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DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Ing. Eleazar Colina Morles ecolina@ucla.edu.ve Pavimentos La superestructura de una vía, construida sobre la subrasante, y compuesta normalmente por la sub-base, la base y la capa de rodamiento, cuya función principal es soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno, distribuyéndolos en tal forma que no se produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una superficie lisa y resistente para los efectos del tránsito. TIPOS DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS RIGIDOS. PAVIMENTOS FLEXIBLES Consideraciones Mecánicas de Pavimentos Flexibles Un pavimento está compuesto por un sistema Multicapas. Los materiales en cada capa son homogéneos. Cada capa tiene espesor finito, excepto la subrasante. Todas las capas, sin embargo son infinitas en la dirección lateral. El material que conforma cada capa es isotrópico. Se desarrolla la completa fricción entre las capas a nivel de las diferentes interfaces. No ocurren esfuerzos cortantes en la capa de rodamiento. Los esfuerzos para cualquier material se definen mediante dos propiedades: La relación de Poisson (μ). Módulo de Elasticidad (E) Consideraciones Mecánicas de Pavimentos Flexibles Factores que influyen en el diseño de un Pavimento Está conformado por dos grandes categorías: Conocimiento de las características de los materiales y mezclas que serán empleadas en el pavimento. Determinación de los espesores de capas. Los espesores se determinan considerando: 1. Tráfico 2. Condiciones Ambientales 3. Suelo de fundación Factores que influyen en el diseño de un Pavimento 4. Materiales a ser empleados en la estructura del pavimento a. Tipo de rodamiento b. Tipo de base c. Tipo de subbase 5. Nivel de servicio Factores que influyen en el diseño de un Pavimento 6. Costos 7. Método de diseño Factores relacionados con el proceso de diseño del pavimento Necesid. de un pavim. Decidir el tipo de pavim. Valores de diseño tránsito y subras. Diseño simplifi. a base de tablas Selecc de materi. usables Especific . planos y escritos Inspecci. y control de calidad Apertura al tránsito Evalua- ción de pavimen. Aparició n de fallas Conserva -ción preventiv Vigilanc. continua del pavim. Renovac. de paviment CICLO DE DISEÑO SIMPLIFICADO DE UN PAVIMENTO E V A L U A C IÓ N Y R E N O V A C IÓ N Tipos de fallas en los pavimento Falla Estructural Falla funcional 1. Sobrecargas 2. Efectos de las condiciones ambientales 3. Defectos en la construcción 4. Variabilidad propia de los materiales Razones de falla de los Pavimentos Mantenimiento inadecuado Mala construcción • Baja compactación • Resistencia inadecuada de los materiales • Falta de control de calidad Capilaridad del suelo del terraplén • Permite ascensión de agua Razones de falla de los Pavimentos Aguas Superficiales • Flujo en superficie y taludes causa socavación Falta de espesor para soportar las cargas y sus repeticiones. Aumento de tráfico y cargas Grietas en la carpeta asfáltica por fatiga • Penetración de agua superficial Parámetros mínimos a considerar para el diseño de la Sub-Base y Base Resistencia o Estabilidad Densidad Contenido de Humedad Textura y Estructura Grado de Confinamiento Disponibilidad Costo Fuente de los Agregados para Sub- Base y Bases Agregados Naturales Agregados Procesados Fuente de los Agregados para Sub-Base y Bases Agregados Estabilizados Agregados Artificiales o Sintéticos Con otro agregado Con cemento Con cal Con Asfalto Con aceite sulfonado Aliven Escoria de acería Vidrio Chequeo de intrusión de finos La utilización de