funciones Absorber la mayoría de cargas suministradas por los vehículos y trasmitir los

esfuerzos de manera adecuada a la sub-base o la subrasante según sea el caso

Suministrar una superficie segura y cómoda Contrarrestar los cambios volumétricos de la subrasante con su peso 5.3 Pavimentos de adoquines La subbase y la base de estos tienen una descripción muy similar a la de los pavimentos flexibles, lo mismo que sus funciones. 5.3.1 Capa de arena Descripción Arena de finura media con un espesor que oscila entre 30 mm y 50 mm Funciones:

Permitir el acomodo de los adoquines Dar un apoyo adecuado a los adoquines


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Contribuir a la evacuación del agua Contribuir a la arena del sello de juntas 5.3.2 Arena de sello de juntas Descripción: Arena fina Funciones:

Proporcionar fricción entre los adoquines permitiendo que el área de transferencia de cargas sea mayor y los esfuerzos que llegan a las capas inferiores sean menores

6. Esfuerzos y deformaciones Las teorías que se estudian en las asignaturas de cimentaciones proporcionan herramientas adecuadas para determinar el esfuerzo y deformación en cada capa de la estructura del pavimento en la fibra superior e inferior y para el caso de la subrasante que se estima en la fibra superior y a la profundidad de interés. Las más aplicadas corresponden a las que emplean métodos de análisis “Elástico lineales multicapa”. La modelación bajo métodos numéricos (elementos finitos) se viene utilizando ampliamente, constituyéndose así como una herramienta bastante adecuada para el análisis en mención. 6.1 Esquemas de esfuerzos para pavimentos flexibles y rígidos. 6.1.1 Pavimento flexible

Carpeta asfáltica

Subrasante

Base

Sub-base

Trayectoria de

esfuerzos


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6.1.2 Pavimento rígido

Se observa en los diagramas que la losa del pavimento rígido absorbe gran cantidad de los esfuerzos, transmitiéndolo de forma mínima a la subrasante, por lo que es muy posible que estos pavimentos se construyan sobre subrasantes de poca capacidad de soporte pero con la cualidad de homogeneidad con el fin de evitar asentamientos diferenciales de la losa. En el caso de los pavimentos flexibles se evidencia que llegan esfuerzos disminuidos a la subrasante pero mayores a los de la subrasante de un pavimento rígido.

6.2 Tipología de las cargas Las cargas que se imparten a una estructura de un pavimento dependen de la destinación que este tenga, por lo tanto estas podrán ser estáticas y dinámicas-cíclicas. Las cargas en un punto cualquiera en la estructura o en la subrasante son variables en magnitud y frecuencia, lo que suele dificultar la modelación por métodos numéricos. A continuación se presentan tres esquemas que permiten entender el efecto de las cargas de los vehículos en movimiento en un punto cualquiera del suelos de subrasante

Losa de hormigón

Subrasante

Sub-base

Trayectoria de

esfuerzos


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Esfuerzos en la subrasante

(vehículo en movimiento)

t

tt

sV

sV

sh sh

sV

sV sV

sV

shsh shsh

t

Estructura pavimento

A


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6.3 Expresiones utilizadas para determinar el esfuerzo y la deformación admisible

La mayoría de expresiones están en función de la variable N, que corresponde al número de ejes equivalentes de 80 kN que harán uso de la vía durante el periodo de diseño. Algunas expresiones han involucrado otras variables y en especial parámetros relacionados con la capacidad de soporte de la subrasante. 6.3.1 Deformación unitaria vertical de compresión en la subrasante

*028.0 25.0 Nz (Shell)

21.0*0116.0 Nz (Dormon y Metcalf)

28.0*0216.0 Nz (Universidad de Nottingham)

refuerzo ,*025.0

nuevas calzadas ,*021.0

244.0

24.0

N

N

z

z

(“Laboratoire Central des Ponts et Chaussées”)


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6.3.2 Deformación unitaria de tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica

1626.0*00389.0 Nt (Shell)

36.02.0 **)08.1856.0

mbt SNV (Shell)

1093.0*028.0 Nt (EAFIT mezcla densa Valle Aburrá)

6.3.3 Esfuerzo de compresión admisible en la subrasante

2cm

kgf ,

)log*7.01(

*07.0

N

Esrz

s (Kenhover y Dormon)

23.0

2.1*09607.0

N

CBRz s , MPa, (Bélgica)

6.4 Uso de programas de computador Existen diferentes programas de computador utilizados en la determinación de las tensiones y deformaciones que ocurren en cada capa de las estructura del pavimentos y en la subrasante. Dichos programas utilizan generalmente los siguientes datos de entrada: Módulos dinámicos y relación de Poisson de cada capa, presión de inflado, distancia entre ejes de llantas, radio de carga y estado de liga entre capas. En nuestro medio se utilizan ampliamente el INPACO, el cual tiene un módulo para el propósito expuesto y fue elaborado por la universidad del Cauca para el Ministerio de Transporte. El programa CEDEM que fue elaborado por el ingeniero Jairo A. Delgado E. de la universidad de los Andes. Otros programas elaborados en el exterior son: WINJULEA, ALIZE, EVERSERIES, entro otros. El uso del software para geotecnia “PLAXIS”, el cual está basado en el método de elementos finitos es una buena herramienta para la modelación de las estructuras de pavimentos con fines de análisis. A continuación se presenta un ejemplo ejecutado en el programa CEDEM


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Epsilon T = deformación unitaria horizontal (de corte) Sigma T = Esfuerzo de corte

Epsilon Z = deformación unitaria vertical (de compresión) Sigma Z = esfuerzo vertical


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CAPÌTULO 2: EVALUACIÓN DE SUELOS DE SUBRASANTE

MÓDULO RESILIENTE DE SUELOS FINOGRANULARES (Artículo de revista EAFIT)

Ingeniero Civil JULIÁN VIDAL VALENCIA

Ingeniero Civil RODRIGO OSORIO M

1. INTRODUCCIÓN Las estructuras de los pavimentos para calles, carreteras y autopistas están sometidas a cargas repetitivas impuestas por los vehículos. Este tipo de cargas son dinámicas de corta duración, que llevan a la fatiga la estructura del pavimento en un período de tiempo, el cual también depende de las propiedades geomecánicas y dinámicas de los materiales, además del proceso constructivo adelantado. La transmisión de las cargas está en función de la presión de inflado de las llantas de los vehículos, las cuales oscilan de 0,2 MPa a 0,7 MPa. En la figura 1 se presenta un esquema sobre dicha transferencia de las cargas. P Estructura Subrasante

Figura 1

Tradicionalmente en nuestro medio, los diseños de pavimentos se han realizado bajo la aplicación de cargas estáticas a la falla de la estructura, sometida ésta a ensayos de carga axial, como es el CBR (California Bearing Ration) o a ensayos de placa con carga repetida o estática, realizados directamente sobre la subrasante y en ocasiones sobre toda o parte de la estructura. En este último caso se tiene un modelo más próximo a lo que serían las cargas cíclicas en períodos largos.

Po

P1

Po

P1


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La reacción de un material cuando la carga es retirada, es recuperar parte de la deformación inducida; la capacidad de recuperación de dicho material es lo que comúnmente se denomina la resiliencia de los materiales. La relación entre el esfuerzo desviador y la correspondiente deformación unitaria recuperada se denomina módulo resiliente. En 1981, The Asphalt Institute presentó en su documento MS-1 un método de diseño de espesores para pavimentos asfálticos, en el que se recomienda usar el módulo resiliente para la evaluación de la subrasante. En 1986, la AASHTO publicó un nuevo método de diseño para estructuras de pavimentos en el que usó el módulo resiliente para caracterizar las propiedades dinámicas de los materiales componentes de la estructura del pavimento, tanto para materiales finos granulares como grueso granulares. Lo anterior es una evidencia de la importancia de la evaluación de las propiedades dinámicas en el diseño de los pavimentos. Los equipos que se requieren para determinar el módulo resiliente son de un alto costo, debido a la instrumentación de alta tecnología que poseen; razón por la cual en nuestro medio se realizan poco estos ensayos, además se debe tener en cuenta que muy pocas instituciones poseen estos equipos, es por esto que aún se sigue diseñando con métodos tradicionales o con correlaciones entre valores dinámicos y estáticos aplicados a los métodos de diseño que utilizan dicho valor. La universidad EAFIT, consciente de la importancia que tiene en el diseño de pavimentos el conocimiento de las propiedades dinámicas de los suelos, que conforman la estructura del mismo, adquirió a finales del año 1999, un moderno equipo triaxial dinámico y una columna resonante. Durante este tiempo se ha trabajado en el manejo y adecuación de los equipos para la implementación de diferentes ensayos. Es de entender que ésta es una labor que requiere tiempo, dedicación e investigación. 2. CONCEPTOS La subrasante está sometida a un estado de esfuerzos variables y por ende a un estado de deformaciones en el momento que los vehículos aplican las cargas sobre la estructura del pavimento. Debido a la característica de las cargas impuestas por los vehículos, parte de la deformación se recupera cuando la carga es retirada. En la figura 2 se presenta un esquema de esfuerzos en la subrasante. La resiliencia en los suelos se entiende como la capacidad que tienen éstos para recuperarse después de una solicitación de carga, cuando se trabajan bajo deformaciones en una zona elástica supuesta.


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El módulo resiliente (Mr) se define como la relación entre el esfuerzo desviador (sd) y la deformación unitaria recuperada (r), tal como se muestra en la siguiente expresión:

2l

f ,

r

d

rM

s

El esquema de esfuerzos al que son sometidas las muestras de ensayo, se puede representar según lo que se muestra en la figura 3.

x P

Figura 2

sd = s1 - s3 s3

s3

dt dr

Figura 3

sh

sv

t

t

t

t

sh

sv


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s3: Esfuerzo de confinamiento

s1: Esfuerzo axial

sd = s1 -s3: Esfuerzo desviador dt: Deformación total dr: Deformación recuperada dt - dr: Deformación remanente El esquema de la figura 3 se puede explicar de la siguiente manera: al aplicar una carga creciente se incrementa la deformación; cuando la carga se reduce la deformación también se reduce, pero no toda ella se recupera. Por lo tanto, la deformación total se compone de dos partes: una plástica o permanente y una elástica o resiliente. Únicamente la resiliente o recuperada se utiliza para calcular el módulo resiliente. En la figura 4 se presenta una secuencia de carga y descarga y los parámetros asociados.

Figura 4

3. MÉTODO DE ENSAYO Uno de los métodos más conocidos para la determinación del módulo resiliente en suelos finos granulares, es presentado por la AASHTO en la norma T 294. En Colombia, el Instituto Nacional de Vías presenta un método similar en la norma INV E 156. A continuación se hace una breve descripción del equipo necesario y de los aspectos más relevantes en la realización del ensayo.

Plástica

a

Def. total

Resiliente

Deformación

sd


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3.1 Equipo

Para la determinación del módulo resiliente se utiliza un equipo que consta de una cámara triaxial para ensayos cíclicos, una marco de carga con un actuador dinámico servo-controlado para producir una onda sinusoidal media en un período y frecuencia determinados, un panel de control y de mediciones de presiones de cámara, de poros y efectiva, y una unidad de adquisición de datos con software de procesamiento. En las fotografías 1 y 2, se puede observar el equipo de la universidad EAFIT, el cual cumple dichas condiciones. 3.2 Geometría de la muestra Esta depende de la capacidad de la cámara triaxial; generalmente se trabajan con muestras con diámetros de 38 mm, 75 mm y 100 mm, que tenga una relación de altura a diámetro o relación de esbeltez de 2 a 3.

Foto 1 Foto 2

Algunos investigadores sugieren el uso de muestras con una relación de esbeltez de 2,5 para minimizar los efectos de columna y bloque.

3.3 Estado de la muestra El ensayo debe realizarse sobre muestras inalteradas o compactadas, saturadas o parcialmente saturadas, de acuerdo con las necesidades del proyecto.


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3.4 Condición de esfuerzos las muestras a ensayar se deben someter a secuencias de esfuerzos combinados de confinamiento y desviadores. En las tablas 1, 2 y 3 se presentan algunas secuencias sugeridas por la SHRP (Strategic Highway Research Program) y la AASHTO.

Combinación

de esfuerzos

Presión de

confinamiento

(kPa)

Esfuerzo Desviador

(kPa)

Primera 41,4 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9

Segunda 27,6 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9

Tercera 13,8 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9

Tabla 1: SHRP TP46 - Suelos tipo 2

Combinación

de esfuerzos

Presión de

confinamiento

(kPa)

Esfuerzo Desviador

(kPa)

Primera 20,7 20,7 41,4 62,1

Segunda 34,5 34,5 69 103,5

Tercera 68,9 69 137,9 206,8

Cuarta 103,5 69 103,5 206,8

Quinta 137,9 103,5 137,9 275,8

Tabla 2: AASHTO T294 -Suelos tipo 1

Combinación

de esfuerzos

Presión de

confinamiento

(kPa)

Esfuerzo Desviador

(kPa)

Primera 41,4 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9

Segunda 20,7 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9

Tercera 0 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9

Tabla 3: AASHTO T294 -Suelos tipo 2

3.5 Duración y aplicación de las cargas Los métodos de ensayo sugieren que el tiempo de duración de la aplicación de la carga sea de 0,1 segundo y el período para repetir dicha aplicación sea de 1,0 segundo.


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El número de repeticiones de carga por secuencia sugerido por las anteriores instituciones es de 100. La norma INV E 156 sugiere 200 repeticiones por secuencia. Antes de someter las muestras a la secuencias de ensayo, se deben someter como mínimo a 1000 ciclos de carga con el fin de disminuir la tixotropía. 3.6 Monitoreo durante el ensayo En el transcurso del ensayo, muchos equipos esquematizan el comportamiento del esfuerzo desviador y la deformación axial. Estos generalmente tiene la forma que se presenta en la figura 5, que corresponde a una onda sinusoidal media.

Figura 5

4. RESULTADOS Para cada secuencia del ensayo, se calcula el esfuerzo desviador y la deformación recuperada, con el fin de determinar el módulo resiliente para diferentes condiciones de esfuerzos que pueden estar de acuerdo con las que se presentan en las tablas 1, 2 y 3, del numeral 3.4. Los valores se deben relacionar en gráficos con el fin de tener una mejor visión del comportamiento del suelo, los cuales se presentan a continuación. 4.1 Gráfico de esfuerzo desviador contra Mr para cada presión de cámara Los puntos que conforman una cualquiera de las curvas, representan la relación entre el esfuerzo desviador y el módulo resiliente para un mismo esfuerzo de confinamiento, a diferentes estados de esfuerzo axial cíclico. En la figura 6 se presenta una gráfica obtenida en un ensayo de Mr.

0 1 2 3 4

Tiempo (segundos)

Car

ga

o D

efo

rmac

ión

Periodo = 1 s

Aplicación = 0,1 s


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Figura 6

4.2

ecuación constitutiva del suelo Esta gráfica tipo log-log se obtiene al relacionar la sumatoria de los esfuerzos

principales ss) y el módulo resiliente para cada punto de las curvas que se presentan en la figura 7. Se determina posteriormente la ecuación, de tipo exponencial de la línea de tendencia del comportamiento del suelo bajo las condiciones del ensayo. Un gráfico similar se puede realizar al relacionar el esfuerzo desviador con el Mr, tal como se muestra en la figura 8.

450

500

550

600

650

700

750

0 20 40 60 80

Esfuerzo desviador (kPa)

Módu

lo R

esili

ente

(kP

a)

41.0 kPa

21.0 kPa

13.8 kPa


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Figura 7

Figura 8

5. CORRELACIONES DEL MÓDULO RESILIENTE CON EL ENSAYO CBR Muchos investigadores se han preocupado por establecer correlaciones del módulo resiliente con otros ensayos utilizados normalmente en el diseño de los espesores de la estructura de pavimentos. Dentro de éstas, la más utilizada ha sido la correlación con el CBR. Es importante tener en cuenta que muchas de las correlaciones son más de tipo regional, lo que debe limitar el uso indiferente para cualquier tipo de suelo. Solamente, con una gran experiencia y criterio, el ingeniero podrá seleccionar la correlación más adecuada para un proyecto específico.

Mr = kn

Mr = ksdn


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A continuación se presentan algunas correlaciones empíricas entre el CBR y el valor del módulo resiliente. En la figura 9 se esquematizan las mismas. Shell (Heukelomm y Foster 1960)

Mr (psi) = 1500 CBR

U.S. Cuerpos de Ingenieros (USACE) (Green y Hall 1975)

Mr (psi) = 5409 CBR0.711

Concilio Sur Africano de Investigaciones Científicas e Industriales (CSIR)

Mr (psi) = 3000 CBR0.65

Laboratorio de Investigación de Transporte y Carreteras (TRRL) (Lister 1987)

Mr (psi) = 2555 CBR0.64

Figura 9

Shell, CSIR y TRRL presentan una modificación a las anteriores correlaciones, teniendo en cuenta el número de ejes equivalentes (N) de 8,2 toneladas durante el periodo de diseño, tal como se muestra en la tabla 2. Es importante destacar que la representación de las ecuaciones tiene la siguiente forma:

nCBRKMr *

Correlaciones CBR - Mr

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 20 40 60 80 100CBR

Mr

(kg

f/cm

²)

ShellUSACE

CSIR

TRRL


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Donde K varía con el valor de N.

Proponente Valor recomendado de K para diferentes N

1 x 105

1 x 106

1 x 107

5 x 107

Shell

CBRKMr *

1500

1750

2300

2900

CSIR 65,0*CBRKMr

3200

3700

4700

5800

TRRL 64,0*CBRKMr

3250

3800

4800

5900

6. DETERMINACIÓN DEL VALOR Mr PARA APLICACIÓN EN EL DISEÑO DE

LOS PAVIMENTOS La determinación del valor del Mr a utilizar para el diseño de la estructura de pavimento, se logra a partir de la utilización de la ecuación constitutiva del ensayo que puede estar en función del esfuerzo desviador o de la sumatoria de esfuerzos principales. Algunas instituciones recomiendan valores base de esfuerzos desviadores y otros valores medios de deformaciones unitarias. También se puede agotar el recurso de modelar la estructura del pavimento por programas de computadores, utilizando programas de elementos finitos y otros, que nos muestren la distribución de esfuerzos dentro de la estructura. Es labor del ingeniero elegir el valor de diseño que considere adecuado a las características del proyecto. 7. EJEMPLO PRÁCTICO En las figuras 10, 11, 12 y 13, se presentan los resultados gráficos de un ensayo realizado a una muestra de un limo parcialmente saturado, realizado en los equipos de la universidad EAFIT.


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Figura 10

Figura 11

Figura 12

0

500

1000

1500

2000

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Esfuerzo desviador (MPa)

Mó

du

lo r

es

ilie

nte

(M

Pa)

Mr = 0.3067sd-1.8598

10

100

1000

10000

0.01 0.1

Esfuerzo desviador (MPa)

Mó

du

lo r

es

ilie

nte

(M

Pa)

Mr = 0.6014D-0.6603

R2 = 0.9913

0

500

1000

1500

2000

0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005

Deformación unitaria (D) mm/mm

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

(M

Pa)


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Figura 13

8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1 The Asphlat Institute. Thickness Design - Asphlat Pavements for Highways

and Streets. Manual series Nº 1 (MS-1), september 1981. 8.2 Montejo Fonseca, Alfonso. Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, 2da

edición, Universidad Católica de Colombia, 1998. 8.3 Instituto Nacional de Vías. Normas de Ensayo de Materiales para Carreteras,

Tomo I: Suelos, Norma I.N.V.E – 156 “Módulo Resiliente de Suelos de Subrasante”, 1998.

8.4 ASCE. Aplication of Geotechnical Principles in Pavement Engineering. Edited by A. T. Papagiannakis and C. W. Schwartz, 1998.

8.5 ASTM. Special Technical Publication 807. Properties of Flexible Pavement Materials. Editor by John J. Emery, Trow Ltd. 1981

8.6 Sánchez Guando, Juan y Vigo Jauregui. Características Dinámicas (Mr) de los Materiales para construcción de Pavimentos. Oficina de Controld e Calidad. Dirección General de Caminos. Perú.

8.7 Angelone, Silvia; Martínez, Fernando y Tosticarelli, Jorge. Módulo Resiliente de Suelos y Materiales no Tratados. Su aplicación al diseño estructural de pavimentos en Argentina. Argentina.

8.8 Resilient Modulus for Fine – Grained Subgrade Soils. Dingquinq Li and Ernest T. Selig. Journal of Geotechnical Engineering. June 1994, p 939 – 957.

8.9 Resilient Modulus of Cohesive Soils. Woojin Lee, N. C. Bohra, A. G. Altschaeffl and T. D. White. Journal of Geotechnical Engineering. Feb. 1997, p 131 – 136.

