DISEÑO DE PAVIMENTOS

DISTANCIA – CLASE 03

M.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA

DISEÑO DE PAVIMENTOS CLASE

03

EXPOSITOR : Ing. M.Sc. J.Rafael Menéndez A.

Método AASHTO 2002

ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia / Av. Jorge Basadre 1199, San Isidro, LIMA, PERU Telefax: (51 - 1) 4217896 / Portal: www.construccion.org.pe / e-mail: [email protected]

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Proceso de diseño

Modelos de respuesta z

Fisuramiento por fatiga de abajo hacia arriba

z

Fisuramiento por fatiga de la superficie hacia abajo

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Modelos de respuesta z

Fatiga en bases estabilizadas químicamente

z

Deformación permanente (ahuellamiento)

z

Fisuramiento por temperatura

Fisuras por fatiga ⎛1 N f = 0.00432 k1' C ⎜⎜ ⎝ εt z

⎞ ⎟⎟ ⎠

3.9492

1.281

⎛1⎞ ⎜ ⎟ ⎝E⎠

Donde: – Nf=Nº de repeticiones de carga – K’1=corrección por el espesor del pavimento – C=factor de ajuste de laboratorio y campo εt:= deformación tangencial – E:=módulo elástico – hac=espesor de la carpeta asfáltica

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Factor de corrección por espesor k1' =

1 0.000398 +

0.003602 1 + e (11.02−3.49 hac )

Fisuras de abajo hacia arriba

k1' =

1 0.01 +

12 1+ e

(15.676 − 2.8186 hac )

Fisuras de arriba hacia abajo

Factor de ajuste de laboratorio a campo

C = 10 z

⎛ Vb ⎞ 4.84 ⎜⎜ − 0.69 ⎟⎟ ⎝ Va +Vb ⎠

Donde: Vb=contenido efectivo de asfalto (%) Va= porcentaje de vacíos (%)

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Ejemplo de diseño z z z z z z

Datos similares a los anteriores Adicionalmente: Nivel de diseño:3 Tipo de vehículo: 5 con carga de 18,000lb por eje Clima moderado Condiciones de falla: – Fisuras de abajo hacia arriba : 25% del área – Ahuellamiento total: 0.5”

Fisuras de arriba hacia abajo

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Fisuras de abajo hacia arriba

Ahuellamiento Total RDTOTAL = RDAC + RDGB + RDSG

RD = ∑ ε ip hi z

Donde: – RDTOTAL=Ahuellamiento Total – RDAC=ahuellamiento en la carpeta asfáltica – RDGB=ahuellamiento de las capas granulares – RDSG=ahuellamiento de la sub rasante

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Ahuellamiento en la carpeta εp = k1 10 −3.4488 T 1.5606 N 0.479244 εr z

Donde: εp=deformación plástica εr deformación resilente N=Nº de repeticiones de carga T= temperatura hac=espesor de la carpeta Profund=profundidad del punto de análisis

Ahuellamiento en la carpeta ⎛ − 0.1039 hac2 + 2.4868 hac − 17.342 + ⎞ ⎟ 0.328196 profund k1 = ⎜ ⎜ 0.172 h 2 − 1.7331 h + 27.428 profund ⎟ ac ac ⎝ ⎠

(

)

ε rz =

1 (σ z − μσ x − μσ y ) E*

ΔRDi = ε pi Δhi n

RD = ∑ ΔRDi i =1

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Ahuellamiento de las capas granulares ⎛ρ⎞

β

⎛ ε o ⎞ −⎜⎝ N ⎟⎠ εv h δ a (N ) = β GB ⎜⎜ ⎟⎟ e ε ⎝ r⎠ z

Donde: βBG SG =factor de calibración ε =deformación vertical en la capa β, ρ, εο =propiedades de los materiales N=Nº de repeticiones h=espesor de la capa

Ahuellamiento de la sub rasante ⎛ εo ⎞ ⎟⎟ e ⎝ εr ⎠

δ a (N ) = β SG ⎜⎜ z

⎛ρ⎞ −⎜ ⎟ ⎝N⎠

β

εv h

Donde:

βBG SG=factor de calibración ε=deformación vertical en la capa β, ρ, εo=propiedades de los materiales – N=Nº de repeticiones – h=espesor de la capa

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Parámetros log β = −0.61119 − 0.017638Wc ⎡ Co ρ = 109 ⎢ 9 ⎣⎢ 1 − 10

(

1

( )

β

⎤β ⎥ ⎦⎥

)

⎡ 0.15 Erb1 ⎤ Co = ln ⎢ b9 ⎥ ⎣ 20 Er ⎦ z

Donde: Wc: contenido de humedad Er= mòdulo resilente del material

Deformación permanente: Ahuellamiento

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Deformación permanente al nivel de confiabilidad RD _ P = ∑ (RDi ) +

(

)

2 2 2 SeRDAC + SeRDAG + SeRDSG Zp

i

z

Donde: Se: error estandar por tipo de componente RD: ahuellamiento al 50% de confialibilidad Zp: desviación estándar normal

Rugosidad

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Resumen de resultados

Normas y Estándares

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Normas en carreteras z

En el Perú no existe norma obligatoria para el diseño de pavimentos, dependiendo de la Entidad y el diseñador se utilizan los diversos métodos.

z

Los métodos más empleados son: AASHTO 93, Instituto del Asfalto, PCA, y USACE.

z

La norma de aceras y pavimentos para el diseño de pavimentos urbanos está en proceso de elaboración.

Normas en carreteras z

z z

Normas del Ministerio de Transportes y Comunicaciones – DG Normas de diseño geométrico – EG Especificaciones Generales – EM Ensayos de materiales – Manual de diseño de caminos de bajo tráfico pavimentados y no pavimentados – Proyecto de normas de diseño de pavimentos urbanos (aceras y pavimentos) – Manual de diseño geométrico de vías urbanas Normas ASTM Normas AASHTO

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Sub Rasante y Suelo de fundación

PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO • Qué significado constituiría la norma técnica peruana en la norma de carreteras. Cuando uno lee una norma, es regularizada por Indecopi ¿no? • Las MTC no, un poco que la Indecopi no le, como que no le da mucha importancia a las MTC que a las NTP. Ante un proceso legal de discrepancia de aplicación de normas, lo que es necesario, la NTP prevalecen por las MTC

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Objetivos del estudio de suelos z

z

z z z

Estudiar las propiedades mecánicas, físicas y químicas del suelo para la cimentación del pavimento, estructuras viales y estabilidad de taludes Estudiar la factibilidad técnica del alineamiento horizontal y vertical Clasificar los tipos de materiales para corte Establecer el nivel freático Localizar y caracterizar los materiales de cantera

Estudio y conocimiento de la subrasante y suelo de fundación Caso: Capas sobre estructura

relleno Suelo natural

Caso: Vía apoyada solo en relleno relleno

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Alcances del estudio de suelos z

z

z

Ensayos de laboratorio Determinación del suelo característico de la sub-rasante Selección del valor de resistencia de diseño del suelo de fundación

Etapas del estudio de suelos Reconocimiento:

z

con el objeto de determinar la geología de la zona y elaborar la hipótesis del suelo (probable perfil)

z

Investigación Preliminar: basada en el reconocimiento se ejecuta un número limitado de sondeos y ensayos para verificar la hipótesis del subsuelo

z

Investigación definitiva: Permite determinar los valores finales de resistencia estratigrafía para el diseño del pavimento

y

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Pasos para el estudio de suelos z

z

z

Efectuar una revisión de la información topográfica y geológica de la zona Selección de los tramos de diseño en base a las características geológicas, topográficas y de drenaje. Realizar un programa de exploración con excavaciones espaciadas de acuerdo al tipo de proyecto y condiciones del suelo de fundación (variando de 50 m en zonas urbanas a 150-450 m en carreteras) a una profundidad no menor a 1.50 m del nivel de la sub rasante.

PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO • • • • •

CVR representativo de un grupo de CVR Napa freática Clasificación Para saber el tipo de material que tienes Tengo relleno, tengo que ver las diferentes maneras cómo se ve una arcilla. Qué tipo de material es el que tenemos • Si puedo utilizar el grupo para relleno

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Pasos para el estudio de suelos z

Efectuar las excavaciones o perforaciones mediante: – Calicatas – Trincheras – Perforaciones con posteadora – Perforaciones con diamantina

Pasos para el estudio de suelos z

Tomar muestras representativas alteradas e inalteradas

Tubos de pared partida (muestreador SPT)

Tubos de pared delgada (shelby (shelby))

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Ensayo de penetración

Pasos para el estudio de suelos z

z

Clasificar los suelos de acuerdo al Sistema AASHTO o SUCS Determinar el perfil estratigráfico de suelos

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Pasos para el estudio de suelos z

z

z

Realizar ensayos de relación densidadhumedad (proctor modificado) Examinar los registros de perforación, los perfiles estratigráficos y los ensayos de clasificación, y seleccionar muestras representativas para los ensayos de resistencia como el CBR, Triaxial de Texas o Módulo de resilencia Usando el perfil estratigráfico seleccionar el módulo resilente de diseño.

Tipos de fallas de terraplenes

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Tipos de fallas de terraplenes

Ensayos in-situ

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Ensayos en la subrasante z

Ensayos de resistencia:

•

Laboratorio: – CBR (Relación soporte California) – Módulo de resilencia – Triaxial de Texas

•

Campo – Ensayo de carga directa sobre placa – FWD (Deflectometría de impacto) – Cono de penetración

Penetrómetro dinámico ligero de cono PDC

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Penetrómetro dinámico ligero de cono PDC

PARTICIPACIÓN DE AUDITORIO • Pero, por ejemplo, ello tiene limitaciones ¿no? Es solamente para arenas o suelos húmedos. Pero en el momento me encuentro un porrón, un estrato, un conglomerado y ya puedo crear un factor de desventaja; o sea, es limitada • Hay un ensayo que se produce la roca y va el tubo de Sheldwing y va sacando las muestras de todas las aplicaciones

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Relación entre el PDC y el SPT

Correlaciones entre el PDC y CBR (Perú)

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CBR in-situ

Módulo de reacción de la sub-rasante

Módulo de reacció reacción de subrasante (k) s: presió presión que transmite placa al suelo D: deformació deformación fijada previamente

k=

σ Δ

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Correlación de k con las Propiedades del Suelo Tipo de suelo A-1-a, bien gradada A-1-a, pob. gradada A-2-4 ó 5, gravosa A-2-4 ó 5, arenosa A-3 A-4, limo A-5, limo A-6, arcilla plástica A-7-5, arcilla mod. plást. A-7-6, arcilla alta plast.

Densidad (g/cc) 2.10 – 2.35 2.02 – 2.18 2.18 – 2.44 2.02 – 2.27 1.76 – 2.02 1.51 – 1.76 1.34 – 1.68 1.68 – 2.10 1.51 – 2.10 1.34 – 1.85

CBR (%)

k (kg/cc)

60 – 80 35 – 60 40 – 80 20 – 40 15 – 25 4–8 5 – 15 5 – 15 4 – 15 3–5

8.3 – 12.5 8.3 – 11.1 8.3 – 13.8 8.3 – 11.1 4.2 – 8.3 0.7 – 4.6 1.1 – 6.1 0.7 – 7.1 0.7 – 6.0 1.1 – 6.1

Correlaciones

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FWD (Falling weight Deflectometer)

Falling Weight Deflectometer (FWD)

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Densidad de campo

Ensayos de laboratorio

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Ensayos en la subrasante z

Ensayos de caracterización: – – – – – – –

Contenido de humedad Análisis granulométrico Límite líquido y plástico Peso específico Compactación Densidad de campo Permeabilidad

Granulometría

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Granulometría

Limites de consistencia

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Límites de consistencia

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