materiales granulares no tratados en la construcción de bases y subbases deben ser verificados en el sentido de chequear si se produce el fenómeno de intrusión, esto es, la migración de los finos de la subrasante hacia tales capas superiores. Chequeo de intrusión de finos Existe un criterio que establece que cuando la relación D15/D85>5 implica que se hace necesario tomar medidas preventivas para la intrusión. D15 =tamaño de partícula, en la base o sub-base que cumple la condición de que el 15% del material es más fino que este tamaño. D85 =tamaño de partícula, en el material de subrasante, que cumple la condición de que el 85% del material es más fino que este tamaño. Medidas preventivas para disminuir el fenómeno de intrusión Las medidas preventivas que pudieran considerarse son: • Colocación de una membrana geotextil. • Colocación de una capa de aproximadamente 10 cm. de espesor con un material adecuado. Una u otra medida proporcionarían una barrera entre la subrasante y el material grueso que es susceptible a la intrusión. CAPACIDAD DE SOPORTE SUBRASANTE El CBR de un material es función de su densidad, textura, humedad de compactación, humedad después de la saturación, su grado de alteración y su granulometría. 100* patrón picada piedra la de unitaria Carga ensayo bajo material del unitaria arg aC CBR CAPACIDAD DE SOPORTE “CBR” SELECCIÓN DEL “CBR” EN LA SUB-RASANTE. (Criterio del percentil de diseño). Se recomienda hacer un mínimo de 5 ensayos por unidad de diseño. El CBR se determinará en base al número de ensayos realizados y al número de cargas equivalentes totales (Repeticiones de Ejes Equivalentes REE), que se ha estimado que ocurran durante el período de diseño. Suelo de Fundación Rep. Ejes Equiv. “REE” Percentil Diseño sub-rasante Perc. Diseño Sub- rasante mejorada <10 E +5 75 85 >10 E+5≤10 E+6 80 90 >10 E+6≤10 E+7 85 90 >10 E+7≤10 E+8 90 95 >10 E+8 95 95 EJEMPLO Se tienen 10 resultados de ensayos de “CBR” de la subrasante de una unidad de diseño comprendida desde la progresiva 0 +100 hasta la progresiva 2 + 800. Del estudio de Ingeniería de Tránsito se estimaron para el período de diseño 5.500.000 REE Ensayo Nº Progresiva CBR (%) 1 0 + 100 3,8 2 0 + 400 7,3 3 0 + 700 5,5 4 1 + 000 6,0 5 1 + 300 3,8 6 1 + 600 3,8 7 1 + 900 2,8 8 2 + 200 7,0 9 2 + 500 6,6 10 2 + 800 6,0 Se ordenan los resultados de menor a mayor y se calculan los porcentajes de muestras con CBR igual o mayor al valor considerado Ensayo Progresiva CBR (%) # Mues. con CBR≥ %Mues. con CBR ≥ 7 1 + 900 2,8 10 100 1 1 + 100 3,8 9 905 1 + 300 3,8 6 1 + 600 3,8 3 0 + 700 5,5 6 60 4 1 + 000 6,0 5 5010 2 + 800 6,0 9 2 + 500 6,6 3 30 8 2 + 200 7,0 2 20 2 0 + 400 7,3 1 10 Valor CBR- vs. -% Muestras con CBR ≥ al considerado MODULO RELIENTE PARA SUBRASANTE ECUACIONES DE CORRELACIÓN ENTRE MODULO RESILIENTE Y EL CBR. 241*4326%20 *000.3%20%2,7 *500.1%2,7 65,0 LnCBRMRCBR CBRMRCBR CBRMRCBR Criterio AASHTO 93 para caracterizar la subrasante Módulo Resilente Ponderar Mr Mr ponderado f (variación anual del Mr) Factor daño relativo Mr (PSI) 32.28 *10*18.1 MrUf Uf Mr 1 Mr Illinois Criterio AASHTO 93 para caracterizar la subrasante Procedimiento 1. Determinar Mr por mes. 2. Determinar Uf por mes. 3. Determinar promedio Uf . 