Mr = 220.720.1539

10

100

1000

0.01 0.1 1

Sumatoria de esfuerzos principales (MPa)

Mó

du

lo r

es

ilie

nte

(M

Pa)


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CBR

SFG SGG

Remoldeado Inalterado In Situ Remoldeado In Situ

Terraplenes Llenos

Subrasante mejorada <Diseño>

Subrasante

<Diseño>

Terraplenes Llenos

Subrasante mejorada <Control Calidad>

Subrasante <Diseño>

Pedraplenes Bases

Subbases Afirmados <Diseño>

Pedraplenes Bases

Subbases Afirmados <Control Calidad>

Subrasantes

<Diseño>


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Mr

SFG SGG

Inalterada Remoldeada Remoldeada

Humedad natural

Saturada

Humedad óptima

Saturada

Humedad óptima

Saturada


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Humedad Humedad

ExpansiónCBR

dCBR

d

H1 H2 H3

H1

H2

H3CBR diseño

H3

Baja < 2%

Media: 2 a 4

Alta > 4

d

CBR remoldeado SFGCBR remoldeado SFG

Humedad Humedad

ExpansiónCBR

dCBR

d

H1 H2 H3

H1

H2

H3CBR diseño

H3

Baja < 2%

Media: 2 a 4

Alta > 4

d

CBR remoldeado SFGCBR remoldeado SFG


Página 31 de 170

CBR remoldeado SGGCBR remoldeado SGG

Humedad

d

CBR

d

CB

R d

iseñ

o

Hum

edad

ópt

ima

CBR remoldeado SGGCBR remoldeado SGG

Humedad

d

CBR

d

CB

R d

iseñ

o

Hum

edad

ópt

ima


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ENSAYO DE PLACA

Diámetro de 30 cm Diámetro de 75 cm

CarreterasAutopistas

Pistas de Aeropuertos

Dos cargas

10 repeticiones

Tres cargas

10 repeticiones

Placa con carga repetidaPlaca con carga repetida

ENSAYO DE PLACA




Dos cargas

10 repeticiones

Tres cargas

10 repeticiones

ENSAYO DE PLACA




Dos cargas

10 repeticiones

Tres cargas

10 repeticiones

Placa con carga repetidaPlaca con carga repetida


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Placa Placa con carga repetidacarga repetida

Tiempo

Deformación total

Deformación permanente

Def

orm

ació

n

Def

orm

ació

n r

ecu

per

ada

Módulo de Reacción de la Subrasante

K = Presión / deformación

Placa Placa con carga repetidacarga repetida

Tiempo

Deformación total


Def

orm

ació

n

Def

orm

ació

n r

ecu

per

ada

Tiempo

Deformación total


Def

orm

ació

n

Def

orm

ació

n r

ecu

per

ada

Módulo de Reacción de la Subrasante

K = Presión / deformación


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Cono Cono Dinámico de Penetracide Penetracióónn

Pro

fund

idad

Golpes

Estrato 1

Estrato 2

Estrato 3


Pro

fund

idad

Golpes

Estrato 1

Estrato 2

Estrato 3


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CBR = A * D-B


Autor Origen A B P rof

(mm )

C B R

Harrison Austra lia 646 1,32 10 31

K leyn S udáfrica 398 1,26 10 22

Tosticarelli A rgentina 450 1,05 10 40

Ponce C hile 776 1,46 10 27

CBR = 567 * (DN)-1.40

R² = 0,95

D: Penetración

DN: Penetración media (mm/golpe)

CBR = A * D-B


Autor Origen A B P rof

(mm )

C B R

Harrison Austra lia 646 1,32 10 31

K leyn S udáfrica 398 1,26 10 22

Tosticarelli A rgentina 450 1,05 10 40

Ponce C hile 776 1,46 10 27

CBR = 567 * (DN)-1.40

R² = 0,95

D: Penetración

DN: Penetración media (mm/golpe)


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CorrelacionesCorrelaciones

A7-5, A7-6CH, OH, OL

2 a 42 a 6A-5, A-6ML, CL, MH

Deficiente

4 a 86 a 25A2-6, A2-7SC - SMBuena

GM, GC

> 8> 25A1-a, A1-bGW, GP

Muy Buena

K

(kgf/cm3)

CBR

(%)AASHTO U.S.C.S.

Categoría Subrasante

A7-5, A7-6CH, OH, OL

2 a 42 a 6A-5, A-6ML, CL, MH

Deficiente

4 a 86 a 25A2-6, A2-7SC - SMBuena

GM, GC

> 8> 25A1-a, A1-bGW, GP

Muy Buena

K

(kgf/cm3)

CBR

(%)AASHTO U.S.C.S.

Categoría Subrasante


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CorrelacionesCorrelacionesCorrelacionesCorrelaciones


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t

t t

s V

s V

s h s h

s V

s V s V

s V

s h s h s h s h

t


A

t

t t

s V

s V

s h s h

s V

s V s V

s V

s h s h s h s h

t


t t

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s h s h

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s h s h s h s h

t


t

s V

s V

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t


s V

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s h s h

s V

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s V

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t


s V

s V

s h s h

s V

s V s V

s V

s h s h s h s h

t


A

Esfuerzos en un punto de la subrasante

Vehículo en movimiento)

A A


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Triaxial Cíclico

s1= sd + s3

s3 tiempoD

efo

rma

ció

n

+

-

+

tiempo

Ca

rga

+

-

Triaxial Cíclico

s1= sd + s3

s3 tiempoD

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n

+

-tiempo

Defo

rma

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n

+

-

+

tiempo

Ca

rga

+

-tiempo

Ca

rga

+

-


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O

A

BDeformación unitaria

Esf

uerz

o

OB

ABEd

)(4 OAB

curva

A

AD

Módulo Dinámico

Amortiguamiento

Triaxial Cíclico

O

A


Esf

uerz

o

OB

ABEd

)(4 OAB

curva

A

AD

Módulo Dinámico

Amortiguamiento

O

A


Esf

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o

OB

ABEd

)(4 OAB

curva

A

AD

Módulo Dinámico

Amortiguamiento

Triaxial Cíclico


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Columna Resonante

t

tG

Fijo Fijo

Columna Resonante

t

tG

Fijo FijoFijo


Página 42 de 170

Columna Resonante

Frecuencia

máx

Fre

cuencia

de r

esonancia

f1 f2

máx

rf

ffD

212

fr

Columna Resonante

Frecuencia

máx

Fre

cuencia

de r

esonancia

f1 f2

máx

rf

ffD

212

fr


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Módulo Resiliente de SFG

s1= sd + s3

s3

dpdt

dr

Módulo Resiliente de SFG

s1= sd + s3

s3

dpdt

dr


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COMPORTAMIENTO RESILIENTE DE SUELOS FINO GRANULARES (Artículo de revista EAFIT)

JULIÁN VIDAL VALENCIA

RODRIGO OSORIO MORA

Palabras clave: Módulo resiliente, suelos finogranulares, subrasante, triaxial cíclico Keywords: Resilient modulus, subgrade, triaxial cicly Resumen En el presente trabajo se determinó el módulo resiliente para dos tipos de suelos (CL y MH), útiles como materiales de subrasante. Se ensayaron muestras en estado natural y compactadas, a las cuales se les varió el estado de humedad con el fin de determinar la variabilidad del módulo resiliente y la deformación bajo cargas cíclicas, impartidas por un pistón servo controlado de un equipo triaxial cíclico, empleado comúnmente para este tipo de ensayos. Se aplicó la metodología de ensayo prevista en la norma del Instituto de Vías INV E 156 y en ocasiones se trabajo con esfuerzos de confinamiento de cero para conocer la respuesta del suelo en un estado crítico. Se realizaron también ensayos para determinar las propiedades físicas y mecánicas estáticas. En estas últimas se verificó lo colapsable del suelo, haciendo un ensayo de compresión simple en estado de humedad natural y otro con la muestra saturada, encontrando que en el suelo limoso en estado saturado, la resistencia a la compresión fue 10 veces menor. En cuanto al módulo resiliente, se observó que el suelo limoso presenta un alto módulo resiliente y el suelo arcillo un intervalo más amplio de dicho valor, pero en ambos casos se presenta una buena calidad del material como uso de subrasante, sea en estado natural o compactado, con humedad natural o saturado al 100%. Abstract Presently work was determined the resilient modulus for two types of floors (CL and MH) useful as subgrade materials. Samples were rehearsed in natural and compact state to which were varied states of humidity with the purpose of determining the variability the resilient modulus and the deformation under it loads recurrent very commonly imparted by a controlled servo of a equip triaxial recurrent employee for this type of rehearsals. You applies the rehearsal methodology in the norm of the Instituto de Vías INV E 156 and in occasions you work with lateral stress of zero to know the answer of the soils in a critical state. They were also carried out rehearsals to determine the physical properties and


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static mechanics. In these last ones the colapsable of the soil was verified making a rehearsal of simple compression in state of natural humidity and others with the saturated sample, finding that in the soil the resistance to the compression was 10 times minor in the saturated soil. As for the resiliente module it was observed that the soil presents a high module resiliente and the CL a wider interval of this value, but in both cases a good quality of the material is presented as subgrade use, be in natural state or compacted, with natural humidity or saturated to 100%. Introducción El diseño de pavimentos por métodos empírico mecanistas involucra parámetros que de alguna manera afectan el dimensionamiento de las capas de la estructura del pavimento, dentro de los cuales cabe destacar: el medio ambiente (temperatura, precipitación y humedad), espectros de carga y propiedades mecánicas de los materiales bajo solicitaciones dinámicas y cíclicas, tal como se trabaja en la guía de diseño AASHTO 2002 y en el CSIR de Sur África, entre otros. Relacionar las propiedades mecánicas, tales como el módulo dinámico y la relación de Poisson en un método de diseño, origina un aporte hacia la objetividad del diseño, la economía y la durabilidad. Un efecto que es claro ante este hecho es: un material con mayor módulo dinámico y menor relación de Poisson, representa un menor espesor de capa. Algunos métodos tradicionales han empleado las propiedades mecánicas sólo con fines de control de calidad, se especifica que un material debe tener un valor mayor o igual, pero dicho valor no se involucra en el algoritmo de diseño. La determinación de dichas propiedades dinámicas de los materiales, requiere de equipos que logren simular las cargas de los vehículos, lo que los hace muy costosos; más aún, podríamos pensar en realizar ensayos a escala real, para lo cual se utilizan las pistas de pruebas o vehículos simuladores, los cuales tienen un alto costo. En el presente trabajo se determina el módulo resiliente de suelos finogranulares presentes en el Valle de aburra, sobre los cuales se han previsto obras de importancia aún sin ejecutar y se hace un pequeño tratado sobre esta propiedad. Obedece entonces a la ingeniería acoger las nuevas metodologías de diseño en pro de un beneficio para las obras de infraestructura, como los pavimentos.


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1. CONCEPTUALIZACIÓN 1.1 Las cargas Las cargas que imparten los vehículos sobre las estructura de un pavimento, deben llegar a la subrasante, minimizadas de acuerdo con la capacidad estructural que esta tenga. Las cargas de los vehículos son de tipo dinámico y cíclico, además varían en intensidad, frecuencia y duración. La complejidad de éstas generan un estado de esfuerzos en un punto del suelo de subrasante de gran interés, al estar el vehículo en movimiento, tal como se representa en la Figura 1. Para el caso de la rueda en posición a la derecha, los esfuerzos cortantes son diferentes de cero y, en sentido contrario, al caso de la rueda en posición a la izquierda, los esfuerzos verticales y horizontales en ambos casos son menores en la situación en que la rueda está encima del punto A, donde los esfuerzos verticales y horizontales son máximos y los cortantes son cero.

Figura 1: Estado de esfuerzos en la subrasante originados por una carga en movimiento

Durante este proceso de carga, el suelo presenta una deformación total equivalente a la carga soportada, una deformación permanente y una recuperada;

esta última expresada unitariamente (r), se utiliza en la determinación del módulo

t

t t

s

V

s

V

s

h

s

h

s

V

s

V

s

V

s

V

s

h

s

h

s

h

s

h

t


A


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resiliente en pruebas de laboratorio al relacionarla con el esfuerzo desviador (sd), tal como se presenta en la ecuación 1.

r

d

rM

s (1)

1.2 Modelos empleados 1.2.1 Modelo Bilineal Este modelo fue desarrollado por Thompson y Robnett en 1976, quienes proponen la siguiente relación constitutiva expresada en las ecuaciones 2 y 3.

(3) cuando ,

(2) cuando ,

43

21

dtdd

dtdd

KKMr

KKMr

sss

sss

En la Figura 2 se detalla el modelo.

Mr

K3

1

K2

1

K1 sd

Figura 2: Modelo bilineal propuesto por Thompson y Robnett

K1, K2, K3 y K4 dependen del tipo de suelo y su estado geomecánico. K1 y K2 corresponden a la abscisa y la ordenada del punto de intersección de las rectas que configuran el punto de quiebre. K3 y K4 corresponden a las pendientes de cada una de las líneas rectas que constituyen el modelo.

K4


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En el año 1979, se recomendó emplear el modelo que se expresa en las ecuaciones 4 y 5.

(5) para ),(

(4) para ),(

1142

1132

dd

dd

KKKKMr

KKKKMr

ss

ss

1.2.2 Modelo de Energía (Power Model)

Este modelo se expresa mediante la ecuación 6

(6) n

dKMR s

En donde K y n son parámetros dependientes del tipo de suelo y del estado físico (n es usualmente negativo). Moossazadeh y Witczak (1981) adoptaron este modelo y obtuvieron buenos resultados en tres suelos finogranulares de San Diego, Illinois y Maryland; con un rango de K = 0 hasta K = 200 y n = -1.0 hasta n = 0, para el módulo resiliente (ksi) y el esfuerzo desviador (psi). Pezo et al. (1991) utilizaron este modelo y obtuvieron un rango de K = 6000 hasta K = 55000 y n = -0.34 hasta n = -0.04 para suelos de Austin, para el Modulo Resiliente (psi) y el esfuerzo desviador (psi). Además, Brown et al. (1975) y Brown (1979) propusieron un modelo similar, pero

considerando el esfuerzo efectivo de confinamiento (s’3) para suelos saturados

sobreconsolidados, tal como se presenta en la ecuación 7:

(7) d

dnKMr

s

s

2. Equipo Se empleó un triaxial cíclico capaz de aplicar cargas servocontroladas de tipo sinusoidal media, con duración de carga, tiempo de relajación, número de ciclos, presión de confinamiento y esfuerzos desviadores definidos por el usuario o por medio de plantillas predefinidas. Este equipo está dotado de instrumentación eléctrica para deformación, carga y presión de confinamiento. En la foto 1 se presenta una imagen del equipo utilizado y en la tabla 1, una de las secuencias utilizadas.


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Foto 1: Equipo triaxial Cíclico GCTS

Combinación

de esfuerzos

Presión de

confinamiento

(kPa)

Esfuerzo Desviador Nominal

(kPa)

Aplicación

carga por

secuencia

Adecuación 41,4 27,6 500-1000

Primera 41,4 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9 100

Segunda 27,6 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9 100

Tercera 13,8 13,8 27,6 41,4 55,2 68,9 100

Tabla 1: Secuencia INV E 156-07

3. Muestras de ensayo Se eligieron dos puntos para el estudio del Valle de Aburra, donde hay previstas obras de importancia aún sin ejecutar. Se tomaron muestras de tipo inalterado y alterado. Las inalteradas se ensayaron en condiciones de humedad natural y algunas al 100% de saturación. Las muestras alteradas se utilizaron para elaborar curvas de compactación y cada punto útil de la curva se utilizó para realizar el ensayo de módulo resiliente. En la tablas 2 y 3 se presentan los resultados de ensayo de propiedades físicas y mecánicas de los suelos ensayados.


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Clasificación CBR Expansión qu Arena Limo Arcilla

USCS AASHTO Natural Saturado Total (%) kgf/cm² % % %

MH 21 11 0.2

MH 11 6 1.1

MH 28 2 0.5

MH A-7-5 43 31 0.4 6.7 3.4 63.2 33.4

MH A-7-5 34 20 1.6 10.5 13.5 48.5 38

CL 5 7 0.3

CL A-7-6 8 5 0.3 0.8 23.5 48 28.6

Tabla 2: Propiedades de los suelos utilizados

4. Resultados 4.1 Factores que afectan el módulo resiliente Se presentan los factores como una fase de los resultados, pues algunos de estos fueron comprobados en el laboratorio. 4.1.1 Número de repeticiones de carga En las figuras 3 y 4 se presenta el cambio de la deformación y el módulo resiliente respecto al número de ciclos de carga. 4.1.2 Esfuerzo desviador Durante el ensayo, a medida que se incrementa el esfuerzo desviador, el módulo resiliente decrece rápidamente, sin embargo la variación no es muy considerable a valores iguales o mayores a 40 kPa. Para nuestro caso, se evidencia en los ensayos realizados que dicho valor es del orden de los 25 kPa. Se presenta en la figura 5 un ensayo realizado sobre una muestra inalterada de suelo limoso.


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Muestra Descripción Localización Gs S Tipo

(%) (%) (kN/m³) Muestra

A14M5 Arcilla gris Cl30 con 73 2.66 17.7 88.7 17.07 Inalterada


A28M4 Arcilla gris Cl30 con AGA 2.73 26.2 100.0 15.62 Inalterada


A33M4 Arcilla gris Cl30 con 54A 2.65 27.1 97.1 14.94 Inalterada


ROM6 Lodo Arcilloso Centro La Moda * * * 12.55 Inalterada

643 Mr 1 Limo Loma Bernal 2.69 25.9 97.7 19.37 Inalterada



1 Limo Loma Bernal 2.69 19.6 76.4 15.63 P.

Modificado


Modificado


Modificado


Modificado


Modificado

6 Arcilla gris Centro La Moda 2.56 17.1 75.2 15.86 P.

Modificado


Modificado


Modificado


Modificado

10 Limo Loma Bernal 2.69 18.3 62.7 1.51 Inalterada







17 Limo Loma Bernal 2.69 24.6 85.1 14.84 Inalterada Tabla 3: Propiedades de los suelos utilizados


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Suelo: Limo Arenoso

Muestra inalterada

Peso unitario húmedo = 20.2 kN/m3

Peso unitario seco = 17.9 kN/m3

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

0.003

0.0035

0.004

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Número de ciclos

De

form

ació

n u

nit

ari

a (

mm

/mm

)

Def unit resiliente

Def unit permanente

Def unit total

Figura 3

Figura 4

L im o d e l S to ck d e las E stan c ias

E sfu erzo d esv iad o r = 27 kP a P res ió n d e cám ara = 41 ,4 kP a

H u m ed ad = 35% P eso u n ita rio seco = 13 kN /m 3

G rad o d e sa tu ració n = 91 ,4 %

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

0 5000 10000 15000 20000

C ic lo s

MR

(M

Pa

)


Página 53 de 173

80000

90000

100000

110000

120000

130000

140000

150000

160000

170000

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0

Esfuerzo Desviador (kPa)

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

(kP

a)

41,4 kPa

27,6 kPa

13,8 kPa

Figura 5

4.1.3 Grado de saturación

En la mecánica de suelos se ha demostrado ampliamente que ensayos realizados

sobre muestras de suelos inalteradas y compactadas en estado de humedad

natural y sometidas a saturación, el valor de la resistencia al corte es mucho

menor en las muestras saturadas. En la Figura 6 se presenta la variación del

módulo resiliente al aumentar el grado de saturación.


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Efecto de la Saturación en el Mr

Mr = 4000000sd-0.9058

Mr = 2000000sd-0.9194

10000

100000

1000000

10 100

Esfuerzo Desviador (kPa)

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

(k

Pa

)

S = 76.4% S = 99.7%

Figura 6

4.1.4 Peso unitario

En la medida que crece el peso unitario de los suelos, el módulo resiliente aumenta, debido a que la compresibilidad disminuye con el crecimiento del peso unitario, y la rigidez aumenta. Lo anterior hace evidente que suelos más rígidos tengan Mr altos, pues en estos la deformación permanente es baja y por ende la deformación resiliente también. Cuando se estudia el efecto del peso unitario seco, se debe tener presente el comportamiento por efecto de la humedad. En la Figura 7 se presentan el resultado sobre una muestra compactada con la energía Proctor Modificado, sobre un limo.


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Suerlo: Arcilla (CL)

10000

100000

1000000

10 100

Esfuerzo desviador (kPa)

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

(kP

a)

15.49 kN/m³ 15.81 kN/m³ 15.70 kN/m³ 14.47 kN/m³

Figura 7

4.1.5 Presión de confinamiento

Es de esperarse que presiones de confinamiento altas arrojen valores de módulo

resiliente altos. En los ensayos de laboratorio ese fenómeno no se presenta de

forma evidente para los esfuerzos de confinamiento sugeridos por las normas, más

aún en el caso de esfuerzos desviadores altos, donde el Mr tiende a dar muy

parecido para los diferentes esfuerzos de confinamiento. En la Figura 8 se presenta

un ensayo realizado a un suelo limoso.


Página 56 de 173

Figura 8

Figura 8

6.2 Módulo resiliente y algunas propiedades importantes 6.2.1 Módulo resiliente de muestras inalteradas, compactadas y modelos aplicados En la tabla 4 se presentan los resultados obtenidos en el modelo bilineal y el de Power Model, al igual que en las tablas 4 y 5 para muestras compactadas. Se incluyó además en estas tablas una relación tipo Power Model para el caso de la deformación. Para poder comparar los resultados con el modelo original se cambió la notación como se presentan en las ecuaciones 8 y 9.