4. Determinar Mr DIS f (Uf) . Ejemplo Modulo Resiliente “MR” psiMRdiseñoMRx Uf xUf xUf xUf xUf 642.5*1018,12337,0 2337,0 12 2*248,03*519,02*203,05*069,0 248,0500.5*1018,1 519,04000*1018,1 203,06000*1018,1 069,0500.9*1018,1 32,28 32,28 32,28 32,28 32,28 Cemento asfáltico Asfalto diluidos Asfalto emulsionados DIAGRAMA PRODUCCION DE ASFALTOS No COVENIN No MOP ENSAYO TIPO * 4105 Penetración a 25ºC -100g. 5s. 60- 70 85- 100 120- 150 * 421 Viscosidad a 135ºC -Saybolt-Furol (s) 100+ 85+ 70+ * 424 -Cinemáteca (c.s) 200+ 170+ 140+ * 372Pto de Inflama C (Vaso abierto de Cleveland) 232+ 232+ 218+ E-206 Ensayo en estufa de película delgada -Penetración despúes del ensayo (25ºC, 100g. (%) de la original 52+ 47+ 42+ * 1123 -Ductibilidad a 25ºC. (cm) 100+ 100+ 60+ * 1161 -Solubilidad en CCI. (%) 99,5 + 99,5+ 99,5+ *No COVENIN Requisito General: El cemento asfáltico debe se preparado por refinación del petróleo, debe ser de naturaleza uniforme y no debe formar espuma al ser calentado a 175 C. 60ºC Poises (para clasificar el cemento asfáltico Viscosidad 135ºC Centistokes MÉTODO DE ENSAYO COVENIN ASTM ASSHTO MOP 426 E 102 T 72 E 211 Penetración: Ensayo de consistencia, se utiliza para identificación y como parámetro para determinar susceptibilidad térmica. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN ASTM AASHTO MOP 1105 D 5 T 49 E 203 Equipo necesario para el ensayo destacando el penetrómetro, el recipiente para la muestra y el recipiente para transferencia. Vertido de la muestra y aplicación de llama para eliminar burbujas Las muestras y la copa de transferencia se llevan al baño de agua La muestra en la taza de transferencia se coloca sobre el penetrómetro Verificando el peso del conjunto eje, aguja y accesorios Con la muestra y la taza de transferencia en posición, se baja la aguja hasta tocar la superficie de la muestra. Teniendo el indicador en cero, se deja caer la aguja por 5 segundos y se mide la distancia de penetración. Al concluir la determinación, la muestra y la taza de transferencia se llevan al baño de agua mientras se limpia la aguja y se continúa con el ensayo Punto de Ablandamiento: Ensayo de consistencia en el cual se determina la temperatura a la cual ocurre cambio de fase. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN ASTM AASHTO MOP 419 2398 T 53 E 208 Equipo necesario para realizar el ensayo Fluidificación del cemento asfáltico Amalgamado y colocación de los anillos en la placa base Anillos con el cemento asfáltico Muestra como quitar el exceso de cemento asfáltico a los anillos Equipo montado para realizar el ensayo Ejecución del ensayo Finalizado el ensayo, se anota la temperatura Punto de inflamación: Ensayo de seguridad para el manejo y almacenamiento del cemento asfáltico. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN ASTM AASHO MOP 372 D 92 T 48 E 202 Equipo e instrumentos Fluidificación del cemento asfáltico Llenado de la copa Cleveland con cemento asfáltico Eliminación de burbujas en la superficie del cemento asfáltico Calentamiento de la muestra a temperatura controlada Aplicación de una pequeña llama en la superficie de la muestra Inflamación instantánea de los vapores liberados en la superficie de la muestra Ensayo de película delgada en horno (TFO Y RTFO): Para determinar el envejecimiento del cemento asfáltico. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN AASHTO ASTM MOP 2046-92 T 179 D 1754 E 206 Equipo necesario para el ensayo Tara del platillo, vaciado del cemento asfáltico y eliminación de burbujas Pesado de la muestra una vez enfriada. Las muestras son colocadas al horno a 163 ºC por 5 horas Pesado de la muestra luego del envejecimiento El residuo se vierte en los moldes correspondientes para realizarlos ensayos Ductilidad: Ensayo de tipo califica – no califica, está relacionado con la adhesión y cohesión. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN ASTM ASSHTO MOP 1123 D 113 T 51 E 205 Equipo necesario para el ensayo de ductilidad. Detalle del molde Ductilómetro. Amalgamado de la placa base y colocación del molde sobre ella. Llenado de la briqueta con el cemento asfáltico Se retira el exceso de material de la muestra con una espátula ligeramente caliente Solubilidad: Ensayo para medir la pureza del cemento asfáltico. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN ASTM ASSHTO MOP 1161 D 2042 T 44 E 207 Equipo necesario para el ensayo y detalle del crisol gooch. Fibras de asbesto más agua destilada para preparar el filtro gooch. Filtrado de la suspensión de asbesto en el crisol El crisol preparado se lleva a un horno de alta temperatura hasta alcanzar peso constante Proceso de enfriado y pesado del filtro gooch hasta obtener peso constante Colocación de la muestra y el disolvente en el erlenmeyer Se observa que toda la muestra se ha disuelto. La solución de asfalto se decanta a través de la capa de asbesto del crisol, ayudado con una pequeña succión Al terminar el filtrado se lava el material insoluble con el disolvente El crisol se lleva al horno por 20 min a110 ºC, se enfría y se pesa hasta obtener peso constante Peso específico: Para hacer correcciones de temperatura volumen y para determinación de vacíos en el diseño de mezclas. MÉTODO DE ENSAYO COVENIN AASHTO ASTM MOP 1386-83 T 228 D 70 E 204 Picnómetro Equipos necesarios para realizar el ensayo. Detalles. Vaso de precipitado con el nivel de agua deseado. Detalle. Peso del picnómetro vacío. Vaso de precipitado con picnómetro lleno de agua en baño de agua. Peso del picnómetro + agua Llenado y pesado del picnómetro con cemento asfáltico hasta ¾ de su capacidad. Detalles. El picnómetro + muestra + agua, dentro del vaso de precipitado, se lleva al baño de agua por 30 min. Peso del picnómetro + muestra + agua = D Constituye alrededor del 95% en peso de la mezcla. Pueden ser agregados naturales, agregados procesados y agregados sintéticos. Para ser utilizados en pavimentos debe cumplir ciertas propiedades. Granulometría (Tamiz 8, 30 y 200) FGRPM Limpieza Dureza Forma de la partícula Textura ( Macro y micro tex) Capacidad de absorción Afinidad con el asfalto Peso específico Peligro: No use agregado de origen Metamórficos Agregados Típicos: Arena, Piedra Triturada, Arrocillo y polvo de roca ( Polvillo) Procesamiento de agregados • Rocas: Triturador de mandíbulas (Rendimiento de 3 hasta 60 Ton /hrs) • Arenas: Triturador de impactos Tipo Barmac Rendimineto: de 12 a 360Ton /hrs • Arrocillo Polvillo: Triturador cónico es adecuado para triturar minerales y piedras de media y alta dureza. Su sistema de seguridad de resorte es un dispositivo de protección contra sobrecarga, permite que los objetos metálicos pasen por la boca trituradora sin causar daños a la maquina. Rendimiento de 40 hasta 340 ton/hrs Procesamiento de agregados • Maquina lavadora de arena que se usa junto con la Maquina elaborador de arena, la maquina lavadora puede eliminar el polvo e impurezas de la arena mezclara por la maquina elaboradora, a fines de aumentar la calidad de la arena. • La Maquina lavadora de arena que se muestra es un equipo estilo toldo lavador y seleccionador. Procesamiento de agregados Capacidad de 50 hasta 150 ton/hrs • La Criba vibradora circular hace movimientos circulares, es un nuevo equipo vibrador de multiniveles con alto rendimiento. Alto rendimiento de separación, Bajo ruido, Resistente y durable, Fácil de mantener y Seguro de usar, se usa ampliamente en la clasificación de productos en las industrias de Minería, Material de construcción, Transito, Recursos, Química, etc. Procesamiento de agregados Rendimiento de 30 hasta 810 ton/hrs ESPECIFICACIONES CONCRETO ASFÁLTICO CARACTERISTICA DEL AGREGADO ENSAYO