(9) cuando ,

(8) cuando ,

34

12

dtdd

dtdd

KKMr

KKMr

sss

sss

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 20 40 60 80

Esfuerzo desviador (kgf/cm²)

Mó

du

lo R

es

ilie

nte

(k

gf/

cm

²)

41.4 kPa 27.6 kPa 13.8 kPa 100 kPa


Página 57 de 173

Muestra Mr (kPa) Mr (kPa) s3 K1 (kPa) K2 (kPa) K3 K4 (kPa)

643MR1 30000000*sd-1.4444 975.58*D-0.6066 224785 23.55 49619 3120

41.4 257082 23.50 58569 4029

27.6 209827 23.66 81874 2766

13.8 207446 23.50 8413 2564

643MR2 100000000*sd-1.8752 517.91*D-0.6867 285149 30.89 58145 4310

0.0 194030 30.59 50115 2724

13.8 259297 31.55 56665 3834

27.6 331955 31.04 92151 5217

41.4 355314 30.39 33647 5464

643MR3 20000000*sd-1.0156 3415.2*D-0.5190 495123 30.89 42054 5522

0.0 451055 30.59 55675 4781

13.8 473115 31.55 31825 5110

27.6 527382 31.04 34271 6294

41.4 528938 30.39 46444 5905

1 4000000*sd-0.9058 1413*D-0.5623 200901 20.68 42431 2389

13.8 175250 20.43 20180 1498

27.6 193713 21.04 63456 2384

41.4 233739 20.57 43656 3284

11 1000000*sd-0.5740 6459.6*D-0.3947 187029 24.99 17642 799

13.8 176296 24.96 14659 599

27.6 190212 25.17 20799 874

41.4 194578 24.83 17468 923

11(1) 1000000*sd-0.5346 7150.6*D-0.3825 183410 25.50 15730 663

13.8 163710 26.57 9941 189

27.6 190556 25.22 22870 949

41.4 195965 24.72 14378 850

11(3) 4000000*sd-0.5346 1787.9*D-0.5482 194697 24.75 37423 1064

13.8 183751 24.95 66936 1094

27.6 202224 24.22 29602 1106

41.4 198115 25.07 15732 991

2 3000000*sd-0.8063 2785.2*D-0.4851 198859 25.47 20448 2136

13.8 193975 22.84 17270 1577

27.6 170175 32.15 4003 1677

41.4 232428 21.40 40070 3155

2(1) 877424*sd-0.3104 8910.9*D-0.3935 276970 30.32 21432 724

13.8 286833 30.99 10543 1026

27.6 283010 30.49 7050 822

41.4 261066 29.49 46702 325

2(2) 354737*sd-0.1309 76857*D-0.1216 218756 29.78 2631 256

13.8 215078 30.46 1533 178

27.6 212710 29.39 2842 181

41.4 228480 29.49 3517 407

Tabla 4


Página 58 de 173

Muestra Mr (kPa) Mr (kPa) s3 K1 (kPa) K2 (kPa) K3 K4

(kPa)

3 2000000*sd-0.6743

1438.5*D-0.5642

188454 25.16 17351 1508

13.8 206917 21.98 34090 1954

27.6 195336 21.40 13702 1581

41.4 163109 32.09 4262 991

3(1) 514612*sd-0.3020

22427*D-0.2417

178621 24.88 6305 662

13.8 174321 24.57 5795 526

27.6 166830 24.97 5944 550

41.4 194713 25.10 7176 910

5(4) 286137*sd-0.2588

15333*D-0.2345

110260 19.46 4193 631

13.8 108484 19.20 3906 547

27.6 102854 20.12 4369 492

41.4 119441 19.06 4304 854

7 327629*sd-0.3009

10047*D-0.2962

93875 17.90 15303 472

13.8 81771 17.87 3629 614

27.6 90451 18.42 13881 545

41.4 109404 17.39 28399 259

8 73244*sd-0.0585

102014*D-0.0173

81732 19.53 584 358

13.8 75766 19.12 597 458

27.6 76723 18.49 103 369

41.4 92707 20.98 2245 247

9 96682*sd-0.3454

4970.4*D-0.2594

41756 11.10 2299 586

13.8 45845 11.55 1535 708

27.6 40743 10.40 2564 545

41.4 38679 11.36 2797 505

4(1) 208016*sd-0.0623

96274*D-0.0649

164903 31.34 812 87

13.8 159223 39.59 421 79

27.6 161181 26.92 474 54

41.4 174306 27.51 1543 128

4 273489*sd-0.1459

51209*D-0.1370

161637 26.20 2574 238

13.8 155767 25.56 1648 202

27.6 156504 26.49 2710 200

41.4 172641 26.55 3366 313

5(5) 248889*sd-0.2144

0.2918*D-1.0960

123463 21.29 3013 429

13.8 118064 20.82 3301 328

27.6 126775 20.88 3705 511

41.4 125549 22.16 2033 447

5(6) 162847*sd-0.0956

55928*D-0.0899

119885 23.48 805 236

13.8 114683 24.01 643 115

27.6 119231 23.64 1026 265

41.4 125742 22.79 745 328

Continuación tabla 4


Página 59 de 173

Muestra Mr (kPa) Mr (kPa) s3 K1 (kPa) K2 (kPa) K3 K4 (kPa)

5(7) 354880*sd-0.3013

17201*D-0.2397

128255 21.66 5318 441 13.8 120407 21.61 5504 175

27.6 131658 21.82 4497 550

41.4 132700 21.56 5954 597

7(1) 377407*sd-0.3111

8288.5*D-0.3285

92343 18.80 20478 754 13.8 88575 18.79 10081 799

27.6 90124 18.75 6976 763

41.4 98330 18.87 44378 701

8(1) 172619*sd-0.0800

57175*D-0.0995

110931 23.47 3605 529

13.8 103862 22.39 3690 604

27.6 101430 22.31 4840 637

41.4 127502 25.71 2284 346 8(2) 146110*sd

-0.0518 68018*D

-0.0710 102967 23.91 3028 588

0.0 102967 23.91 3028 588

8(3) 7000000*sd-0.9988

2172*D-0.5262

200429 23.39 59281 1100

0.0 200429 23.39 59281 1100 9(1) 104589*sd

-0.3465 4943.7*D

-0.2677 42726 12.80 2660 502

13.8 43045 13.94 2516 431

27.6 42795 11.23 4354 466

41.4 42338 13.22 1111 609 9(2) 506246*sd

-0.5047 6045.4*D

-0.3381 110412 19.42 5500 1422

13.8 117971 19.82 4894 1120

27.6 107589 19.29 7399 1315

41.4 105677 19.15 4208 1829 9(3) 196524*sd

-0.6707 1176.1*D

-0.4302 35617 9.42 10525 612

13.8 37053 9.28 4912 699

27.6 37967 8.93 22614 698

41.4 31830 10.04 4049 438

9(4) 193370*sd-0.5091

2804.2*D-0.3534

51862 11.41 6191 762

13.8 50820 12.27 2198 696

27.6 58900 11.14 5797 1069

41.4 45867 10.81 10578 519 A22M5 430772*sd

-0.2675 25788*D

-0.2201 168766 27.26 3823 496

13.8 160959 34.34 453

27.6 173636 23.27 7150 576

41.4 171702 24.18 4368 458 A28M4 297991*sd

-0.4308 6328.1*D

-0.3083 79552 19.25 3907 769

13.8 80795 19.47 2020 911

27.6 77311 19.18 5632 711

41.4 80550 19.11 4069 685

ROM6-2 26156*sd-0.1540

9214.6*D-0.0826

15091 30.50 168 25

13.8 15128 30.45 145 29 27.6 15235 30.39 162 27 41.4 14909 30.66 197 18

Continuación tabla 4


Página 60 de 173

K1 (kPa) K2 (kPa) K3 K4

Mínimos 14909 8.9 103 18

Máximos 528938 39.6 92151 6294

Promedio 271924 24 46127 3156 Fin tabla 4

s3

Limo (kPa)

1 4000000*sd-0.9058 1413*D

-0.5623200901 20,68 42431 2389

13,8 175250 20,43 20180 1498

27,6 193713 21,04 63456 2384

41,4 233739 20,57 43656 3284

2 3000000*sd-0.8063 2785.2*D

-0.4851198859 25,47 20448 2136

13,8 193975 22,84 17270 1577

27,6 170175 32,15 4003 1677

41,4 232428 21,40 40070 3155

3 2000000*sd-0.6743 1438.5*D

-0.5642188454 25,16 17351 1508

13,8 206917 21,98 34090 1954

27,6 195336 21,40 13702 1581

41,4 163109 32,09 4262 991

4 273489*sd-0.1459 51209*D

-0.1370161637 26,20 2574 238

13,8 155767 25,56 1648 202

27,6 156504 26,49 2710 200

41,4 172641 26,55 3366 313

5(4) 286137*sd-0.2588 15333*D

-0.2345110260 19,46 4193 631

13,8 108484 19,20 3906 547

27,6 102854 20,12 4369 492

41,4 119441 19,06 4304 854

Mínimos 102854 19,1 1648 200

Máximos 233739 32,2 63456 3284

Promedio 168297 25,6 32552 1742

MUESTRAS COMPACTADAS

K4K2K1 K3

Tabla 5


Página 61 de 173

s3

Arcilla (kPa)

7 327629*sd-0.3009 10047*D

-0.296293875 17.90 15303 -472

13.8 81771 17.87 3629 -614

27.6 90451 18.42 13881 -545

41.4 109404 17.39 28399 -259

8 73244*sd-0.0585 102014*D

-0.017381732 19.53 584 -358

13.8 75766 19.12 597 -458

27.6 76723 18.49 103 -369

41.4 92707 20.98 2245 -247

9 96682*sd-0.3454 4970.4*D

-0.259441756 11.10 2299 586

13.8 45845 11.55 1535 708

27.6 40743 10.40 2564 545

41.4 38679 11.36 2797 505

Mínimos 38679 10 103 -614

Máximos 233739 32 63456 3284

Promedio 136209 21.3 31780 1335

K4

MUESTRAS COMPACTADAS

K2K1 K3

Tabla 6

7. Observaciones

7.1 Se evaluó la repetibilidad del ensayo para los dos tipos de suelos en estudio, desde el punto de vista que la prueba no es destructiva. En la tabla 7 se presentan los resultados obtenidos. Se concluye que no es un ensayo fácil de realizar y que muchos parámetros pueden afectar el resultado.

Prueba

Módulo Resiliente (kPa)

Arcilla Limo-1 Limo-2

1 63576 103348 -

2 73297 118435 62697

3 78633 118585 69704

4 - 130598 50312

Promedio 71835 117742 60904

Desviación Estándar 7634 11160 9820

Coeficiente de variación 10,6 9,5 16,1

Tabla 7


Página 62 de 173

7.2 Se evaluó la repetibilidad del equipo utilizando una muestra sintética de caucho natural y se encontraron los siguientes resultados, los cuales se presentan en la tabla 8

Prueba Mr (promedio) S CV Dispositivo Onda Observaciones

kPa kPa % Medición Deform empleada

NEO1-1 22526 619 2.75 Interno Senosoidal

NEO1-2 22289 235 1.06 Externo Senosoidal

NEO1R1 22690 566 2.49 Interno Senosoidal Repetición

NEO1R2 22256 326 1.46 Externo Senosoidal Repetición

NEO2-1 22059 201 0.91 Interno Triangular

NEO2-2 21953 424 1.93 Externo Triangular

NEO3-1 18152 547 3.01 Interno Senosoidal Periodo largo

NEO3-2 18325 233 1.27 Externo Senosoidal Periodo largo

NEOP1-1 22188 110 0.50 Interno Senosoidal

NEOP1-2 22231 99 0.45 Externo Senosoidal

NEOP1R1 22197 178 0.80 Interno Senosoidal Repetición

NEOP1R2 22358 137 0.61 Externo Senosoidal Repetición

NEOP2-1 21935 160 0.73 Interno Triangular

NEOP2-2 22271 100 0.45 Externo Triangular

NEOP3-1 18068 163 0.90 Interno Senosoidal Periodo largo

NEOP3-2 18472 108 0.58 Externo Senosoidal Periodo largo Tabla 8

8. Conclusiones 8.1 No se recomienda el uso de correlaciones con otras pruebas que midan la capacidad de soporte se los suelos de subrasante, debido a la gran dispersión que generan. Lo más adecuado es que estás sean generadas en una región para el uso en la misma y sin embargo así se encuentran valores alejados de la realidad. 8.2 Para el caso de las muestras compactadas se evidencia el siguiente comportamiento: 8.2.1 Al comparar los resultados de la rama seca y húmeda de la curva de compactación, se evidencia que el módulo resiliente es mayor en la rama seca. 8.2.2 El suelo en la rama húmeda presenta una mayor deformación permanente 8.2.3 Los módulos obtenidos en los suelos ensayados caracterizan a estos como de buena calidad, pues son bastante altos. Al compararlos con los resultados obtenidos por Thompson y Elliot (ver tabla 9), estos estarían en el grupo de los suelos de consistencia muy rígida.


Página 63 de 173

Consistencia

K1

(kPa)

K2

(kPa)

K3 K4 Mrmáximo

(kPa)

Mrmínimo

(kPa)

Muy Blanda 6900 43 1110 0 39000 6900

Blanda 21000 43 1110 178 53000 12600

Media 53000 43 1110 178 85000 32500

Rígida 85000 43 1110 178 117000 52500

Tabla 9: Resultado obtenidos por Thompson y Elliot

8.2.4 En algunos casos se recomienda colocar una capa de mayor rigidez sobre las superficies de carga axial, pues la irregularidad y la falta de axialidad, pueden afectar desfavorablemente el resultado del módulo resiliente 8.3 El comportamiento del módulo resiliente para suelos fino granulares y gruesos granulares en función del esfuerzo desviador es típico. Es de esperarse que el Mr disminuya en los suelos fino granulares a medida que aumentamos el esfuerzo desviador y en el caso de los gruesos granulares se presenta un mejoramiento del suelo. En el caso de suelos mixtos, como el caso de la arcilla (CL) la cual tienen un gran contenido de arena, encontramos que se comporta como un híbrido, pues en un principio el módulo disminuye y posterior aumenta. La ecuación constitutiva de este suelo se debate entre un comportamiento fino granular y uno gruesos granular 8.4 La caracterización dinámica de los materiales empleados en la construcción de carreteras, genera su importancia en la reducción de costos, estructuras durables, y acordes a las solicitaciones reales de los proyectos. 9. Bibliografía

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CAPÍTULO 3: FACTORES QUE AFECTAN LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE

1. Introducción Las capas de la estructura de los pavimentos deben mantener sus propiedades a través del tiempo y bajo las solicitaciones para las que fueron diseñadas. La estabilidad se puede ver afectadas por varios factores, desde los materiales hasta el proceso constructivo, y porque no decirlo las condiciones de trabajo de la estructura. La estabilidad entonces se ha previsto desde el momento que se crean las especificaciones de los materiales y procesos constructivos, pero hay condiciones que no permiten tener condiciones ideales, pero si cercanas o en los límites permitidos, por lo que es importante estudiar o conocer algunos de los parámetros asociados a la estabilidad de las capas de base y subbase granulares no tratadas. 2. Transmisión de cargas La transmisión de la cargas dentro de una material grueso granular, depende del grado fricción entre partículas, la superficie específica de contacto, el acomodamiento, la densidad y otros. La resistencia al corte en las capas de suelos gruesos granulares depende en gran parte del coeficiente de fricción entre partículas y este a su vez del área superficial involucrada en respuesta a una fuerza normal, tal como se muestra en la figura 1. F = N* f(A), donde: F: Fuerza de corte N: Fuerza normal f: Fricción A: Área superficial de contacto

Figura 1

N

f(A)


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Con el fin de explicar la transferencia de cargas podemos hacer un arreglo tal como el que se muestra en la figura 2, que aunque no representan el acomodo natural de las partículas, si permiten explicar el fenómeno. Podemos aplicar una carga a una partícula, que al estar en contacto con otros, transmite la carga dependiendo del área de apoyo, dicha área es difícil de medir, por lo que la omitiremos y deduciremos que la carga aplicada se distribuye en dos partes; sucesivamente ocurrirá de la misma manera, dividiéndose la carga en el número final de partículas.

Figura 2

3. Factores que afectan la estabilidad de loa materiales gruesogranulares 3.1 Contenido de finos El contenido de finos en los materiales de afirmados, subbase y base deben ser controlados, pues estos pueden afectar considerablemente la compactación en cuanto a densidad alcanzada y facilidad del proceso. Los materiales que carecen de finos, son difíciles de compactar aunque logran tener una buena resistencia al corte (ver figura 3). Los materiales con algo de finos, generalmente pocos finos, mejoran la resistencia al corte y facilitan la compactación, aunque en términos generales los rendimientos no son buenos (ver figura 4). Los materiales con contenido óptimo de finos, permiten una adecuada compactación y una buena resistencia al corte (ver figura 5). En los materiales con excesos de finos, la resistencia al corte disminuye, pues los agregados tienden a flotar en una matriz arenosa; la compactación de estos es fácil (ver figura 6).

P

P

P

P/2 P/2

P

P/n P/n P/n


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Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6

3.2 Fracturación Es importante que para el trabajo que desarrollan las capas de subbase y base, exista una trabazón entre las partículas que colaboren en incrementar la resistencia al corte del material. Los materiales utilizados para subbases y bases y en algunas ocasiones los de afirmados, son una mezcla de materiales de depósitos aluviales y materiales triturados, por lo que se acostumbra determinar en porcentaje de la cantidad de partículas con caras fracturadas (una o más) presente en dichos materiales 3.3 Presencia de suelos cohesivos Los suelos cohesivos presentes en materiales para subbases y bases, pueden ser denominados como finos nocivos o finos no deseables, que pueden desestabilizar las capas por la disminución de la resistencia al corte (expansión, flotación, lubricación), esto siempre y cuando la cantidad no sea controlada. Algunas investigaciones en las que realizaron ensayos triaxiales, demostraron que el aumento de la plasticidad puede llevar al aumento de la resistencia al corte, por lo que es importante la presencia de estos en los materiales de dichas capas; eso si, estudiando los efectos posibles. Las especificaciones limitan el contenido por porcentaje en peso de la cantidad del material con tamaño menor a 0.075 mm y los valores de los límites de consistencia. 3.4 Resistencia a la disgregación La disgregación de los materiales pétreos se mide en función del desgaste que estos sufran por la acción de fenómenos físicos (abrasión y trituración) y químicos (desgaste por ataque del sulfatos y otros). Los fenómenos antes mencionados conllevan a la generación de finos dentro del material. Los materiales blandos son los más propensos a la generación de dichos materiales, por lo que las normas y especificaciones limitan los porcentajes de desgaste físico en un orden del 40% y en el caso de desgaste por acciones químicas del orden de un 15%.


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La generación de finos disminuye considerablemente en el tiempo la disminución de la resistencia al corte y puede acarrear otros problemas en las capas de subbase y base.

3.5 Capacidad drenante Generalmente las capas de base y subbase se construyen con características impermeables. El uso de granulometría con distribuciones uniformes o gradaciones abiertas, puede llevar a la migración de material fino de la subrasante; los finos pueden producir una disminución en la fricción y trabazón de las partículas, haciendo que la resistencia al corte disminuya. Lo anterior se puede manejar colocando una capa de material de transición, que puede ser una capa de arena de 10 cm o el uso de un geotextil. 3.6 Material particulado El material particulado o polvo presente o adherido a la superficie de las partículas, puede ser de origen arcilloso, el cual disminuye la fricción entre las partículas.


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PROPIEDADES ADICIONALES DE LAS SUBBASE PARA PAVIMENTOS DE

LOSAS DE CONCRETO

Tamaños (mm)

% p

asa


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Aumento de K por la presencia de subbase granular


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Aumento de K por la presencia de subbase granular estabilizada con cemento


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Aumento de K por la presencia de subbase de suelos-cemento


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Aumento de K por la presencia de subbase de concreto triturado


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Tipo de Estabilización

Requisitos Espesores cm

Suelos-cemento 1. Resistencia a la compresión mínima a 7 días, entre 1,4 MPa a 2,1 MPa

2. Consumo mínimo de cemento en peso igual al 5%

10 – 20

Triturado tratado

con cemento

1. Resistencia a la compresión mínima a 7 días, entre 3,5

MPa a 5,0 MPa


10 – 20

Concreto pobre o rolado

1. Resistencia a la compresión mínima a 7 días, entre 3,0 MPa a 7,0 MPa

2. Relación cemento-agregado entre 1:15 a 1:22

7,5 - 15

Suelos mejorado

con cemento

1. CBR > 3%


10 - 20


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CAPÍTULO 04: CAPAS DE RODADURA – MEZCLAS ASFÁLTICAS

Las mezclas asfálticas se utilizan para la construcción de capas de rodadura las cuales constituyen la parte superior de la estructura de los pavimentos flexibles. Dichas capas siempre están expuestas a la acción directa de la acción del tráfico vehicular y de las acciones del intemperismo, por lo que la calidad de esta es predominante en el comportamiento del pavimento y en la preservación del mismo. 1. Materiales utilizados en la fabricación de las mezclas asfálticas: Una mezcla asfáltica está constituida por materiales pétreos seleccionados y materiales asfálticos adecuados a las necesidades de diseño y del proyecto. Las mezclas asfálticas se pueden fabricar con cementos asfálticos, asfaltos líquidos o emulsiones. Los materiales asfálticos tienen la función de cubrir completamente las partículas de los agregados pétreos y servir como material ligante de las mismas. Se dice que los materiales asfálticos son impermeables, ligantes y cohesivos, que son capaces de resistir esfuerzos instantáneos, pero que fluyen por la acción de cargas permanentes y que disminuyen su consistencia al incrementar la temperatura. Funciones de los materiales asfálticos en la construcción de las estructuras de los pavimentos: Impermeabilizar la superficie de la estructura, evitando la penetración de

la lluvia con el fin de mantener el equilibrio de la estructura en cuanto a humedad se refiere. Actualmente en el mundo se trabaja en el desarrollo y uso de capas de rodadura drenantes y de textura abierta.

Impermeabilizar la masa de determinadas capas de la estructura del pavimento, haciéndolas poco sensibles a la acción del agua, tal es el caso de las capas de bases tratadas con asfalto, las cuales también tienen la función de rigidizar un poco la estructura por debajo de la carpeta asfáltica y permitir emplear un menor espesor de la estructura, encontrando menores deformaciones (pavimento semirígido) y economía

Proveer de cohesión a los materiales pétreos o granulares empleados, dotando la capa de una gran resistencia al desgaste y mecánica, mejorando de forma considerable la capacidad de soporte de la estructura, permitiendo disminuir los espesores.

2. Método para dosificación de mezclas asfálticas Uno de los métodos más utilizados es el método Marshall, el cual se usa para la fabricación de mezclas en caliente.


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Uno de los parámetros más importante en la dosificación es la determinación de las temperaturas de calentamiento de los materiales. Algunos fabricantes del producto asfáltico proveen a sus clientes el valor recomendado de calentamiento del asfalto. La temperatura de calentamiento del asfalto se determina mediante una curva de calibración de temperatura contra viscosidad (ver figura 1), de la cual se determina el intervalo de temperaturas con las cuales se logran viscosidades Saybolt Furol de 75 s a 155 s. La temperatura del agregado debe ser superior a la del asfalto en un orden de 10 ºC a 20 ºC. 3. Proceso del método de diseño: 3.1 Ensayos los materiales pétreos:

Granulometría Límites de consistencia al material que pasa el tamiz Nº 200 Resistencia al desgaste por el ataque de sulfatos Resistencia físico (máquina de los Ángeles) Caras fracturadas Densidad y absorción Índice de alargamiento y aplanamiento

3.2 Ensayos al cemento asfáltico:

Penetración Ductilidad Punto de ablandamiento Pérdida por calentamiento Prueba de la Mancha Prueba de Xileno Punto de Ignición Solubilidad en tricloro etileno o tetracolruo de carbono Peso específico

Figura 1

10

100

1000

100 110 120 130 140 150 160 170 180

Temperatura (0C)

Vis

co

sid

ad

Sa

yb

olt

Fu

rol

(se

gu

nd

os

)


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4. Dosificar lo materiales pétreos: Consiste en la determinación de la distribución granulométrica adecuado a los requerimientos de alguna institución regional, estatal o internacional (Instituto del Asfalto). Cuando se está estudiando la fuente, ya sea para su compra o explotación, este paso es de gran importancia, porque nos permite determinar el verdadero comportamiento que tienen los materiales en el proceso de trituración y la clasificación, además de la verdadera necesidad de la fabricación de otros materiales para obtener la granulometría adecuada.

5. Preparación de las probetas de ensayo Se trabajan con diferentes porcentajes de asfalto, los cuales inician generalmente del 4.5%, hasta el 7.5% en incrementos del 0.5%. Para cada incremento, se deben elaborar 3 probetas estandarizadas de 2.5 pulgadas de altura y diámetro de 4 pulgadas con 1200 g cada una; como las tres probetas corresponden a un mismo porcentaje de asfalto, es costumbre realiza una mezcla de 3600 g más un porcentaje de pérdida del 3% al 5%. En el momento de colocar la mezcla en el molde, realmente, se deben utilizar 1200 g, pues dicho peso garantiza que las probetas tengan una altura muy cercana a 2.5 pulgadas, que es una medida estándar y un parámetro de control inicial de la distribución granulométrica del material pétreo. Si esta altura es considerablemente mayor, quiere decir que se tiene mucho material grueso o que no se ha logrado buen acomodamiento del material, si por el contrario la altura es apreciablemente menor, da un indicativo de mucho finos o pocos grueso, lo que nos lleva a una nueva dosificación de dichos materiales. 6. Compactación de la mezcla Los 1200 g de mezcla asfáltica en caliente se deben compactar dentro del molde a una energía de compactación adecuada al tipo de tráfico vehicular de acuerdo a lo que especifica en la tabla 1:

Tráfico Vehicular Número de golpes por cara

Liviano 35

Mediano 50

Pesado 75

Tabla 1 Nota: Durante el proceso de compactación es importante mantener todos los implementos a la temperatura de compactación. Después de compactadas las probetas, estas se deben extraer pasados 20 minutos con el fin de evitar daños. Luego se deben dejar en reposo 24 horas en un lugar protegido de corrientes de aire, acumulación de polvo y cambios bruscos de temperatura.


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7. Mediciones y ensayos a las probetas 7.1 Medición de la altura de la probeta La altura de la probeta se mide con el fin de realizar correcciones en la dosificación de los materiales pétreos, pero se recomienda sólo hacer un porcentaje de asfalto para este fin. La otra finalidad es la de realizar la corrección al resultado del ensayo de estabilidad por efecto del área superficial lateral involucrada en el ensayo. 7.2 Peso unitario Para la determinación del peso unitario de las probetas, se aplica el principio de Arquímedes, para lo cual se hace necesario parafinar las probetas. Generalmente el peso unitario es del orden de 2.2 g/cm3 a 2.43 g/cm3

7.3 Ensayo de estabilidad La estabilidad de la probeta se define como la carga máxima que resiste la probeta cuando esta se encuentra a una temperatura de 60 ºC.. 7.4 Ensayo de flujo o deformación El flujo define como el valor de la deformación en el momento que sucede la carga máxima a una temperatura de 60 ºC. 8. Cálculos Para los ensayos de peso unitario, estabilidad y flujo, se deben obtener promedios adecuados, razón por la cual se realizan 3 probetas debido a las altas variaciones que ocurren durante le ensayo. Los resultados se pueden registrar en un formato tal como se muestra en la tabla 2


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Tabla 2


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En cuanto a otros parámetros se tienen las siguientes expresiones:

Peso específico promedio de los agregados

n

n

G

P

G

P

G

P

G

PGagr

...

100

3

3

2

2

1

1

Peso específico máximo teórico

Gasf

Asfalto

Gagr

agregGmt

%%

100

Absorción de asfalto

agregGmtGmm

GmtGmmAa

%**

Volumen de los agregados respecto al volumen total de la probeta

unitario peso el es Gb, :Donde

arg

*%

G

GbagregVagr

Volumen de vacíos con aire

100*)1(Gmm

GbVv

Volumen de asfalto efectivo

)(100 VvVagrVae


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Porcentaje de vacíos en los agregados minerales

VagrVam 100

Asfalto efectivo

100

%* agregadosAaAe

9. Resultados

Los resultados del ensayo generalmente se determinan a partir de los

gráficos de comportamiento de los resultados individuales, los cuales deben

ser complementados con toda la información obtenida de los materiales y de

la mezcla como tal. Se debe expresar un resultado final en términos de una

fórmula de trabajo que le permita al fabricante aplicarla en la planta.

Se deben realizar los siguientes gráficos:

9.1 Gráficos % de asfalto vs Densidad o peso unitario

2.300

2.320

2.340

2.360

2.380

2.400

2.420

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

% Asfalto

De

nsid

ad

(g/c

m3)


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% de asfalto vs Estabilidad

% de asfalto vs flujo

600

700

800

900

1000

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

% Asfalto

Es

tab

ilid

ad

(K

gf)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

% Asfalto

% V

ac

ios

de

Mezcla

To

tal


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% de asfalto vs Vacíos en los agregados

% de asfalto vs porcentaje de vacío lleno con asfalto

17.0

17.5

18.0

18.5

19.0

19.5

20.0

20.5

21.0

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

% Asfalto

% V

ac

ios

en

el A

gre

ga

do

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

% Asfalto

% V

ac

ios

Lle

no

s d

e A

sfa

lto


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9.3 Determinación del porcentaje óptimo de asfalto Para determinar el porcentaje óptimo de asfalto para la fabricación de la mezcla, se debe hacer uso de las especificaciones nacionales o internacionales. El instituto del asfalto recomienda los siguientes valores:

Criterios

Transito Liviano

Transito Mediano Transito Pesado

35 golpes 50 golpes 75 golpes

Min Max Min Max Min Max

Estabilidad (N) 3336 5338 8006

Estabilidad (lb) 750 1200 1800

Flujo (mm) 2 4.5 2 4 2 3.5

Flujo (0.01 pulg) 8 18 8 16 8 14

Porcentaje de vacíos 3 5 3 5 3 5

%vacíos llenos de asfalto 70 80 65 78 65 75

%vacíos en agregados Ver la siguiente tabla

Porcentaje de vacíos en los agregados minerales

Tamaño máximo VMA mínimo

Vacíos de diseño

mm ASTM 3.0 4.0 5.0

1.18 # 16 21.5 22.5 23.5

2.36 # 8 19.0 20.0 21.0

4.75 # 4 16.0 17.0 18.0

9.5 3/8" 14.0 15.0 16.0

12.5 1/2" 13.0 14.0 15.0

19.0 3/4" 12.0 13.0 14.0

25 1" 11.0 12.0 13.0

37.5 1.5" 10.0 11.0 12.0

50 2" 9.5 10.5 11.5

63 2.5" 9.0 10.0 11.0


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La forma de utilización de los valores de las especificaciones se puede realizar

de dos maneras:

Se trazan sobre las gráficas los valores especificados y se encuentra el

intervalo de porcentaje de cemento asfáltico que satisface dicho

requerimiento. De igual manera se hace para todas las gráficas. Se toma

ahora los valores de la izquierda de todos los intervalos y se selecciona el

mayor, luego se toman todos los valores de la derecha del intervalo y se

selecciona el menor. Con lo anterior se conforma un intervalo en el cual

cualquier valor contenido en este debe satisfacer los requerimientos.

Se toma el valor máximo o promedio de cada gráfica, según la

característica de la misma y luego se promedian los valores. Con el

promedio se ingresa nuevamente a las gráficas y se determina el valor de

la propiedad y se compara con la especificación.

10. Causas y efectos en las mezclas asfálticas 10.1 Baja estabilidad

CAUSA EFECTO

Exceso asfalto Exudación

Ahuellamiento

Exceso de arena

Consistencia blanda durante la

compactación y por algún tiempo

de servicio.

Dificultad durante la compactación

Agregado de partículas redondeadas,

escasa o ninguna cara fracturada

Ahuellamiento

Canalización


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10.2 Baja resistencia a la fatiga

CAUSA EFECTO

Bajo contenido de asfalto Agrietamiento por fatiga

Alto contenido de vacíos durante el

diseño de la mezcla

Envejecimiento prematuro del

asfalto

Posterior agrietamiento por fatiga

Agregado de partículas redondeadas,

escasa o ninguna cara fracturada

Envejecimiento del asfalto seguido

por el agrietamiento por fatiga

10.3 Baja resistencia al deslizamiento

CAUSA EFECTO

Agregado con tendencia a

pulimentarse Baja resistencia al deslizamiento

Exceso de asfalto Exudación

Baja resistencia al deslizamiento

Agregado de textura lisa, o mal

gradado

Pavimento pulimentable

Ocurrencia potencial de

hidroplaneo

10.4 Mezclas muy permeables

CAUSA EFECTO

Bajo contenido de ligante

La película delgada del ligante será la

causa de envejecimiento prematuro y

disgregación

Alto contenido de vacíos durante el

diseño de la mezcla

El agua y el oxigeno penetran en el

pavimento y causan oxidación y

desintegración

Deficiencia en la compactación

Alto contenido de vacíos, permitiendo

la infiltración del agua y disminución

de la estabilidad


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10.5 Mala trabajabilidad

CAUSA EFECTO

Sobre tamaños Superficie rugosa

Mezcla difícil de colocar

Baja temperatura de mezclado

Mal recubrimiento de las partículas

Poca durabilidad

Superficie rugosa

Dificultad en la compactación

Alto contenido de arena

Desplazamiento de la mezcla

durante la compactación

Mezcla blanda después de

compactada

Exceso de agregado grueso Mezcal difícil de compactar

Bajo contenido de llenante mineral o

filler

Mezcla blanda

Baja permeabilidad

Alto contenido de filler Mezcla seca y de difícil manejo

Baja durabilidad

10.6 Baja durabilidad

CAUSA EFECTO

Bajo contenido de ligante Disgregación o resequedad

Altos contenidos de vacíos por un mal

diseño o por falta de compactación in

situ

Envejecimiento prematuro de la

película de ligante, seguido por

agrietamiento y/o disgregación

Agregados de alta susceptibilidad al

agua

Descubrimiento del agregado

Tendencia a la disgregación


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11. Ensayos a los materiales

La determinación de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales son

el primer parámetro importante en la selección, aceptación, adecuación y uso

de los mismos.

11. Ensayos a los agregados minerales

11.1 Granulometría

Consisten en separar por tamices estandarizados los diferentes tamaños de

los granos presentes en una masa de suelos grueso granular y representarlos

gráficamente en función del porcentaje que pasa cada uno de los tamices.

Mediante el uso de la gráfica se puede determinar si el material es bien

gradado o uniforme, al aplicar las siguientes relaciones:

Coeficiente de uniformidad: Determina la forma de la curva y debe ser mayor

de 4 para materiales tipo grava y mayor de 6 para arenas

10

60

D

DCu

Coeficiente de curvatura: Determina la extensión de la curva y su valor debe estar entre 1 y 3 para arenas y gravas

6010

2

30

* DD

DCc

Si un material cumple con lo especificado para Cu y Cc, se dice que es bien gradado, de lo contrario es uniforme.


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11.2 Límites de consistencia para la porción de suelos fino granular

Mediante este ensayo se determina el tipo de suelo fino granular que se tiene

y la plasticidad existente en el mismo.

Los límites de consistencia corresponden al límite líquido (LL) y al límite

plástico (LP), de cuya diferencia se determina el índice de plasticidad (IP) del

suelo.

LPLLIP

Los materiales fino granulares que se utilizan deben ser de tipo no-plásticos

(NP).

11.3 Resistencia al desgaste por el ataque de sulfatos

Los sulfatos solubles en agua o algo solubles, atacan a los agregados cuando

cubren parte de la superficie o están en los poros, en el momento que

forman cristales que generan esfuerzos que pueden llegar a dividir una

partícula en dos o más fracciones o simplemente disgregar la superficie del

agregado.

Generalmente dichos sulfatos pueden estar contenidos en los agregados

minerales y en el agua lluvia o de escorrentía.

El máximo valor permitido por el desgaste sufrido por el ataque de un sulfato

de sodio es de 12% y el de u sulfato de magnesio es de 15%.

11.4 Resistencia físico (máquina de los Ángeles)

Este ensayo se hace con el fin de conocer la pérdida de material y la

alteración del mismo por la acción mecánica de los procesos constructivos de

la mezcal y de la carpeta asfáltica.


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Dicho ensayo se realiza en la máquina de los Ángeles, la cual consiste en un

tambor metálico que contiene varias esferas de acero y que rota con el

material, logrando desgastar el material por impacto, fricción y choque.

El valor máximo permitido es del orden de 40%

11.5 Caras fracturadas

Los agregados que componen el material para la mezcla asfáltica debes

corresponder a una mezcla de materiales triturados y materiales aluviales, de

ahí que los materiales provenientes de la trituración de depósitos aluviales

tengan un buen desarrollo en las mezclas asfálticas.

El hecho de tener caras fracturadas, genera mayor adherencia entre el asfalto

y el agregado y se mejora la resistencia mecánica por la ocurrencia de la

fricción.

Algunas normas manifiestan que le porcentaje de caras fracturas debe ser

mayor al 70%

11.6 Densidad y absorción

Los valores de densidad y absorción son útiles para los cálculos del diseño

Marshall.

Agregados con altos porcentajes de absorción generan mayor porcentaje de

asfalto en el diseño.

11.7 Índice de alargamiento y aplanamiento

Estos índices también se denominan índices de forma.

Las partículas alargadas y alargadas tienen incidencia en el acomodamiento

de los materiales, la permeabilidad, la resistencia mecánica y la estabilidad

(referida a mantener las condiciones iniciales) de la capa.

El máximo valor permitido de estás partículas es de 30%


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12. Ensayos al cemento asfáltico:

12.1 Penetración

Este ensayo consiste en penetrar una muestra de cemento asfáltico que se

encuentra en un recipiente normalizado de 5 cm de diámetro y 3.5 cm de

altura, a una temperatura de 25 ºC, con una aguja de un diámetro de 1 mm,

un peso de 100 g durante un periodo de 5 segundos.

La penetración es una medida indirecta de la consistencia del material, por lo

que decimos: a mayor penetración menor consistencia del material.

Este ensayo se utiliza con el fin de clasificar los cementos asfálticos y con el

propósito de aceptar o rechazar un material por no cumplir con la

especificación del pedido de la planta de mezclas.

Según este ensayo los cementos asfálticos (Asphalt Cement -AC) se clasifica

en:

AC 40 - 50

AC 60 - 70

AC 85 - 100

AC 120 - 150

AC 200 - 300

El número que acompaña a la sigla AC, corresponde al intervalo de

penetración en décimas de milímetro para las condiciones especificadas

anteriormente.

12.2 Ductilidad

El ensayo de ductilidad consiste en someter una muestra en forma de ocho,

la cual tiene un estrechamiento de 1 cm, a una elongación de 5 cm por

minuto en un medio continuo (agua) controlado a una temperatura de 25 ºC

hasta que el cemento asfáltico rompa. El valor de la ductilidad corresponde a

la longitud a la cual ocurrió el rompimiento.


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Las especificaciones colocan una valor mínimo de 100 cm de elongación para

aceptar el material.

El valor de la ductilidad es un indicativo de la disposición del cemento

asfáltico en cuanto a la afinidad con el agregado, en otros términos: a mayor

ductilidad mayor afinidad con el agregado o mayor adherencia. De todas

maneras esta definición es una generalidad, pues los asfaltos presentan un

comportamiento no Newtoniano, por lo que la variación de sus propiedades al

incrementar la temperatura o por acción de la misma son algo impredecibles.

12.3 Punto de ablandamiento

Mediante este ensayo se determina la temperatura a la cual un cemento

asfáltico se reblandece o ablanda. Se dice que, a menor temperatura de

ablandamiento existe la posibilidad de que el asfalto sea más susceptible a

los cambios de temperatura, lo que podría indicar que a pequeños cambios

de temperatura o mejor incrementos, las propiedades del cemento asfáltico

cambian apreciablemente.

El uso del resultado de este ensayo y del ensayo de penetración, nos permite

conocer el índice de penetración IP, con el cual podemos determinar que tan

susceptible es un cemento asfáltico a los cambios de temperatura. Dicho

índice se puede determinar de acuerdo a la siguiente expresión:

125

)/800log(*50

25

)/800log(*50*1020

25

25

pa

pa

T

P

T

P

IP

Donde:

P25: Penetración en décimas de milímetro a una temperatura de 25 ºC.

Tpa: Temperatura del ensayo de punto de ablandamiento

En Colombia el índice de penetración especificado es del orden de menos uno

a uno (-1 a 1), en otros países de menos dos a dos (-2 a 2). Los valores

negativos indican susceptibilidad térmica.


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12.4 Pérdida por calentamiento

Este ensayo consiste en someter una muestra de cemento asfáltico a una

temperatura de 163 ºC durante un periodo de 5 horas en un horno con el fin

de conocer la pérdida de solventes. La pérdida debe ser menor del 1.0%.

Cementos asfálticos con pérdida mayores ganan consistencia y pueden

perjudicar la durabilidad de la mezcla.

12.5 Prueba de la Mancha

Este ensayo se realiza con el fin de determinar si un cemento asfáltico ha

sufrido el proceso de cracking (altas temperaturas y altas presiones).

El ensayo consiste en lograr disolver 2 gramos del cemento asfáltico en 10.3

cm3 de Heptano normal, luego colocar una gota de dicha solución en un

papel filtro cualitativo. Cuando la gota presenta un núcleo intenso de color

negro, se dice que el resultado es positivo (el cemento asfáltico sufrió el

proceso de cracking) o si la gota es totalmente homogénea y de color café,

se dice que el resultado es negativo (el cemento asfáltico no sufrió el proceso

de cracking).

Generalmente todos los asfaltos sufren dicho proceso, pero en algunos casos

es más severo, lo que llega a perjudicar el comportamiento y durabilidad de

la mezcla asfáltica


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12.6 Prueba de Xileno

Este ensayo es complementario al de la prueba de la mancha, pues es la

manera cuantitativa de determinar que tanto sufrió el proceso de Cracking el

asfalto.

El ensayo consiste en agregar porciones de xileno y heptano normal al

cemento asfáltico, pero conservando el volumen de 10.3 cm3. Se logra la

nueva disolución y se coloca una gota de esta en el papel filtro y se evalúa de

acuerdo a los parámetros del ensayo de la mancha.