ESPECIFICACIONES 12-10 Caras Fracturadas E-109 %60 Desgaste de los Angeles E-113 RODAMIENTO %40 BASE %50 Equivalente de Arena E-108 %45 Adherencia E-308 BUENA Partículas Planas y Alargadas -------- %5 MEZCLA DE DISEÑO RODAMIENTO INTERMEDIA BASE Estabilidad Marshall (lbs) E-301 %1200. %1000. %900. Flujo 1/00 mm E-301 8-16 8-16 8-16 Vacios llenados con asfalto E-301 75-85 75-85 60-85 Vacios totales de la Mezcla E-301 3-5 3-7 3-8 Vacios de agregados mineral VAM * * * (1)TAMAÑO MAXIMO NOMINAL (mm) VAM MINIMO (%) %VACIOS DE DISEÑO (3) (2) mmPulgadas 3.0 4.0 5.0 1.18 Nº 16 21.5 22.5 23.5 2.36 Nº 18 19.0 20.0 21.0 4.75 Nº 4 16.0 17.0 18.0 9.5 3/8 14.0 15.0 16.0 12.5 ½ 13.0 14.0 15.0 19.0 ¾ 12.0 13.0 14.0 25.0 1 11.0 12.0 13.0 37.5 1 ½ 10.0 11.0 12.0 50.0 2 9.5 10.5 11.5 63.0 2 ½ 9.0 10.0 11.0 Notas: El tamaño máximo nominal de partícula es el tamaño mas grande que el primer tamiz que retiene mas del 10 % de material. Especificación normal para tamaños de tamices usados en prueba ASTM- 11 (AASHTO-M92). Interpole el VAM mínimo para los valores de vacío de diseño que se encuentre entre los que están citados. Los agregados y el asfalto son combinados en proporciones adecuadas y definidas para constituir una mezcla asfáltica. Estas proporciones conjuntamente con sus características y la forma de mezclado y compactado determinan las propiedades físicas de la mezcla y el desempeño de la misma como carpeta en el pavimento. El método Marshall es el utilizado comúnmente en Venezuela para el diseño de mezclas en caliente. El método consiste en determinar la proporción de cemento asfáltico en función de un análisis de densidad-vacios y un análisis de estabilidad-flujo. Ilustración del VAM en una Probeta de Mezcla Compactada (Nota: para simplificar, el volumen de asfalto absorbido no es mostrado). Estabilidad Flexibilidad Durabilidad Impermeabilidad Trabajabilidad Resistencia a la fatiga Resistencia al deslizamiento Costos Capacidad para resistir desplazamiento y deformación bajo las cargas del transito. Una carpeta de rodamiento inestable desarrolla ondulaciones (corrugaciones), ahuellamientos (ruting, canales). CAUSAS EFECTOS Exceso de asfalto en la mezcla Ondulaciones, ahullamiento, y afloramiento o exudación Exceso de arena de tamaño medio en la mezcla Baja resistencia durante la compactación y posteriormente durante un cierto tiempo; dificultad para la compactación Agregado redondeado sin, o con pocas, superficies trituradas Ahullamiento y canalización Causas y Efectos de Inestabilidad en el Pavimento Capacidad de una carpeta asfáltica de amoldarse a los movimientos y asentamientos graduales de la subrasante sin que se agriete. Habilidad para resistir factores como la disgregación, cambios en las propiedades del asfalto, separación de la película de asfalto. Esto se logra: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una gradación densa de agregado resistente a la separación y considerando una alta impermeabilidad. CAUSAS EFECTOS Bajo contenido de asfalto Endurecimiento rápido del asfalto y desintegración por perdida de agregado Alto contenido de vacíos debido al diseño o a la falta de compactación Endurecimiento temprano del asfalto seguido por agrietamiento o desintegración Agregados susceptibles al agua (Hidrofilicos) Películas de asfalto se desprenden del agregado dejando un pavimento desgastado, o desintegrado Causas y Efectos de una poca durabilidad Resistencia al paso de aire y agua hacia el interior de la carpeta o a través de ella. Facilidad con que una mezcla asfáltica puede ser colocada y compactada. CAUSAS EFECTOS Bajo contenido de asfalto Las películas delgadas