Al agregar xileno el núcleo negro de la gota va desapareciendo, por lo que se

debe adicionar cuanto porcentaje de xileno sean necesarios hasta lograr que

el núcleo desaparezca. Una adición total mayor de 30% respecto al volumen

de 10.3 cm3, hace que se rechace el asfalto.

12.7 Punto de Ignición

En este ensayo se determinan dos valores de temperatura:

Temperatura de punto de inflamación: Es la temperatura por encima de la

cual el cemento asfáltico presenta peligro de quemarse.

Temperatura de ignición: Es la temperatura a la cual o por encima de la

cual el asfalto se quema

Este ensayo se hace por razones de seguridad, generalmente en el caso del

suministro, pues algunos proveedores utilizan los mismo vehículos para

distribuir solventes y luego el asfalto, por lo que este se puede contaminar y

dichos solventes libres pueden ocasionar un accidente en el cual la planta

puede quemarse.


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13. Control de calidad a la carpeta asfáltica

13.1 Control de calidad en la planta de mezclas

Durante el proceso de fabricación de la carpeta asfáltica en caliente, se debe

tener un control adecuado de las temperaturas de calentamiento de los

agregados pétreos, del asfalto y la del proceso de mezclado.

Cuando la muestra sale del proceso de mezclado, se debe tomar una muestra

para el laboratorio para realizar los siguientes ensayos en el laboratorio de la

planta de mezclas.

Contenido de asfalto

Granulometría de material pétreo

Estabilidad y flujo

Peso unitario

Los resultados de estos ensayos se deben comparar con los valores

especificados en la fórmula de trabajo para realizar los ajustes necesarios.

13.2 Control de calidad en la obra

13.2.1 Antes de la colocación y compactación

En el momento del arribo de la mezcla, se debe verificar la temperatura, pues

esta no debe ser menor de 120 ºC o mayor de 185 ºC. También es

importante verificar dicho valor con el recomendado para la compactación,

pues si la temperatura es menor la mezcla no se puede aceptar.

Las mezclas con temperaturas mayores a 185 ºC, son mezclas quemadas, en

las cuales el asfalto puede haber sufrido un proceso de cracking, lo que hace

menos durable la mezcla asfáltica.


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Después de verificar las temperaturas y haber aceptado la mezcla, se debe

tomar una muestra representativa para enviar al laboratorio para realizar los

siguientes ensayos, los cuales se deben comparar con la fórmula de trabajo

que empleo el fabricante de la mezcla.

Algunos parámetros a tener en cuenta al recibir la mezcla El momento del recibo de la mezcla en la obra es primordial en los buenos resultados del proceso constructivo (colocación y compactación) y la evolución que tendrá la mezcla a las solicitaciones del tráfico y los agentes del intemperismo. Algunos aspectos a tener en cuenta son:

Presencia de humo azul Este puede ser un indicativo que la mezcla ha sido sobre calentada, por lo que se debe medir la temperatura de inmediato y registrarla. Temperaturas mayores a 185 ºC no son aceptables en las mezclas (algunas especificaciones dicen que este valor debe ser 163 ºC). Cuando estas se aproximan a ese valor, también nos da un indicativo del sobre calentamiento.

Apariencia dura La apariencia dura de la mezcla puede ser que esta se encuentra por debajo de las temperaturas mínimas especificadas de recibo (110 ºC a 120 ºC). Si esta mezcla se encuentra dentro de los rangos de colocación se deben realizar las labores necesarias para corregir el valor de temperatura y no rechazar la mezcla.

Asentamiento La forma como se deposita la mezcal en el camión o en un lugar de acopio, es de forma de cono invertido. Si la mezcla se ve plana, esto puede ser un indicativo de exceso de asfalto o humedad en la mezcla debido a mala protección de la misma en su almacenamiento o transporte. La protección de las mezclas se puede hacer colocando una lona impermeable, la cual contrarresta la acción del viento, agua y polvo.


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Apariencia opaca y magra (seca) Las mezclas con poco contenido de asfalto o alta presencia de agregado grueso, tienen una apariencia opaca y seca. En el caso de falta de asfalto es indeseable pues evidencia la falta de recubrimiento de los agregados, lo cual conllevará a la mezcla a un envejecimiento temprano. Si el estado es seco, el proceso de compactación será dificultoso. Otro causal de mezclas seca o con presencia de poco asfalto, es el exceso del llenante mineral. Vapor El vapor puede ser el resultado del exceso de humedad de la mezcla, que por las temperaturas elevadas de la misma, el agua se evapora. Las mezclas muy húmedas dan la impresión de tener exceso de asfalto.

Segregación Este fenómeno se identifica por la presencia de material grueso en cantidad apreciable en pie del acopio. Se puede dar por dos razones, exceso de agregado grueso o mala homogeneización. Cuando se refiere a esta última, el proceso es reversible, lo que indica que esta se puede remezclar y evitar que llegue en ese estado al distribuidor de la carpeta. Si fuese por alto contenido de agregado grueso y esto se detecta a tiempo, la mezcla se debe rechazar, si no es posible detectarla a tiempo, el proceso de compactación es difícil y los resultados serían no deseados.

Contaminación Las mezclas asfáltica en cualquier lugar del proceso de construcción, se pueden contaminar con elementos extraños (papel, trapos, solventes y otros). Si dicha contaminación no es extensa, existe la posibilidad de corregirla, en caso contrario, la mezcla se debe rechazar.

Exudación La exudación generalmente es ocasionada por la dilución del asfalto, la cual a su vez se da por la contaminación del mismo de solventes que se utilizan en el lavado del tanque que transporta el asfalto o cuando este se ha utilizado


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en el transporte de materiales diferentes al asfalto. Este tipo de mezclas deben ser rechazadas de inmediato.

13.2.2 Después de la compactación

Después de compactada la muestra, se debe realiza un control sobre le

proceso constructivo, para lo cual se acostumbra a realizar ensayo de

densidad de campo (peso unitario de campo) mediante la extracción de

núcleos o equipos densímetros nucleares.

El valor obtenido de peso unitario se debe comparar con el de la fórmula de

trabajo o el suministrado por el fabricante, con el fin de establecer el grado

de compactación logrado. Dicho valor del grado de compactación no debe ser

menor del 96%.

Cuando el valor del grado de compactación es menor, se puede realizar una

recompactación dentro de las 24 horas siguientes, siempre y cuando se

tengan las condiciones climáticas adecuadas, un día soleado sería ideal. Si lo

anterior no es posible se debe pensar en el reforzamiento de la carpeta

asfáltica.

Algunos parámetros a tener en cuenta en el proceso de compactación

El control de la temperatura de la mezcla generalmente se revisa en cada camión, cuando esta llega a la obra. Es de gran importancia continuar este control durante el proceso de colocación de la mezcla detrás de la “Finisher” o pavimentador, con el fin de comprobar las temperaturas adecuadas de la colocación.

La temperatura para la compactación debe ser del orden de 85 ºC a 163 ºC (especificado por Instituto del Asfalto de USA).

Las mezclas a temperaturas de 85 ºC permiten aun densificación. Las capas gruesas permiten obtener mejor densificación, esto debido a

que permiten conservar por más tiempo el calor de la mezcla.


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CAPÍTUO 05: DAÑOS Y DETERIORO EN LOS PAVIMENTOS 1. Introducción Los pavimentos flexibles se construyen con varias finalidades, tales como: vía de comunicación, resistencia a las solicitaciones de cargas, durable, cómodo, seguro y otras más. Se espera que éstas tengan al menos una duración cercana al período de diseño del pavimento o al período de análisis del mismo. Inmediatamente después de terminada la construcción del pavimento y con la seguridad de haber empleado materiales adecuados y un proceso constructivo controlado, tenemos la certeza que el nivel de servicio del pavimento es máximo. Debemos ser consientes que a medida que transcurre el tiempo se podrá presentar deterioro de la estructura, el cual generalmente se manifiesta en superficie, es decir en la carpeta asfáltica. Cabe preguntarse entonces ¿qué pudo haber fallado?, la respuesta aparentemente es fácil de responder, pues los diseños de pavimentos durante mucho tiempo se han venido realizando a partir de análisis estático y no cíclico, como es el verdadero funcionamiento de la estructura. Al fin y al cabo todos sabemos que los pavimentos fallan por fatiga de los materiales. Bueno, aún así aplicando métodos de análisis basados en el comportamiento dinámico de los materiales se presentará un deterioro y daño del pavimento, que ya es atribuible a la calidad de los materiales o un método constructivo dudoso. A la final esto debemos vivirlo día a día, lo que nos lleva a desarrollar, mejorar o hacer uso de métodos de análisis. El presente capítulo se refiere a la identificación de los daños superficiales de los pavimentos flexibles y a la atribución de una posible causa del mismo. El estudio más a fondo corresponde a lo que llamamos PATOLOGÍA DE PAVIMENTOS. 2. PAVIMENTOS FLEXIBLES 2.1 Clasificación de daños Para un correcto inventario de análisis de fallas y deterioro de los pavimentos o una patología, se hace necesario tener un inventario y una identificación clara de las ocurrencias sobre la superficie del pavimento. A continuación se da una clasificación de daños sobre los pavimentos. Se presentan generalmente cuatro grupos: 2.2 Deformaciones


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Son los cambios de forma sin que se presenten discontinuidades. Dentro de esos encontramos 2.2.1 Asentamientos, los cuales son de los siguientes tipos

Longitudinal Transversal Local De borde

2.2.2 Abultamientos, los cuales son del siguiente tipo

Ondulaciones longitudinales Ondulaciones transversales Corrimientos de borde

2.3 Fisuras y grietas Se manifiestan con la pérdida de continuidad en la superficie, pero sin desprendimiento de material, se presentan los siguientes tipos

Grietas rectilíneas longitudinales Grietas rectilíneas transversales Grietas curvilíneas longitudinales Grietas curvilíneas transversales Ramificaciones Grietas en bloque Piel de cocodrilo

2.4 Desintegraciones Baches: Estos daños son asociados a un deterioro muy avanzado del pavimento y se presenta como un desprendimiento y disgregación de la carpeta asfáltica hasta desaparecer, dejando al descubierto la superficie de la base o de una carpeta asfáltica al anterior. Éstos se pueden presentar de cualquier tamaño. En ocasiones es originado después de una falla de piel de cocodrilo conformada por escamas de un tamaño inferior a 5 cm o por un fenómeno local. 2.5 Desprendimientos En estos casos se presenta desprendimiento de los materiales que constituyen la carpeta asfáltica. Se identifican los siguientes:

Desprendimiento del asfalto Desprendimiento del mortero asfáltico Desprendimiento del agregado Descascaramiento


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2.6 Afloramientos En estos casos se evidencia la presencia sobre la superficie de la carpeta asfáltica, algunos de los materiales que la constituyen. Se identifican los siguientes:

Afloramiento de ligante asfáltico Afloramiento de agua Afloramiento del suelo de la subrasante Afloramiento de los finos de las capas de subbase o base

2.7 Causa de las fallas en los pavimentos flexibles En las tablas 1, 2 y 3 se presentan los tipos de daños comunes, sus posibles causas y tratamiento. 2.8 En las fotos 1 al 8, se presentan algunas imágenes de daños severos y

sus causas evidentes en pavimentos flexibles


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Tabla 1: Causa y daños asociados directamente a la carpeta asfáltica

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Tipo de imperfecciones del pavimento que

pueden ocurrir al colocar mezclas de planta

X X X X Exudación

X X X Apariencia parda y muerta

X X X X X Puntos ricos o grasos

X X X X X X X X X X X Mala textura superficial

X X X X X X X X X X X X Superficie aspera desigual

X X X X X X X X X X Desmoronamiento o carcomido

X X X X X X X Juntas desiguales

X X X X X Marcas de la cilindradora

X X X X X X X X X X Ondulaciones o desplazamiento

X X X X Agrietamiento (muchas grietas finas)

X Agrietamiento (gritas largas y grandes

X X X X X Rocas fracturadas por la cilindradora

X X X X X X X X X Abatimiento supeficie durante la colocación

X X X X X X X X X deslizamiento de la superficie sobre la base


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Tabla 2: Causas probables y daños en los pavimentos flexibles

Causas y fallas

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Agregados no adecuados X

Base y subbase plásticas X X X X X

Capacidad estructural deficiente X X X X X X

Cargas altas X X X X X X

Cargas canalizadas X X X X X X X

Cargas excesivamente repetidas X X X X X X

Compactación deficiente en alguna capa X X X X X X X

Confinamiento lateral defieciente X X X X X X X

Defecto de asfalto X X X X X

Derrame de aceites y combustibles X X X X

Escorrentía superficial X

Exceso de asfalto X X X X X

Falta de adherencia entre capas X X

Falta de afinidad entre el agregado y el asfalto X X X

Frenado intenso de vehículos X X X

Inestabilidad de alguna capa X X X X X X X X

Inestabilidad de la banca X X X X X X X X

Infiltración de agua

Mezcla muy plástica X X

mezcla muy rígida X X X X

Subdrenaje deficiente X X X X X X X

Subrasante débil X X X X X X

Subrasante expansiva X X X X X X X X X X X X

Subrasante heterogénea X X X X X X X X

Subrasante resiliente X X X

Temperaturas muy altas o muy bajas X X X X X X


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Deterioro Descripción y causas Tratamiento

Superficie envejecida Superficie excesivamente seca, sin o poca presencia de disgregación

Riego en negro

Superficie con indicios de disgregación

Pérdida de material superficial, debida al desgaste producida por el tráfico o utilización de una mezcla excesivamente pobre

Tratamiento superficial

Grietas largas, con ancho mayor a 3 mm

Contracción o asentamiento.

Retirar material extraño

Eliminar borde de material suelto

Llenar las grietas

Grietas piel de cocodrilo

Falla en la base Terreno muy flexible

Bacheo profundo Parche superficial Tratamiento

superficial

Baches Roturas de la superficie hasta la base o por debajo de ella

Aplicación mezcla asfáltica

Por penetración

Exudación e inestabilidad

Exceso de asfalto Eliminar exceso de asfalto de la superficie

Aplicar una superficie nueva

Depresiones Asentamientos del terreno Aplicación de mezcla asfáltica

Agrietamientos longitudinales en los bordes

Falta de confinamiento

Variaciones excesivas de humedad

Sellado con arena o gravilla

Rellenar grietas

Parcheo superficial Tabla 3: Tratamiento para algunos daños en pavimentos flexibles


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Foto 1: Deterioro avanzado del pavimento Foto 2: Deterioro avanzado localizado a un

extremo de la vía

Foto 3: Domiciliaria incompleta Foto 4: Reparación incompleta


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Foto 5: Baches, reparaciones y piel de

cocodrilo Foto 6: Bloques, piel de cocodrilo, grietas

longitudinales

Foto 7: Tratamiento de cajas de inspección Foto 8: Hundimientos y grietas diagonales


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3. PAVIMENTOS RÍGIDOS 3.1 Clasificación de los daños 3.1.1 Grietas

Longitudinales Transversales Diagonales

3.1.2 Escalonamiento

En juntas En grietas

3.1.3 Desintegración

Piel de cocodrilo Astilladuras: en juntas, en bordes y en grietas Escamaduras Baches

3.2 Causa de las fallas en los pavimentos rígidos La tabla 4, presenta algunas de las fallas más comunes en los pavimentos rígidos

Tabla 4: Causas y daños en pavimentos rígidos

Causas y fallas

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Apoyo deficiente X X

Bombeo X X X X X X X

Deficiente mecanismo de carga X X X

Esfuerzos mayores a los de diseño X X

Falta de junta longitudinal o defectuosa X

Juntas transversales muy espaciadas X

Mal curado del concreto X X X X

Mal sello en las juntas o grietas X X

Mala calidad del concreto X X X X X X X X

Subbase de mala calidad X X


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3.3 Tratamiento de deterioros 3.3.1 Descascaramiento Los descascaramientos generalmente se presentan en las juntas de las losas. En ocasiones se puede encontrar en la superficie de la losa, lo cual es debido a la presencia del refuerzo muy cerca de la superficie, defectos en el vaciado o presencia de algún material extraño. La reparación que se realiza a este deterioro, se cataloga como profundidad parcial. En la foto 1, se presenta un tipo de descascaramiento en una junta

Foto 1

La reparación se puede hacer de acuerdo a los siguientes pasos:

Investigación de campo con el fin de identificar las posibles causas y definir los límites de reparación. En la foto 2 se muestra la zona demarcada para la reparación, ésta se debe alejar al menos 10 cm de la zona afectada. Cuando las zonas deterioradas se encuentran a una distancia menor de 60 cm, se deben integrar en una sola reparación.

Remoción del deterioro: Dicha remoción se puede hacer utilizando un martillo neumático con cincel, una cortadora con disco de diamante o una fresadora. En las fotos 3, 4 y 5 se presentan los detalles de remoción con las máquinas mencionadas


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Foto 2: Delimitación zona de daño Foto 3: Corte

Foto 4: Cincelado Foto 5: Fresado

Limpieza: Se debe limpiar el lugar a reparar con chorro de aire, con el fin de retirar el material suelto y polvo adherido en las paredes. En ocasiones se limpiará con ácido muriático.

Colocación del concreto: se debe asegurar la adherencia entre el concreto nuevo y el viejo, para lo cual se utilizará un aditivo apropiado. El concreto se debe vibrar y dar un acabado texturizado que provea fricción. En la foto 6 se presenta un detalle de una reparación terminada.


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Al realizar la reparación de profundidad parcial, es importante la buena restitución de las juntas longitudinales y transversales, pues se debe evitar que el concreto de reparación se adhiera al elemento adyacente, ya que los asentamientos diferenciales y los esfuerzos actuantes dañarían la reparación. En las fotos 7, 8 y 9 se muestran algunos detalles al respecto

Foto 6: Reparación terminada Foto 7: Reparación con fresado

Foto 8: Bache en junta listo para

reparación Foto 9: Reparación donde el concreto reposa

sobre la losa adyacente

“ERROR”

3.3.2 Escamamiento Los escamamientos se presentan en la superficie de la losa y generalmente se deben a la utilización de una mezcla que exudó. Cuando la losa sufre este


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daño el agregado queda descubierto y posteriormente éste se pulirá por la acción del tráfico y la intemperie. La reparación de este deterioro realmente es sencilla, pues la colocación de una capa de protección bien adherida a la superficie de la losa es suficiente. 3.3.3 Deterioros avanzados Los deterioros avanzados en las losas de concreto se refieren a la presencia de una o varias grietas profundas. La reparación puede ir desde la remoción parcial en todo el espesor de la losa, hasta la remoción total de ésta. En las fotos 10, 11, 12, 13, 14 y 15 se presentan algunos detalles sobre reparación profunda.

Foto 10: Separación por corte de la zona a reparar


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Foto 11: Corte hecho con equipo de doble cuchilla

Foto 12: Patrón de corte cuando se usa demolición hidráulica


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Foto 13: Perforación para colocación de

dovelas

Foto 14: Área lista para el vaciado del

concreto

3.4 En las foto 1 a 4 se presentan algunas imágenes de deterioros avanzados en pavimentos rígidos

Foto 1: Daño generalizado Foto 2: Deterioro completo de la losa


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Foto 3: Domiciliaria Foto 4: Grietas en esquina


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CAPÍTULO 8: CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

1. Introducción La metodología de la aplicación de los procesos constructivos de las capas de la estructuras de pavimentos, son de gran importancia para garantizar el buen comportamiento del mismo cuando esté en servicio bajo solicitaciones del tráficos y el clima. Se tratarán en este capítulo los siguientes temas Terraplenes Subbase granular Base granular Imprimación Concreto asfáltico Se presentarán entonces algunas metodologías que se consideran adecuadas en la construcción de los pavimentos flexibles 2. Construcción de terraplenes 2.1 Descripción El terraplén es una estructura cuya parte superior es más alta que la superficie adyacente. Se construye generalmente sobre un material insitu que no satisface las propiedades de capacidad de soporte o que topográficamente no permite una geometría adecuada de la vía. Se presentan a continuación las partes del mismo. 2.1.1 Cimiento: Parte del terraplén que está por debajo de la superficie

original del terreno y que corresponde al retiro del material inadecuado 2.1.2 Núcleo: Es la parte comprendida entre el cimiento y la corona del

terraplén 2.1.3 Corona (capa subrasante): generalmente corresponde a los primeros

30 cm medidos desde la superficie del terraplén hacia el cuerpo. En la figura 1 se muestra un esquema del terraplén


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Figura 1: Partes de un terraplén

2.2 Materiales utilizados Los materiales para la construcción de terraplenes podrán ser los obtenidos en procesos de excavación, extraídos de explanaciones, zonas de préstamo o fuentes de materiales, que tengan propiedades físico-mecánicas adecuadas al tipo de proyecto. La presencia de raíces, materia orgánica y otros elementos que puedan ser perjudiciales se deberán evitar. Los requisitos de los materiales para ser usados en la construcción de terraplenes se presentan en la tabla 1.

Suelo Seleccionado Adecuado Tolerable

Aplicación Corona, núcleo y

cimiento Corona, núcleo

y cimiento Núcleo y cimiento

Tamaño máximo (mm) 75 100 150

Pasa tamiz Nº 200 (%) < 25 < 35 < 35

CBR de laboratorio > 10 > 5 > 3

Expansión en prueba CBR (%) 0 < 2 < 2

Materia orgánica 0 < 1 < 2

Límite líquido (%) < 30 < 40 < 40

Límite plástico (%) < 10 < 15 -

Tabla 1: Requisitos de los materiales para terraplenes Nota: Esta tabla fue tomada de las especificaciones del INVIAS - Colombia

2.3 Construcción 2.3.1 Adecuación del terreno 2.3.1.1 Sobre terreno natural: se debe realizar el desmonte, limpieza y

excavación (zona de cimiento). Es importante que los trabajos de

Cimiento

Corona

Núcleo

Cuerpo


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drenaje y otros necesarios para dar estabilidad al terraplén o que sean parte del diseño del proyecto estén terminados. El terreno natural sobre el que va el terraplén debe ser escarificado al menos en 15 cm.

2.3.1.2 Sobre una vía existente: La vía se debe limpiar y posteriormente escarificar hasta una profundidad no menor de 10 cm con el fin de lograr una buena adherencia entre el terraplén y la superficie existente.

2.3.1.3 Ensanchamiento de un terraplén: El talud del terraplén deberá cortarse en forma escalonada, entrándose en el cuerpo del talud, longitud de por lo menos 50 cm y con una pendiente adecuada a la estabilidad que provea el material utilizado. En la figura 2, se muestra un esquema de corte en el talud del terraplén.

Figura 2: Esquema de corte del talud de un terraplén

2.3.2 Preparación del material Antes de la puesta del material debemos conocer el contenido de humedad, con el fin de determinar si se requiere humedecimiento de este o esta supera el valor adecuado para obtener el peso unitario compacto esperado para el proyecto y tipo de material. Se deberán aplicar métodos adecuados para reducir la humedad en los materiales que tengan agua excesiva. El material se deja orear hasta que obtenga una humedad uniforme. En este proceso se puede hacer la labor de retirar los sobretamaños que presente el material o alguna contaminación posterior a la aceptación del material.

50 cm

50 cm


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2.3.3 Compactación Se colocaran capas de un espesor tal que al realizar la compactación estas queden del orden de 20 cm. Entre capa y capa debe existir una escarificación que permita una adherencia adecuada. Se debe tener en cuenta dejar la pendiente para evacuación de aguas superficiales. Es importante resaltar que el espesor real de la capa antes de compactar y después de compactar, además el número de pasadas del equipo de compactación son determinados por medio de un tramo de prueba. El equipo utilizado dependerá del tipo de material utilizado y del peso unitario compacto esperado para el proyecto y el tipo de material utilizado El control de compactación se mide de acuerdo a los siguientes parámetros: Cada 250 m2 se realizarán 6 determinaciones de peso unitario compacto

elegidas al azar El peso unitario compacto promedio para el cimiento y el núcleo, deberá

ser al menos el 90% del peso unitario compacto máximo obtenido en el laboratorio en el ensayo de Proctor modificado.

El peso unitario compacto promedio para la, deberá ser al menos el 95% del peso unitario compacto máximo obtenido en el laboratorio en el ensayo de Proctor modificado.

2.3.4 Generalidades 2.3.4.1 Los trabajos de construcción del terraplén no podrá realizarse

durante la lluvia o cercanía de esta o a temperaturas menores de 2 ºC.

2.3.4.2 La corona del terraplén no deberá dejarse expuesta a las condiciones del ambiente, por lo tanto deberá protegerse o construir de forma inmediata la capa superior.

3. Construcción de subbases granulares 3.1 Descripción Las subbases granulares son capas que en un principio son pensadas desde un punto de vista económico, pero por razón de hacer parte de la estructura


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del pavimento deberá poseer propiedades físico-mecánicas adecuadas a las especificaciones del proyecto. Se considera que dentro de la estructura del pavimento, esta capa es la de menores especificaciones y porque no decirlo la de menor calidad, pues en gran parte es una transición entre la subrasante y la base. No por eso debemos descuidar esta capa, pues al igual que las otras son las que proveen la vida útil de la estructura del pavimento. 3.2 Materiales utilizados Los materiales utilizados para la construcción de las subbases podrán ser procedentes de la explotación de fuentes naturales, la trituración de rocas o gravas o una mezcla de materiales de procedencia natural y trituración. En todo caso estos materiales deben ser clasificados de tal forma que cumplan con una especificación granulométrica y las propiedades físico-mecánicas requeridas para el proyecto. Las partículas del material deberán ser duras, durables, pesadas, libres de finos nocivos y materia orgánica. En las tablas 2 y 3 se presentan algunos requisitos que deben cumplir los materiales de súbase.

Propiedad Valor

Desgaste de la máquina de los Ángeles Menor de 50%

Desgaste por ataque de sulfatos Sulfato de Sódio Sulfato de Magnésio

Menor de 12% Menor de 18%

CBR Mayor de 20 % Mayor de 40 %*

Índice de plasticidad Menor o igual a 6

Equivalente de arena Mayor de 25% * Cuando está referido al 95% del porcentaje de compactación basado en el ensayo Proctor modificado

tabla 2: Requisitos para el material de súbase

3.3 Construcción 3.3.1 Adecuación del terreno La superficie de la subrasante se debe proteger de tal forma que no se generen asentamientos, irregularidades, contaminación de materiales


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extraños o daños. Si lo anterior hubiese ocurrido, el constructor debe realizar la reparación de la manera más adecuada y de acuerdo con la interventoría. En el caso de que la superficie sobre la cual se coloca la subbase fuera un afirmado, este se escarificará en una profundidad mínima de 10 cm 3.3.2 Preparación del material Si el material presenta una humedad menor que a la sugerida, este se humedecerá y posteriormente se orea. Si el material está muy húmedo, se empleará cualquier método aceptable para retirar el agua de exceso. Este es el momento adecuado para hacer una supervisión al material para localizar sobre tamaños y presencia de materiales indeseables, los cuales deben ser retirados inmediatamente. 3.3.3 Compactación 3.3.3.1 Equipo: El equipo necesario para la construcción de la subbase es el siguiente:

Equipo de producción y clasificación del material: Excepto cuando este provenga de una fuente aceptada, en la cual se realiza la explotación, producción y clasificación del material de acuerdo a las especificaciones sugeridas para el proyecto.

Equipo de transporte Motoniveladora equipada con cuchilla y escarificadores Carro tanque con agua, el cual debe estar acondicionado para

permitir un riego uniforme sobre la superficie Equipo de compactación de acuerdo al tipo de material y tipo de

proyecto 3.3.3.2 Colocación y compactación La definición del espesor a colocar y el número de pasadas para lograr el porcentaje deseado del peso unitario compacto del laboratorio, se deben determinar por medio de tramos de prueba, tal como se sugiere en el numeral de terraplenes y como será necesario para todas las capas compactadas. El uso de los tramos de prueba disminuye a partir de la experiencia del constructor, el cual ha empleado en otras situaciones materiales y equipos similares.


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Tamiz Porcentaje pasa

acumulado (mm)

Designación ASTM

50 2” 100

37,5 1 ½” 70 – 100

25 1” 60 – 100

12,5 ½” 50 – 90

9,5 3/8” 40 – 80

4,75 Nº 4 30 – 70

2,0 Nº 10 20 – 55

0,425 Nº 40 10 – 40

0,075 Nº 200 4 – 20 Tabla 2: Especificación granulométrica del INV – Colombia

El material se colocará en capas de un espesor antes de compactado no mayor a 25 cm y en una longitud máxima de 1500 metros El porcentaje de compactación mínimo sugerido es el 95% del peso unitario seco máximo obtenido en el laboratorio mediante le ensayo Proctor modificado. La compactación de las zonas adyacentes tales como andes, zanjas, cámaras u otras estructuras, se debe ejecutar con equipo manual. Si se desea emplear equipo mecánico, se deben tomar todas las precauciones para que estas no sufran daños. 3.4 Generalidades Los trabajos de construcción del terraplén no podrá realizarse durante la lluvia o cercanía de esta o a temperaturas menores de 2 ºC. 4. Construcción de bases granulares 4.1 Descripción Las bases granulares son capas que cumplen una función estructural importante dentro de la estructura del pavimento. En secuencia es la capa después de la carpeta asfáltica de muy buena calidad.


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Esta se fabrica con materiales seleccionados dentro de un proceso bastante controlado. Consta de materiales durables y resistentes a las solicitaciones mecánicas, intemperismo y otros. 4.2 Materiales utilizados Los materiales utilizados para la construcción de las bases granulares, serán resistentes a los ataques de sulfatos, al desgaste mecánico, controlados en la forma de las partículas (aplanadas y alargadas) y otros. Estos podrán provenir de fuentes naturales, zonas de explotación, materiales triturados y otros. Deberán estar libres de cualquier material contaminante que pueda perjudicar la calidad del material y poner en peligro la estabilidad de la capa. Es conveniente que estos materiales sean una mezcla entre materiales de procedencia natural y triturados. La tabla 3 y 4 muestran algunas especificaciones que pueden utilizadas para el control de calidad del material de base. 4.3 Construcción 4.3.1 Adecuación del terreno La capa de la base podrá colocarse sobre la subrasante o la subbase de acuerdo a las características de la subrasante. La superficie fuere con fuese, sobre la cual se colocará la base, deberá cumplir con el valor de peso unitario compacto especificado, deberá estar libre de irregularidades y de materiales contaminantes, y conservar las cotas del proyecto. Deberá tener todas las obras de drenaje adecuadas. Si alguna anomalía se presenta, el constructor deberá solucionarla para garantizar una buena plataforma de trabajo y la garantía de un buen proceso constructivo y el buen desempeño del pavimento en servicio. En el caso de que la superficie sobre la cual se coloca la base fuera un material grueso granular, se recomienda escarificar en una profundidad mínima de 10 cm.


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Tamiz Porcentaje pasa acumulado

(mm) Designación

ASTM BG-1 BG-2

37,5 1 ½” 100 100

25 1” 70 – 100 100

19 ¾” 60 – 90 70 – 100

9,5 3/8” 45 – 75 50 – 80

4,75 Nº 4 30 – 60 35 – 65

2,0 Nº 10 20 – 45 20 – 45

0,425 Nº 40 10 – 30 10 – 30

0,075 Nº 200 5 - 15 5 -15

Tabla 3: Especificación granulométrica del INV – Colombia

Propiedad Valor

Partículas fracturadas (%) Mayor de 50

Desgaste en la máquina de los Ángeles (%) Menor de 40

Desgaste químico (%)

Sulfato de Sodio

Sulfato de Magnesio

Menor de 12

Menor de 18

Índices de aplanamiento y alargamiento (%) Menor de 35

CBR Mayor de 80

Índice de plasticidad Menor o igual a 3

Equivalente de arena Mayor de 30

Tabla 4: Especificación de ensayos del INV – Colombia

4.3.2 Preparación del material Si el material presenta una humedad menor que a la sugerida, este se humedecerá y posteriormente se orea. Si el material está muy húmedo, se empleará cualquier método aceptable para retirar el agua de exceso. Se sugiere trabajar con humedades lo más cercano a la humedad óptima obtenida en el ensayo Proctor modificado. Este es el momento adecuado para hacer una supervisión al material para localizar sobre tamaños y presencia de materiales indeseables, los cuales deben ser retirados inmediatamente. 4.3.3 Compactación


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4.3.3.1 Equipo: El equipo necesario para la construcción de la base es el siguiente:

Equipo de producción y clasificación del material: Excepto cuando este provenga de una fuente aceptada, en la cual se realiza la explotación, producción y clasificación del material de acuerdo a las especificaciones sugeridas para el proyecto.

Equipo de transporte Motoniveladora equipada con cuchilla y escarificadores Carro tanque con agua, el cual debe estar acondicionado para

permitir un riego uniforme sobre la superficie Equipo de compactación de acuerdo al tipo de material y tipo de

proyecto 4.3.3.2 Colocación y compactación Se recuerda que para la definición del espesor de la capa a colocar y el número de pasadas so obtienen de los resultados del tramo de prueba o en algunos casos de la experiencia de materiales y equipos similares. El material se colocará en capas de un espesor antes de compactado no mayor a 25 cm y en una longitud máxima de 1500 metros El porcentaje promedio de compactación mínimo sugerido es del 100% del peso unitario seco máximo obtenido en el laboratorio mediante le ensayo Proctor modificado. Ningún valor del promedio del peso unitario deberá ser inferior al 98%. La compactación de las zonas adyacentes tales como andes, zanjas, cámaras u otras estructuras, se debe ejecutar con equipo manual. Si se desea emplear equipo mecánico, se deben tomar todas las precauciones para que estas no sufran daños. El control de compactación de la base se realizará una (1) vez por cada 250 m² y los tramos a aprobar se definirán sobre un promedio de un mínimo de 6 valores. 4.4 Generalidades 4.4.1 Los trabajos de construcción del terraplén no podrá realizarse durante

la lluvia o cercanía de esta o a temperaturas menores de 2 ºC.


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4.4.2 Cuando se construyan bermas, antes de la construcción de la base, estas deberán compactarse en capas iguales y con un espesor igual al de cada una de las capas de base

4.4.3 Si durante la compactación se dan pérdidas de humedad, esta se debe restablecer

5. Construcción del riego de imprimación 5.1 Descripción El riego de imprimación es la extensión de un asfalto líquido o de una emulsión sobre la superficie de la base o la superficie sobre la cual irá la carpeta asfáltica. La finalidad de este riego de imprimación, es estabilizar la parte superior de la base, impermeabilizarla y proveer una liga entre dicha capa y la carpeta asfáltica. La penetración de los materiales bituminosos deberá ser al menos de 3 mm 5.2 Materiales utilizados Asfaltos líquidos MC-70: Este tipo de materiales en algunas regiones del

mundo ya no se utiliza. Emulsiones asfálticas catiónicas de rompimiento lento tipo CRL-0 Emulsiones asfálticas catiónicas de rompimiento lento tipo CRL-1, la cual

debe diluirse en agua hasta que tenga una concentración del orden de 40%

En la tabla 5 se presentan algunas especificaciones para las emulsiones recomendadas para ser utilizadas en el riego de imprimación.

5.3 Construcción 5.3.1 Equipo

Barredora mecánica de tipo rotatorio operada mediante empuje o arrastre

Sopladora mecánica operada mediante empuje o arrastre Carro tanque irrigador de materiales bituminosos con bomba de

impulsión, accionada por motor y provista de un indicador de presión


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Propiedad CRL-0 CRL-1

Viscosidad Saybolt Furol a 25 ºC (s) Menor de 50 Menor de 200

Contenido de agua en volumen (%) Menor de 50 Menor de 43

Estabilidad al almacenamiento por

sedimentación a 7 días (%)

Menor de 10

Menor de 5

Destilación

Contenido de asfalto residual

Contenido de disolventes

Mayor de 40

10 a 20

Mayor de 57

---

Tamizado, retenido en tamiz Nº 20 Menor de 0,1 Menor de 0,1

PH Menor de 6 Menor de 6

Tabla 5: Especificaciones para emulsiones CRL-0 y CRL-1

5.3.2 Adecuación del terreno La superficie de la capa sobre la cual se va a aplicar debe estar libre de polvo y material extraño que pueda perjudicar la buena aplicación del riego. Las irregularidades que presente la superficie deberán estar dentro de lo especificado al respecto. Por ningún motivo podrá haber exceso de humedad. 5.3.3 Preparación del material El asfalto líquido MC-70 se deberá calentar a una temperatura de 40 ºC a

70 ºC Las emulsiones no se podrán aplicar a temperaturas menores de 5 ºC (10

ºC recomiendan otras entidades) o mejor a temperaturas que produzcan una viscosidad Saybolt Furol entre 20 s y 100 s.

5.3.4 Aplicación 5.3.4.1 Emulsiones

Humedecer la superficie sin llegar a la saturación Aplicación del ligante: Se deberá hacer de manera uniforme tanto

longitudinal como transversalmente. Se debe evitar duplicar las juntas transversales

Se aplicará en una dosificación de 1,2 litros a 1,5 litros por metro cuadrado

En los lugares que se presente exceso de emulsión se adicionará arena limpia


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En los lugares donde se presente defecto de emulsión, se restituirá agregando un poco de esta

Terminada la jornada se debe realizar la limpieza de las boquillas del carro irrigador

5.3.4.2 Asfaltos líquidos Se aplicaran en una dosificación de 1 litro a 2 litros por metro cuadrado 5.4 Generalidades 5.4.1 Después de la imprimación se debe cerrar el paso de vehículos durante un periodo de 24 horas a 48 horas 5.4.2 No podrá imprimarse cuando se presente lluvias o se espere que estas ocurran, tampoco inmediatamente después de que estas ocurran, deberá dejarse un tiempo prudente para que esta haya drenado y no perjudique la calidad del proceso constructivo. 5.4.3 En sitios de difícil acceso el retiro de polvo y material perjudicial, se podrá realizar un barrido manual 6. Construcción de carpetas asfálticas en caliente 6.1 Descripción La carpeta asfáltica está constituida por una mezcla controlada de materiales pétreos seleccionados y un material bituminoso (generalmente un cemento asfáltico) debidamente especificado, los cuales se calientan para posteriormente ser mezclados y lograr un concreto asfáltico que permita ser fácilmente trabajo y colocado. La carpeta asfáltica es la capa de mejor calidad dentro de la estructura del pavimentos y es la más expuesta a los agentes del intemperismo y las solicitaciones de los vehículo, por lo que esta debe ser altamente resistente al desgaste físico y químico, y resistente. 6.2 Materiales utilizados 6.2.1 Agregados pétreos Generalmente estos están constituidos por un material grueso, uno intermedio, arena y un llenante mineral u otras variaciones que dependen de las características de los materiales en el lugar de la fuente de explotación


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Preferiblemente deben ser materiales provenientes de depósitos aluviales que posteriormente serán triturados para adecuarlos a la especificación granulométrica requerida. Estos materiales deben ser resistentes y durables, no deben tener presencia de materiales extraños o finos nocivos que puedan afectar la afinidad con el asfalto. En las tablas 6 y 7 se presentan algunas especificaciones para los materiales pétreos. 6.2.2 Cemento asfáltico (AC) Se emplea generalmente cementos asfálticos con penetraciones 60 – 70 décimas de milímetro y 80 – 100 décimas de milímetro. Estos se deben usar de acuerdo a las condiciones climáticas de la región, partiendo de lo siguiente: asfaltos de mayor consistencia deben ser utilizados en condiciones de temperaturas altas. En la tabla 8 se presenta una guía de utilización de dichos asfalto de acuerdo a las temperaturas del lugar y el tránsito de diseño. En la tabla 9 se presentan las especificaciones que deben cumplir los AC anteriormente mencionado. 6.3 Construcción 6.3.1 Preparación de la mezcla asfáltica en caliente La preparación de las mezclas asfálticas se realiza en plantas que tienen el proceso controlado desde la explotación de la fuente o de la adquisición del material pétreo y el asfalto especificado. Con el fin de determinar el porcentaje óptimo de agregados y asfalto involucrados en la fabricación de la mezcla asfáltica en caliente, un laboratorio acreditado en capacidad técnica, realizará un diseño de la mezcla, teniendo en cuenta la temperatura adecuada de calentamiento tanto del asfalto como del agregado mineral, los tamaños y distribución de las partículas de los agregados minerales, propiedades físico-mecánicas de los mismos y las propiedades del asfalto. Para esto podrá emplear cualquier método reconocido, como lo es el método Marshall para la dosificación de mezclas asfálticas en caliente, realizando varias probetas con diferentes porcentajes de asfalto y agregado, a las cuales debe determinar sus propiedades de estabilidad, flujo, vacíos y peso unitario, de las cuales determinará el porcentaje de asfalto más adecuado al compararlo con las especificaciones del proyecto, sean estas regionales, nacionales o internacionales, según sea el caso.


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En la figura 3 se muestra la manera de presentar los resultados en el diseño Marshall de mezclas asfálticas en caliente y en las tablas 10 y 11 las especificaciones para determinar el porcentaje óptimo de asfalto.