de asfalto causaran, tempranamente un envejecimiento y una desintegración de la mezcla Alto contenido de vacíos en la mezcla de diseño El agua y el aire pueden entrar fácilmente en el pavimento, causando oxidación y desintegración de la mezcla Compactación Inadecuada Resultara en vacíos altos en el pavimento, lo cual conducirá a infiltración de agua y baja estabilidad Causas y Efectos de la Permeabilidad Resistencia a la flexión repetida bajo las solicitaciones del tráfico Causas y Efectos de Problemas en la Trabajabilidad CAUSAS EFECTOS Tamaño máximo de particula: grande Superficie áspera, dificil de colocar Demasiado agregado grueso Puede ser dificil de compactar Temperatura muy baja de mezcla Agregado sin revestir, mezcla poco durable; superficie áspera, dificil de compactar Demasiada arena de tamaño medio La mezcla se desplaza bajo la compactadora y permanece tierna o blanda Bajo contenido de relleno mineral Mezcla tierna, altamente permeable Alto contenido de relleno mineral Mezcla muy viscosa, dificil de manejar; poco durable Causas y Efectos de una Mala Resistencia a la Fatiga CAUSAS EFECTOS Bajo contenido de asfalto Agrietamiento por fatiga Vacios altos de diseño Envejecimiento temprano de asfalto, seguido por agrietamiento por fatiga Falta de Compactación Envejecimiento temprano de asfalto, seguido por agrietamiento por fatiga Espesor inadecuado de pavimento Demasiada flexión seguida por agrietamiento por fatiga Habilidad de la carpeta de rodamiento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de los cauchos de los vehículos, particularmente en presencia de agua. CAUSAS EFECTOS Exceso de asfalto Exudación, poca resistencia al deslizamiento Agregado mal gradado o con mala textura Pavimento liso, posibilidad de hidroplaneo Agregado pulido en la mezcla Poca resistencia al deslizamiento Criterios del Instituto de Asfalto (U.S.A) para el Diseño Marshall Criterios para Mezcla del Método Marshall Transito Liviano Carpeta y Base Transito Mediano Carpeta y Base Transito Pesado Carpeta y Base Min Max Min Max Min Max Compactación, numero de golpes en cada cara de la probeta 35 50 75 Estabilidad, N 3336 5338 8006 (lb.) (750) --- (1200 ) --- (1800) --- Flujo. 0.25 mm (0.01 pulgadas) 8 18 8 16 8 14 Porcentaje de Vacíos 3 5 3 5 3 5 Porcentaje de Vacíos en el Agregado Mineral (VMA) Ver porcentaje mínimo de VMA Porcentaje de vacíos llenos de Asfalto (VFA) 70 80 65 78 65 75 NOTAS 1 Todos tos criterios y no solo estabilidad, deben ser considerados al diseñar una mezcla asfáltica de pavimentación. Las mezclas asfálticas en caliente de base que no cumplan estos criterios, cuando se ensayen a 60ºC, se consideraran satisfactorias si cumplen los criterios cuando se ensayen a 38ºC y si se colocan a 100 mm o mas por debajo de la superficie. Esta recomendación se aplica solamente a las regiones que tengan una variedad de condiciones climáticas similar a la que prevalece en casi todas las regiones de Estados Unidos. En las regiones que tengan condiciones climáticas mas extremas puede ser necesario usar temperaturas mas bajas de ensayo. 2 Clasificaciones del Transito Liviano: Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño < 104 Mediano: Condiciones de transito que resultan en un EAL de diserto entre 104 y 106 Pesado: Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseño> 106 3 Los esfuerzos de compactación en el laboratorio deberán aproximarse a la densidad máxima obtenida en el pavimento bajo el transito. 4 Los valores de fluencia se refieren al punto en donde la carga comienza a disminuir. 