Propiedad Valor

Mezcla abierta Mezcla densa

Partículas fracturadas (%) > 75 > 75

Desgaste en la máquina de los Ángeles (%) < 35 < 30

Desgaste químico (%)

Sulfato de Sodio

Sulfato de Magnesio

< 12

< 18

< 12

< 18

Adhesividad (Stripping) (%) > 95 --

Índices de forma (%) < 35 < 35

Índice de plasticidad NP NP

Equivalente de arena (%) -- > 50

Tabla 6: Especificaciones de ensayos INV - Colombia

Tamiz Porcentaje pasa acumulado

(mm) Designación

ASTM G1 G2 G3

25 1” 100 100 100

19 ¾” 80 – 100 100 100

12,5 ½” 67 – 85 80 – 100 100

9,5 3/8” 60 – 77 70 – 88 100

4,75 Nº 4 43 – 54 51 – 68 65 – 87

2,0 Nº 10 29 - 45 38 – 52 43 – 61

0,425 Nº 40 14 – 25 17 – 28 16 –29

0.180 Nº 80 8 –17 8 – 17 9 – 19

0,075 Nº 200 4 -8 4 - 8 5 - 10

Tabla 7: Especificaciones granulométricas INV – Colombia

Tránsito de diseño en

millones de ejes de 80 kN

Temperatura media anual

> 24 ºC 15 ºC – 24 ºC < 15 ºC

> 5,0 60 – 70 60 – 70 80 - 100

0,5 – 5,0 60 – 70 Ambos 80 - 100

< 0,5 60 – 70 Ambos 80 - 100 Tabla 8: Tipo de AC a emplear dependiendo de las condiciones climáticas de la región y el tráfico proyectado. Tomado de INV – Colombia


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Propiedad AC 60 – 70 AC 80 - 100

Mín Máx Mín Máx

Penetración (25 ºC, 100 g, 5 s) (0,1 mm) 60 70 80 100

Índice de penetración -1 +1 -1 +1

Pérdida por calentamiento película delgada (163 ºC,

5h)

-

1,0

-

1,0

Ductilidad (25 ºC, 5 cm/min) 100 100

Penetración luego del ensayo de película delgada (%),

referida a la penetración original

52

-

48

-

Solubilidad en tricloroetileno 99 - 99 -

Contenido de agua - 0,2 - 0,2

Tabla 9: Especificaciones del AC, INV – Colombia

Criterios

Transito Liviano

Transito Mediano Transito Pesado

35 golpes 50 golpes 75 golpes

Min Max Min Max Min Max

Estabilidad (N) 3336 5338 8006

Estabilidad (lb) 750 1200 1800

Flujo (mm) 2 4.5 2 4 2 3.5

Flujo (0.01 pulg) 8 18 8 16 8 14

Porcentaje de vacíos 3 5 3 5 3 5

%vacíos llenos de asfalto 70 80 65 78 65 75

%vacíos en agregados Ver la siguiente tabla Tabla 10: Especificaciones del Instituto del asfalto para obtener el % óptimo de asfalto

Tamaño máximo VMA mínimo

Vacíos de diseño

mm ASTM 3.0 4.0 5.0

1.18 # 16 21.5 22.5 23.5

2.36 # 8 19.0 20.0 21.0

4.75 # 4 16.0 17.0 18.0

9.5 3/8" 14.0 15.0 16.0

12.5 1/2" 13.0 14.0 15.0

19.0 3/4" 12.0 13.0 14.0

25 1" 11.0 12.0 13.0

37.5 1.5" 10.0 11.0 12.0

50 2" 9.5 10.5 11.5

63 2.5" 9.0 10.0 11.0 Tabla 11: Especificaciones del Instituto del asfalto para obtener el % óptimo de asfalto


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6.3.2 Adecuación del terreno La superficie sobre la cual se colocará la carpeta asfáltica, debe estar completamente imprimada y seca. Si por alguna razón se presentan irregularidades, zonas descubiertas o con algún exceso del material asfáltico, se debe reparar inmediatamente. Si por alguna razón el aporte ligante que da la imprimación se pierde, este se debe restituir aplicando un método validado. Si la carpeta se va a extender sobre una carpeta de rodadura existente, se deben reparar todos lo daños, con el fin de que estos no se reflejen en la nueva carpeta. Se colocara un riego de liga para garantizar la adherencia entre la capa antigua y la nueva 6.3.3 Colocación y compactación 6.3.3.1 Equipo

Sopladora mecánica o manual Equipo para el transporte de la mezcla Pavimentadora o Terminadora, conocida más comúnmente como

Finisher Compactador vibratorio de tambor metálico Compactador de neumáticos


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Figura 3: Gráficos del método de diseño Marshall

2 .3 5 0

2 .3 5 5

2 .3 6 0

2 .3 6 5

2 .3 7 0

2 .3 7 5

2 .3 8 0

4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

% A s falto

De

ns

ida

d (

g/c

m3)

1 1 0 0

1 2 0 0

1 3 0 0

1 4 0 0

1 5 0 0

1 6 0 0

1 7 0 0

1 8 0 0

4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

% A s falto

Es

ta

bil

ida

d

(k

g)

2 .5

3 .0

3 .5

4 .0

4 .5

5 .0

5 .5

4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

% A s falto

Flu

jo (

mm

)

2

3

4

5

6

7

8

4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

% A s falto

%

Va

cio

s d

e

Me

zc

la T

ota

l

1 5 .0

1 5 .5

1 6 .0

1 6 .5

1 7 .0

1 7 .5

1 8 .0

1 8 .5

1 9 .0

4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

% A s falto

%

Va

cio

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n e

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6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

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9 0

9 5

1 0 0

4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

% A s falto

%

Va

cio

s L

len

os

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e A

sfa

lto


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6.3.3.2 Colocación La mezcla asfáltica se extenderá mediante la pavimentadora, la cual conformará la geometría de la mezcla de acuerdo a los lineamientos y cotas especificadas para el proyecto. La temperatura mínima de colocación de la mezcla debe ser como mínimo 115 ºC. Inmediatamente después de haber extendido la carpeta, se debe realizar un chequeo del espesor colocado, con el fin de corregir alguna anomalía. 6.3.3.3 Compactación La primera fase de la compactación se realizará con el compactador de tambor metálico, empezando por el borde de la calzada y hacia el centro, logrando siempre un traslape entre pasada y pasada. La primera pasada se dará a una temperatura del orden de 115 ºC. Es importante resaltar que a 85 ºC la mezcla permite aún ser densificada. El número de pasadas corresponderá a las necesarias para obtener el 96% del peso unitario obtenido en el diseño de la mezcla. La compactación final de acabado se realizará con el compactador de neumáticos, los que tendrán una presión de inflado de 7 kgf/cm² Las determinaciones de peso unitario de la mezcla asfáltica, se realizaran de acuerdo a la proporción de una (1) por cada 250 m² y los tramos a aprobar se hará sobre la base de un mínimo de 6 determinaciones. Cuando se realizan menos de 4 determinaciones de peso unitario de la mezcla, ningún valor podrá ser inferior a 96% del peso unitario de diseño, si se realizan más de 4, ninguno de los valores podrá ser menor del 94%. Entramos cuya pendiente es mayor del 7%, se podrá aceptar las determinaciones en dos puntos por debajo. Algunas instituciones exigen que le valor promedio mínimo de las determinaciones de del 98% del peso unitario de la formula de trabajo y los valores individuales no podrán ser menores al 97% de las determinaciones medias


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6.4 Generalidades 6.4.1 Las juntas de construcción deberán ser verticales y antes de reinicar el proceso de la colocación y compactación de la nueva carpeta, se debe hacer un riego de liga sobre la superficie involucrada de la junta. 6.4.2 La temperatura de compactación puede ser también la que permita soportar la carga del equipo compactador sin que se produzcan agrietamientos o desplazamientos. 6.4.3 En el caso de las curvas con peralte, el equipo compactador ira del borde interior al exterior.


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CAPÍTULO 07: DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

1. Introducción Existen diferentes métodos para el diseño del dimensionamiento de las estructuras de los pavimentos para carreteras, de los cuales su buen uso depende del criterio del proyectista y del tipo de proyecto. Por lo que es posible en el diseño de la estructura combinar métodos y refinarlos según la experiencia. En la tabla 1 se presenta un resumen de los múltiples métodos de diseño. En general los métodos de diseño se deben considerar como una guía práctica en la determinación de los espesores de las capas que componen la estructura del pavimento. Métodos de diseño de pavimentos más comunes

Asshto 1986 y 1993 Instituto del Asfalto Shell

Método de Sur África 2. Método de diseño AASHTO-93 Este método de diseño se basa en los modelos del método de 1972 y las experiencias recopiladas son el uso del mismo. En el método de 1986, se incluyen además las siguientes consideraciones relevantes en el diseño de las dimensiones de la estructura del pavimento:

Grado de confiabilidad del diseño Módulo elástico de la subrasante Módulo elástico de las capas de base y subbase

Módulo elástico de la carpeta asfáltica Drenaje 2.1 Principios básicos del método de diseño El método se basa en la siguiente ecuación


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MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Autor/Organización Representación

del Pavimento Análisis del Deterioro Efectos

Ambientales Análisis de Esfuerzo

Brown, Brunton, Pell Univ. de Nottingham Gran Bretaña

Multicapa elástica sólida

Fatiga en capas tratadas. Ahuellamiento

Temperatura N-capas, elástica

Shook, et al. Asphalt Institute, USA



Temperatura Hielo-Deshielo

Elástico

Verstraeten, et al.. Centro Investigaciones Viales, Bélgica



Temperatura Elástico

Battiato, et al. ASSORENI, Italia

Capa Viscoelástica sólida


Temperatura Viscoelástico Lineal

Hsia, et al. ,U.S. Servicio Forestal , USA



Temperatura Situación del camino

Elástico

Lister, et al. TRRL, Gran Bretaña


Fatiga en capas tratadas. Temperatura Elástico

Roberts, et al. ARE, USA


Fatiga en capas tratadas. Ahuellamiento, Rugosidad. Agrietamiento térmico

Temperatura Heladas

Elástico

Gscwendt y Poliacek ,Lab. Investigac. Viales, Bratislava


Fatiga en capas tratadas. Temperatura Heladas

Elástico

Lytton, et al. , Texas University, USA

Placa(s) elástica(s) en sólido elástico

Indice de serviciabilidad

Bissada, et al. Ministerio Obras Públicas , Kuwait


Ahuellamiento Temperatura Elástico

Freeme, et al., NITRR, Sudáfrica


Fatiga en capas tratadas. Ahuellamiento (falla por corte).

Temperatura Elástico

Autret, et al, LCPC, Francia


Fatiga en capas tratadas Temperatura Elástico

Kennis, et al., FHWA,USA

Multicapa elástica o viscoelástica sólida

Fatiga en capas tratadas Ahuellamiento. Rugosidad

Temperatura Viscoelástico lineal y/o elástico

Bolk Rijkswaterstaat Netherlandas


Ahuellamiento Temperatura Elástico

Wolff Elementos finitos,

elástico no lineal

Brown Y Papin U. of Nottingham, Gran Bretaña

Elementos finitos,

elástico no lineal

Tabla 1


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07,832,2

)1(

10944,0

5,12,42,0)1(.36,9*

19,5

LogMr

SN

PSILog

SNLogSoZrLogN (1)

Donde: a. N es el número de ejes equivalente de 8,2 toneladas que utilizarán el

carril de diseño durante el período útil del pavimento. Este se puede determinar por diferentes métodos, ya sea por tendencia de curvas al analizar datos históricos de vías similares, por conteos directos, otros.

Nota: La carga del eje equivalente de 8,2 toneladas se está revaluando, probablemente se cambiara a 13 toneladas. b. Zr es la desviación estándar normal, la cual depende de los diferentes

niveles de confianza, tal como se muestra en la tabla 1.

R (%) Zr R (%) Zr

50 0 93 -1,476

60 -0,253 94 -1,555

70 -0,524 95 -1,645

75 -0,674 96 -1,751

80 -0,841 97 -1,881

85 -1,037 98 -2,054

90 -1,282 99 -2,327

91 -1,340 99.9 -3,090

92 -1,405 99.99 ,-3,750 Tabla 1: Desviaciones estándar para diferentes niveles de confianza R

c. So representa el error estándar combinado de la predicción del tránsito y

la predicción del comportamiento de la estructura del pavimento. Dicho valor varía entre 0,4 y 0,5, la AASHTO recomienda un valor de 0,44 si no se tiene en cuenta variaciones en la evaluación del tráfico y 0,49 si se presentan dichas variaciones.

d. PSI representa la diferencia entre el índice de servicialidad inicial (Pi) y el

final (Pf). Estos valores varían de una escala de 0 a 5 y son determinados por el ingeniero diseñador de la estructura. La AASHTO recomienda un valor mayor a 4 como índice inicial y el índice final entre 2 y 3.


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e. Mr: módulo resiliente o elástico dinámico de los materiales en análisis (subrasante, subbase y base).

f. SN equivale al número estructural indicativo del espesor total requerido de

pavimento, el cual se representa mediante las siguientes ecuaciones:

i capa la de drenaje de eCoeficient

i capa la deEspesor

i capa la de lestructura eCoeficient

:donde

333

2

222

111

1

i

i

i

subbase

subbase

base

subbasebase

m

e

a

meaSN

SNSNSN

meaSN

eaSN

SNSNSNSN

(2)

2.2 Variables de diseño 2.2.1 Comportamiento El comportamiento en el tiempo de la estructura del pavimento puede variar dependiendo de variantes tales como que el pavimento dure todo el período de análisis o de diseño o se construirán capas a partir de una estructura inicial cuando éstas sean necesarias. 2.2.1.1 Período de diseño: Tiempo de duración del pavimento nuevo o rehabilitado hasta que requiere algún trabajo para su rehabilitación, 2.2.1.2 Período de análisis: Tiempo de duración de la estrategia elegida, se recomienda incluir en este tiempo al menos una rehabilitación del pavimento. En la tabla 2 se presenta períodos recomendados de análisis


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Tipo de Carretera Período de Análisis (años)

Urbana de alto tránsito 30 - 50

Rural de alto tránsito 20 – 50

Bajo volumen (Concreto asfáltico) 15 – 25

Bajo volumen (tratamiento superficial) 10 - 20

Tabla 3: Período de análisis para diferentes tipos de carreteras

2.2.2 Confiabilidad El método provee un parámetro para la dar garantía del diseño, la cual se denomina como CONFIABILIDAD y la que se define como la probabilidad de que el diseño resista las solicitaciones y repeticiones del tráfico proyectado. El valor de la confiabilidad, el cual se expresa en porcentaje, depende del tipo de carretera. Podemos decir entonces que a mayor importancia de la carretera, el porcentaje de confiabilidad deberá ser mayor. El método AASHTO recomienda valores, los cuales se presentan en la tabla 3.

CLASIFICACIÓN FACTOR DE CONFIABILIDAD

Urbano Rural

Autopistas 85 – 99,9 80 – 99,9

Otras carreteras 80 – 99 75 - 95

Colectoras 80 - 95 75 – 95

Locales 50 - 80 50 - 80

Tabla 3: Niveles de confianza sugeridos

2.2.3 Variabilidad La variabilidad se representa mediante un coeficiente, el cual tiene en cuenta las desviaciones involucradas en el proceso de diseño, originadas por variaciones en: las propiedades físico-mecánicas de los materiales, variaciones en la explanada, estimaciones de tráfico, condiciones climáticas y calidad de la construcción. Dicho valor varía entre 0,4 y 0,5, la AASHTO recomienda un valor de 0,44 si no se tiene en cuenta variaciones en la evaluación del tráfico y 0,49 si se presentan dichas variaciones. 2.2.4 Efectos ambientales


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Para este fenómeno se presentan dos situaciones, una que tienen que ver con la presencia de materiales arcillosos de alta actividad y la influencia de las heladas. Este último no es importante en países tropicales y costeros. Lo anterior tiene efecto directo sobre el índice de servicialidad PSI, el cual realmente se ve afectado por el tránsito y la expansión de los suelos. La siguiente ecuación representa del cambio del índice de servicialidad.

)(exp(tránsito) ansiónPSIPSIPSI (3)

La pérdida de la servicialidad de la carretera por efecto de la expansión se puede determinar mediante la siguiente expresión:

añosen Tiempo,

0,2) a (0,04expansión de constante Tasa

porcentajeen expansión de adProbabilid

pulgadasen verticalpotencialElevación

:donde

)1(***00335,0)(exp

t

Ps

Vr

ePsVrPSI t

ansión

(4)

En la figura 1, se muestra la pérdida de servicialidad con el tiempo debido a la expansión y en las figuras 2, 3 y 4 representan el comportamiento de la ecuación anterior.

Figura 1: Pérdida de servicialidad por expansión de los suelos

0

0.1

0.2

0.3

0 5 10 15 20

Tiempo en años

Pér

dida

de

serv

icia

lidad


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Figura 2: Pérdida debida a la acción del tráfico

Figura 3: Pérdida debida a la expansión y/o heladas

PSI

Pi

Pf

Período de análisis

Tiempo

PSI

Pi

Pf



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Figura 4: Pérdida total

2.2.5 Criterio de comportamiento Este parámetro se mide a partir de la diferencia entre el índice de servicialidad inicial y el final mediante la siguiente ecuación:

fi PPPSI (5)

por la AASHTO es de 4,2 y el final de 2,0 para carreteras y 2,5 para autopistas. Este nivel se servicio se puede medir también a partir del IRI mediante, por lo que la AASHTO recomienda los valores que ese encuentran el la tabla 4. 2.2.6 Propiedades de los suelos El método de diseño genera la tendencia a utilizar las propiedades dinámicas de los materiales utilizados en la construcción e incluso las de la subrasante. La obtención de los valores de dichas propiedades se consigue con la

PSI

Pi

Pf



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utilización de equipos para ensayos cíclicos, que en parte son escasos en nuestro país. 2.2.6.1 Suelos fino granulares de subrasante La propiedad dinámica para este suelo se conoce como el Módulo Resiliente (MR) y se mide a partir de ensayos triaxiales cíclicos y con metodologías propuestas de cargas cíclicas. El módulo resiliente (MR) se define como la relación entre un esfuerzo desviador y la deformación recuperada cuando dicho esfuerzo desviador cíclico ha cesado, tal como se muestra en la siguiente expresión.

recuperada

s dMR (6)

Muchos investigadores han propuesto la obtención de dicho valor a partir de correlaciones entre ensayos estáticos tales como la compresión inconfinada y el ensayo CBR. Para este caso es de suma importancia conocer la confiabilidad de dicha ecuación, la cual generalmente se expresa mediante el coeficiente de correlación R2. Se presentan en la figura 5 algunas correlaciones, pero se aclara que el uso de ellas es responsabilidad del lector, pues la única forma de conocer el valor real, es por determinación directa en un ensayo.

2.2.6.2 Suelos gruesos granulares Para este tipo de materiales, generalmente constituyentes de las capas de subbase y base se requiere realizar ensayos cíclicos para determinar el módulo de elasticidad dinámico de los mismos. Se hace uso de correlaciones entre el CBR y el módulo elástico dinámico de estos materiales. Se aclara que las propuestas en el numeral anterior corresponden a suelos fino granulares que tengan valores de CBR menores del 10%. Para este tipo de suelos e incluso tratados, el método AASTHO presenta un ábaco con valores de CBR y el módulo elástico dinámico. Dichos ábacos no se presentan en este documento, pero se presentan las ecuaciones 7 y 8 correspondientes a los mismos que permiten determinar el coeficiente


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estructural para cada material, el cual depende del módulo dinámico obtenido. Para bases granulares:

psien base la de dinámico Módulo

977.0log*249.0

2

12

22

2

E

KE

Ea

K (7)

Estado K1 K2

Seco 6000 - 10000 0.5 – 0.7

Húmedo 4000 - 6000 0.5 – 0.7

Saturado 2000 - 4000 0.5 – 0.7

Para subbases granulares:

psien subbase la de dinámico Módulo

839.0log*227.0

3

13

33

2

E

KE

Ea

K (8)

Estado K1 K2

Seco 6000 - 8000 0.4 – 0.6

Húmedo 4000 - 6000 0.4 – 0.6

Saturado 1500 - 4000 0.4 – 0.6


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Figura 5: Correlaciones del CBR – MR propuestas por varias instituciones

2.2.6.3 Carpeta asfáltica Para la carpeta asfáltica se debe determinar el módulo elástico dinámico mediante la utilización de un equipo que pueda colocar cargas cíclicas. La norma ASTM presenta el método para dicha determinación. Cabe recordar que las propiedades de la carpeta asfáltica varían con el cambio de la temperatura y de la frecuencia de aplicación de las cargas, porque el método de la ASTM contempla dichos parámetros. En la ecuación 9 se presenta el comportamiento del coeficiente estructural a1

para una carpeta ensayada a 15 ºC

psien carpeta la de dinámico Módulo 1

668.1ln*1618.0

3

11

E

Ea (9)

2.2.7 Drenaje El método de diseño considera el drenaje desde el punto de vista de los efectos del agua en el potencial expansivo y la capacidad de soporte de la subrasante.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 20 40 60 80 100

CBR

Mr

(kg

f/c

m²)

Shell

USACE

CSIR

TRRL


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La medición del drenaje se hace mediante el tiempo de permanencia del agua en la estructura del pavimento, para lo cual el método suministra valores, los cuales se presentan en la tabla 4.

Tiempo de evacuación Calidad del drenaje

2 horas Excelente

1 día Bueno

1 semana Aceptable

1 mes Pobre

No drena Muy pobre

Tabla 4: Calidad del drenaje según tiempo de exposición

Para la determinación del SN, se emplean unos factores mi, estos valores

están en función de la calidad de drenaje y tiempo durante un año en el cual

se espera que la estructura del pavimento esté normalmente expuesta a

niveles cercanos a la humedad de saturación.

En la tabla 5, se presentan valores de mi

Calidad

drenaje

% de tiempo en que la estructura estará expuesta a niveles de

humedad cercanos a la humedad de saturación

< 1% 1% - 5 % 5% - 25% > 25 %

Excelente 1.4 – 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

Aceptable 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

Muy pobre 1.05 – 0.95 0.95 – 0.75 0.75 –0.40 0.40

Tabla 5: Valores de mi

Al mencionar el drenaje, se hace de suma importancia conocer las

propiedades granulométricas de la base que pueda proveer un drenaje

adecuado. En la tabla 6 se presentan los 3 tipos de gradación recomendados

por la AASHTO.


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Tamiz Tamaño % pasa acumulado

ASTM (mm) Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

2” 50 100

1 ½” 40 70 – 100 100

1” 25 55 – 85 70 – 100 100

¾” 20 45 – 75 60 – 90 70 – 100

3/8“ 10 35 – 65 40 – 75 50 – 80

Nº 4 5 25 – 55 30 – 60 35 – 65

2 15 – 40 20 – 45 25 – 50

0.5 5 –25 10 – 30 10 – 30

0.08 0 -10 0 -15 0 – 15

Tabla 6: Gradaciones para materiales de base

2.2.8 Tráfico La vida útil de la estructura del pavimento se basa también en el número de repeticiones durante el período de diseño del mismo de ejes de 80 kN.

2.3 Dimensionamiento de la estructura del pavimento Se presenta a continuación el procedimiento a seguir para determinar los espesores de las capas de la estructura del pavimento. 2.3.1 Determinación del número estructural SN Para determinar SN se requiere conocer los siguientes parámetros: Módulo resiliente de la subrasante (MR) Número de repeticiones de ejes equivalentes de 80 kN durante el período

de diseño (N) Nivel de confianza o confiabilidad (R) Desviación estándar (So)

La pérdida del índice o nivel de servicialidad (PSI) Los anteriores valores se reemplazan en la ecuación (1) y se determina SN. Existe también un ábaco para dicho proceso, el cual se presenta en la figura 6.


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2.3.2 Determinación de los espesores de las capas En esta etapa, se seleccionarán los espesores de las capas que satisfagan la capacidad de soporte suministrada por el valor de SN determinado en el numeral anterior. Se utiliza la ecuación (2). Esta expresión no lleva a una solución única, sino a varias alternativas técnicamente válidas, las cuales deben ser evaluadas económicamente. El método de la AASTHO determinó espesores mínimos para las capas de base granular y la carpeta asfáltica en función del valor N. Éstas se presentan en la tabla 7. El proceso para determinar el espesor de las capas obedece a una logística, la cual se presenta a continuación. Tomaremos la figura 9 como base a esta explicación.

N (millones) Base granular

(cm) Carpeta asfáltica

(cm)

< 0.05 10 2.5 ó TSD

0.05 – 0.15 10 5.0

0.15 – 0.50 10 6.3

0.50 – 2.0 15 7.5

2.0 – 7.0 15 8.8

> 7.0 15 10

Tabla 7: Espesores mínimos

e1

Carpeta asfáltica

SN1

e2

Base

SN2

e3

Subbase

SN

Subrasante

Figura 9: Esquema del método para determinar el espesor de las capas


página 150 de 170

Determinación del espesor de la carpeta asfáltica

- Determinar SN1 de la ecuación (1) en función del módulo dinámico de la capa de base

- Determinar a1 de la ecuación (9) - Determinar el espesor de la carpetas asfáltica en pulgadas,

e1 = (SN1/a1) - Redondear el valor a un valor factible en el proceso

constructivo. Por ejemplo de 0,1 en 0,1 - Corregir SN1 el cual se denominará SN1c. La corrección se

hace en función del espesor redondeado

Determinación del espesor de la capa de base

- Determinar SN2 de la ecuación (1) en función del módulo dinámico de la capa de subbase

- Determinar a2 de la ecuación (7)

- Determinar m2 de las tablas 4 y 5 - Determinar SNbase = SN2 - SN1c - Determinar el espesor de la capa de base en pulgadas,

e2= (SNBase/(a2*m2))

- Redondear el valor a un valor factible en el proceso constructivo. Por ejemplo de 0,1 en 0,1

- Corregir SNBase el cual se denominará SNBasec. La corrección se hace en función del espesor redondeado

- Corregir SN2 el cual se denominará SN2c Determinación del espesor de la capa de subbase

- Determinar SN de la ecuación (1) en función del módulo dinámico de la subrasante

- Determinar a3 de la ecuación (8) - Determinar m3 de las tablas 4 y 5 - Determinar SNsubbase= SN - SN2c

- Determinar el espesor de la capa de subbase en pulgadas, e3= (SNsubBase/(a3*m3))

- Redondear el valor a un valor factible en el proceso constructivo. Por ejemplo de 0,1 en 0,1


página 151 de 170

Tránsito Medio ambiente Subrasante

Características de

los materiales del

pavimento

Espesor tentativo

pavimentoGrado de riesgo

Análisis de

deterioro

FatigaDeformaciones

permanentes

Agrietamiento

térmicoEfecto de heladas

Efectos de cambio

de volumen

Reflexión de

cargas

Evaluación del

deterioro

Adecuado

Selección de

espesor y

requisitos de los

materiales

Uso de catálogo

de diseños

No

Si

DISEÑO DE PAVIMENTOS


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DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Método del TRL para países tropicales y subtropicales


página 153 de 170

TRÁNSITO

Clases 106 ejes equivalentes 8.2 t

T1 < 0.3

T2 0.3 – 0.7

T3 0.7 – 1.5

T4 1.5 – 3.0

T5 3.0 – 6.0

T6 6.0 – 10.0

T7 10.0 – 17.0

T8 17.0 – 30.0

SUBRASANTE

Clases CBR

S1 2

S2 3 – 4

S3 5 – 7

S4 8 – 14

S5 15 – 29

S6 > 30


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MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA PAÍSES TROPICALES Y SUBTROPICALES

Convenciones para el uso de las cartas de diseño

Tratamiento superficial doble (TSD) Arena – asfalto (AA) Concreto asfáltico (Rodadura WC y base asfáltica) (CA)

Base asfáltica, RB (BA)

Base granular, GB – GB3 (BG) Subbase granular, GS (SBG) Relleno seleccionado, GC (RS)


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Base estabilizada con cemento o Cal 1, CB1 (BEC1) Base estabilizada con cemento o Cal 2, CB1 (BEC2) Base estabilizada con cemento o Cal, CS (BEC3)


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Base granular/tratamiento superficial.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

TSS BG (150 mm) SBG (175 mm) RS

(300 mm)

TSS BG (200 mm)

SBG

(225*mm)

RS (300 mm)


(300 mm)

TSS BG

(200 mm) SBG

(250* m) RS

(300 mm)

TSS BG

(200 mm) SBG

(300*mm) RS

(300 mm)

TSS BG

(225 mm) SBG

(325*mm) RS

(300 mm)

S2


(200 mm)


(200 mm)


(200 mm)

TSS BG

(200 mm) SBG

(225*mm) RS

(200 mm)

TSS BG

(200 mm) SBG

(275*mm) RS

(200 mm)

TSS BG

(225 mm) SBG

(300*mm) RS

(200 mm)

S3

TSS BG (150 mm) SBG (200 mm)



TSS BG

(200 mm) SBG

(275*mm)

TSS BG

(200 mm) SBG

(325*mm)

TSS BG

(225 mm) SBG

(350*mm)

S4




TSS BG

(200 mm) SBG

(125 mm)

TSS BG

(200 mm) SBG

(250 mm)

TSS BG

(225 mm) SBG

(275 mm)

S5




TSS BG

(200 mm) SBG

(125 mm)

TSS BG

(225 mm) SBG

(150 mm)

TSS BG

(250 mm) SBG

(175 mm)

S6

TSS BG (150 mm)

TSS BG (150 mm)

TSS BG (175 mm)

TSS BG

(200 mm)

TSS BG

(225 mm)

TSS BG

(250 mm)

Notas:


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1. *Se pueden sustituir hasta 100 mm se de subbase por material seleccionado siempre y cuando el espesor de la subbase no resulte inferior al de la base ni menor de 200 mm, debiendo tomarse de los 2. La relación de sustitución subbase : material seleccionado es 25 mm : 32 mm.

2. Se permite el uso de subbases estabilizadas con cal o con cemento.


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Base compuesta (granular y estabilizada)/tratamiento superficial.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

TSD BG

(150 mm) BEC2

(150 mm) RS

(300 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(175 mm) RS

(300 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(200 mm) RS

(300 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(225 mm) RS

(300 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(275 mm) RS

(300 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(150 mm) RS

(300 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(175 mm) RS

(300 mm)

S2

TSD BG

(125 mm) BEC2

(150 mm) RS

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(150 mm) RS

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(175 mm) RS

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(200 mm) RS

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(250 mm) RS

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(125 mm) RS

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(175 mm) RS

(200 mm)

S3

TSD BG

(125 mm) BEC2

(150 mm) RS

(100 mm)

TSD BG

(125 mm) BEC2

(150 mm) RS

(125 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(150 mm) RS

(125 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(175 mm) RS

(150 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(225 mm) RS

(150 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(125 mm) RS

(150 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(150 mm) RS

(150 mm)

S4

TSD BG

(125 mm) BEC2

(150 mm)

TSD BG

(125 mm) BEC2

(175 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(175 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(250 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(125 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC1

(125 mm) BEC2

(175 mm)

S5

TSD BG

(125 mm) BEC2

(125 mm)

TSD BG

(125 mm) BEC2

(125 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(125 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(150 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(175 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(200 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(250 mm)

S6 TSD BG

(150 mm)

TSD BG

(150 mm)

TSD BG

(175 mm)

TSD BG

(200 mm)

TSD BG

(225 mm)

TSD BG

(125 mm) BEC2

(150 mm)

TSD BG

(150 mm) BEC2

(175 mm)

Notas: 1. No se permite sustitución de subbase por material seleccionado.


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Base granular/rodadura semiestructural.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (200 mm)

RS (300 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (250*mm)

RS (300 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (300*mm)

RS (300 mm)

AA (50 mm)

BG (200 mm)

SBG (325*mm)

RS (300 mm)

S2

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (175 mm)

RS (200 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (225*mm)

RS (200 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (275*mm)

RS (200 mm)

AA (50 mm)

BG (200 mm)

SBG (300*mm)

RS (200 mm)

S3

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (225 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (275*mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (325*mm)

AA (50 mm)

BG (200 mm)

SBG (350*mm)

S4

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (150 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (200 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (250 mm)

AA (50 mm)

BG (200 mm)

SBG (275*mm)

S5

AA (50 mm)

BG (150 mm)

SBG (100 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (125 mm)

AA (50 mm)

BG (175 mm)

SBG (150 mm)

AA (50 mm)

BG (200 mm)

SBG (175 mm)

S6 AA BG

(150 mm)

AA BG

(175 mm)

AA BG

(200 mm)

AA BG

(225 mm)

Notas: 1. *Se pueden sustituir hasta 100 mm de subbase por material seleccionado

siempre y cuando el espesor de la subbase no resulte inferior al de la base ni menor de 200 mm, debiendo tomarse el mayor de los 2.


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La relación de sustitución subbase : material es 25 mm : 32 mm. 2. Se permite el uso de subbases estabilizadas con cal o con cemento.


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Base compuesta/rodadura semiestructural.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (175

mm) RS (300

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (200

mm) RS (300

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (250

mm) RS (300

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (125 mm)

RS (300 mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (150 mm)

RS (300 mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (150 mm) BEC2 (150 mm)

RS (300 mm)

S2

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (175

mm) RS (200

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (200

mm) RS (200

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (225

mm) RS (200

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (125 mm)

RS (200 mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (150 mm)

RS (200 mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (150 mm) BEC2 (150 mm)

RS (200 mm)

S3

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (150

mm) RS (125

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (150

mm) RS (150

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (200

mm) RS (150

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (250

mm) RS (150

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (125 mm)

RS (200 mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (150 mm) BEC2 (125 mm)

RS (200 mm)

S4

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (150

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (175

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (225

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (250

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (150 mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1

(15O mm) BEC2 (150

mm)

S5

AA (50 mm) BG

(125 mm) BEC2 (125

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (125

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (150

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (175

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC2 (225

mm)

AA (50 mm) BG

(150 mm) BEC1 (125 mm) BEC2 (125 mm)

S6 AA BG

(150 mm)

AA BG

(175 mm)

AA BG

(200 mm)

AA BG

(100 mm) BEC2 (150

mm)

AA BG

(150 mm) BEC2 (150

mm)

AA BG

(150 mm) BEC1 (150

mm)



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Base granular/rodadura estructural.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

CA (100 mm) BG (200

mm) SBG

(225*mm) RS (350

mm)

CA (125 mm) BG (225

mm) SBG

(225*mm) RS (350

mm)

CA (150 mm) BG (250

mm) SBG (250 mm) RS

(350 mm)

S2

CA (100 mm) BG (200

mm) SBG

(225*mm) RS (200

mm)

CA (125 mm) BG (225

mm) SBG (225 mm) RS

(200 mm)

CA (150 mm) BG (250

mm) SBG (250 mm) RS

(200 mm)

S3

CA (100 mm) BG (200

mm) SBG (250

mm)

CA (125 mm) BG (225

mm) SBG (250

mm)

CA (150 mm) BG (250

mm) SBG (275

mm)

S4

CA (100 mm) BG (200

mm) SBG (175

mm)

CA (125 mm) BG (225

mm) SBG (175

mm)

CA (150 mm) BG (250

mm) SBG (175

mm)

S5

CA (100 mm) BG (200

mm) SBG (100

mm)

CA (125 mm) BG (225

mm) SBG (100

mm)

CA (150 mm) BG (250

mm) SBG (100

mm)

S6

CA (100 mm) BG (200

mm)

CA (125 mm) BG (225

mm)

CA (150 mm) BG (250

mm)

Notas: 1. *Se pueden sustituir hasta 100 mm se de subbase por material

seleccionado siempre y cuando el espesor de la subbase no resulte inferior al de la base ni menor de 200 mm, debiendo tomarse de los 2. La relación de sustitución subbase : material seleccionado es 25 mm : 32 mm.



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Base compuesta/rodadura estructural

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

CA (100 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (200 mm)

RS (350 mm)

CA (125 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (250 mm)

RS (350 mm)

CA (150 mm)

BG (250 mm)

BEC1 (125 mm)

BEC2 (125 mm)

RS (350 mm)

S2

CA (100 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (200 mm)

RS (200 mm)

CA (125 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (250 mm)

RS (200 mm)

CA (150 mm)

BG (150 mm)

BEC1 (125 mm)

BEC2 (125 mm)

RS (200 mm)

S3

CA (100 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (175 mm)

RS (125 mm)

CA (125 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (200 mm)

RS (125 mm)

CA (150 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (225 mm)

RS (125 mm)

S4

CA (100 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (175 mm)

CA (125 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (200 mm)

CA (150 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (225 mm)

S5

CA (100 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (175 mm)

CA (125 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (150 mm)

CA (150 mm)

BG (150 mm)

BEC2 (150 mm)

S6

CA (100 mm)

BG (200 mm)

BEC2 (150 mm)

CA (125 mm)

BG (100 mm)

BEC2 (150 mm)

CA (150 mm)

BG (100 mm)

BEC2 (150 mm)



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Base asfáltica/rodadura semiestructural.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

TSD BA

(150 mm) SBG

(200 mm) RS

(350 mm)

CA (50 mm)

BA (125 mm)

SBG (225*mm)

RS (350 mm)

CA (50 mm)

BA (150 mm)

SBG (225*mm)

RS (350 mm)

CA (50 mm)

BA (175 mm)

SBG (225*mm)

RS (350 mm)

CA (50 mm)

BA (200 mm)

SBG (250*mm)

RS (350 mm)

S2

TSD BA

(150 mm) SBG

(200 mm) RS

(200 mm)

CA (50 mm)

BA (125 mm)

SBG (225*mm)

RS (200 mm)

CA (50 mm)

BA (150 mm)

SBG (225*mm)

RS (200 mm)

CA (50 mm)

BA (175 mm)

SBG (225*mm)

RS (200 mm)

CA (50 mm)

BA (200 mm)

SBG (250*mm)

RS (200 mm)

S3

TSD BA

(150 mm) SBG

(250 mm)

CA (50 mm)

BA (125 mm)

SBG (250 mm)

CA (50 mm)

BA (150 mm)

SBG (275*mm)

CA (50 mm)

BA (175 mm)

SBG (275*mm)

CA (50 mm)

BA (200 mm)

SBG (275*mm)

S4

TSD BA

(150 mm) SBG

(175 mm)

CA (50 mm)

BA (125 mm)

SBG (200 mm)

CA (50 mm)

BA (150 mm)

SBG (200 mm)

CA (50 mm)

BA (175 mm)

SBG (200 mm)

CA (50 mm)

BA (200 mm)

SBG (200 mm)

S5

TSD BA

(150 mm) SBG

(125 mm)

CA (50 mm)

BA (125 mm)

SBG (125 mm)

CA (50 mm)

BA (150 mm)

SBG (125 mm)

CA (50 mm)

BA (175 mm)

SBG (125 mm)

CA (50 mm)

BA (200 mm)

SBG (125 mm)

S6 TSD BA

(150 mm)

CA (50 mm)

BA (125 mm)

CA (50 mm)

BA (150 mm)

CA (50 mm)

BA (175 mm)

CA (50 mm)

BA (200 mm)

Notas: 1. *Se pueden sustituir hasta 100 mm se de subbase por material

seleccionado siempre y cuando el espesor de la subbase no resulte inferior al de la base ni menor de 200 mm, debiendo tomarse de los 2. La relación de sustitución subbase : material seleccionado es 25 mm : 32 mm.



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Base estabilizada/tratamiento superficial

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

S1

TSD BEC2

(150 mm) BA

(150 mm) RS

(350 mm)

TSD BEC2

(150 mm) BA

(175 mm) RS

(350 mm)

TSD BEC2

(175 mm) BA

(175 mm) RS

(350 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(200 mm) RS

(350 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(225 mm) RS

(350 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(250 mm) RS

(350 mm)

S2

TSD BEC2

(150 mm) BA

(150 mm) RS

(225 mm)

TSD BEC2

(150 mm) BA

(175 mm) RS

(225 mm)

TSD BEC2

(175 mm) BA

(175 mm) RS

(225 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(175 mm) RS

(225 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(225 mm) RS

(225 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(275 mm) RS

(225 mm)

S3

TSD BEC2

(150 mm) BA

(150 mm) RS

(125 mm)

TSD BEC2

(150 mm) BA

(150 mm) RS

(125 mm)

TSD BEC2

(175 mm) BA

(150 mm) RS

(125 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(175 mm) RS

(125 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(200 mm) RS

(125 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(225 mm) RS

(125 mm)

S4

TSD BEC2

(150 mm) BA

(100 mm)

TSD BEC2

(150 mm) BA

(150 mm)

TSD BEC2

(175 mm) BA

(150 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(100 mm) RS

(100 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(150 mm) RS

(100 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(200 mm) RS

(100 mm)

S5

TSD BEC2

(150 mm) BA

(100 mm)

TSD BEC2

(150 mm) BA

(100 mm)

TSD BEC2

(175 mm) BA

(100 mm)

TSD BEC2

(175 mm) BA

(150 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(175 mm)

TSD BEC2

(200 mm) BA

(200 mm)

S6 TSD

BEC2 (150 mm)

TSD BEC2

(150 mm)

TSD BEC2

(175 mm)

TSD BEC2

(200 mm)

TSD BEC2

(225 mm)

TSD BEC2

(250 mm)

Notas: 1. También puede emplearse una subbase granular.


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Tipo de Vehículo MOPT-Ingeroute Universidad del Cauca (1996)

Buseta 0,05

Bus P-600 0,40

0,2 (promedio)

Bus P-900 1,0

C2 pequeño 1,14

1,4 (promedio)

C2 Grande 3,44

C3 2,4 3,76

C2 – S1 3,37

C4 3,67 6,73

C3 – S1 2,22

C2 – S2 3,42

C3 – S2 4,67 4,40

C3 – S3 5,0 4,72

Factores de Equivalencia de Carga

Tipo de Vehículo Vacío Cargado Ponderado

Buseta 0,05 0,05

Bus P-600 0,40 0,40

Bus P-900 1,0 1,0

C2 pequeño 0,01 0,1 0,1

C2 Grande 0,1 2,80 2,20

C3 0,20 4,60 3,90

C2 – S1 0,10 1,40 1,20

C2 – S2 0,20 6,70 4,0

C3 – S2 0,20 5,30 3,70

C3 – S3 0,20 5,90 4,30

Factores de Equivalencia de Carga

obtenidos en la primera fase de la investigación Nacional de Pavimentos


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Número de Carriles Porcentaje de Vehículos Comerciales en el Carril de Diseño

2 50

4 45 (35 – 48)

> 6 40 (25 – 48) Nota: Los valores entre paréntesis son probables

Porcentaje de Vehículos Comerciales en el Carril de Diseño según el Instituto de Asfalto

Modelo Ecuación

Lineal Y = a + bX

Exponencial Y = acbx

Logarítmico Y = a + b (ln X)

Potencial Y = aXb

Geométrico Y = a(1+b)X Nota: La ecuación ideal corresponde a la de mayor coeficiente de correlación

X: corresponde al año para el cual se hace el estimativo Y: corresponde al valor estimado correspondiente al año X

a, b, c: constantes de la ecuaciones

Ecuaciones de Estimación del Tránsito a partir de datos Históricos


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Diseño de Pavimentos Flexibles

Método MOPT – 1975

N Base granular Capa de rodadura

< 500.000 15 cm TSD

500.000 – 2.500.000 15 cm CA = 5 cm

20 cm TSD

2.500.000 – 5.000.000 15 cm CA = 7.5 cm

20 cm CA = 5.0 cm

libro pavimentos 23-07-2013

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