5 Cuando se este calculando el porcentaje de vacíos, deberá permitirse cierta tolerancia en la porción de cemento asfáltico perdida por absorción en las partículas de agregado 6 El porcentaje de vacíos en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso especifico total ASTM del agregado. UCLA – DIC PAVIMENTOS COMBINACION GRANULOMETRICA Ing. Eleazar Colina Morles COMBINACION GRANULOMETRICA Existen varios métodos que se utilizan para combinar agregados de tal manera que cumplan con ciertas especificaciones y exigencias del cliente. Estos se encuentran enmarcados en forma general en dos grupos: Métodos Analíticos Métodos Gráficos. También existe un método Gráfico- Analítico y el Método del Criterio por Experiencia con la comprobación de alguno de los métodos anteriores. MEZCLAS DE GRANULOMETRIA DENSA. COVENIN 2000-87 CEDAZO PULG. TIPO I RODAMIENTO TIPO II RODAMIENTO TIPO III RODAMIENTO TIPO IV RODAM-INTER TIPO V INTERMEDIA 1 1/2 100 1 100 80 - 100 3/4 100 100 80 - 100 70 - 90 1/2 85 - 100 100 80 - 100 3/8 80 - 100 70 - 90 60 - 80 55 - 75 N° 4 65 - 80 50 - 75 50 - 70 48 - 65 45 - 62 N° 8 50 - 65 35 - 50 35 - 50 35- 50 35 - 50 N° 30 25 - 40 18 - 29 18 - 29 19 - 30 19 - 30 N° 50 18 - 30 13 - 23 13 - 23 13 - 23 13 - 23 N° 100 10 - 20 8 -16 8 - 16 7 - 15 7 - 15 N° 200 3 - 10 4 - 10 4 - 10 2 - 8 2 - 8 MEZCLAS DE GRANULOMETRIA ABIERTA. COVENIN 2000-87 CEDAZO PULG. TIPO V I RODAMIENTO TIPO V II RODAM-INTER TIPO V I I I BASE TIPO I X BASE TIPO X BASE 1 1/2 100 1 100 75 - 100 3/4 100 100 75 – 100 60 - 95 1/2 100 75 -100 75 – 100 3/8 75 - 100 60 - 85 60 - 85 45 - 70 40 – 65 N° 4 35 - 55 35 - 55 30 – 50 30 – 50 30 - 50 N° 8 20 - 35 20 – 35 20 - 35 20 - 35 20 – 35 N° 30 10 – 22 10 - 22 5 – 20 5 – 20 5 – 20 N° 50 6 – 16 6 – 16 3 - 12 3 - 12 3 – 12 N° 100 4 – 12 4 -12 2 - 8 2 - 8 2 - 8 N° 200 2 - 8 2 - 8 0 - 6 0 - 6 0 - 6 PRINCIPIOS BASICOS Independientemente del número de agregados y del método de proporcionarlos, las siguientes ecuaciones rigen la combinación: P = aA + bB + cC + ........ + nN a + b + c + ........ + n = 1,00 (100%) P = Porcentaje de un material que pasa un tamiz dado resultante de la combinación de los agregados A, B, C, ...N A,B,C,...,N = Porcentaje de material que pasa un tamiz dado, para cada uno de los agregados empleados en la combinación. a,b,c,...,n = Proporciones expresadas en forma decimal, resultantes de la combinación para cada uno de los materiales empleados y cuya suma es igual a 1,00. Los valores de “P” y de “A,B,C,...,N” pueden estar referido tambiem al porcentaje total que es retenido en un tamiz determinado, o al porcentaje que pasa ese tamiz y es retenido en el siguiente. METODO GRAFICO Este Método es práctico utilizarlo cuando se quiere combinar 2 materiales. A medida que se incremente el número de materiales, el Método es mas complejo y es preferible utilizar el Método analítico o el Método Combinado. Se tiene el siguiente ejemplo: Se desea satisfacer las especificaciones de una Mezcla COVENIN Tipo III, para lo cual se tienen 2 materiales: Material “A” piedra picada; Material “B” una arena de rio. La granulometría de los agregados y la especificación correspondiente se muestra en la siguiente tabla: Porcentajes pasantes de los materiales “A” y “B” Especificaciones de la mezcla COVENIN Tipo III PORCENTAJES PASANTES TAMIZ 19mm 3/4” 12,5 1/2” 9,5 3/8” 4,75 N° 4 2,16 N° 8 600µm N° 30 300 N° 50 150 N°100 75 µm N°200 ESP. 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 10 M ”A” 100 90 59 16 3,2 1,1 0 0 0 M”B” 100 100 100 96 82 51 36 21 9,2 COMBINACION DE 2 MATERIALES COMBINACION DE 2 MATERIALES Toda combinación que se haga con proporciones dentro del rango de las 2 líneas centrales, cumplirá con las especificaciones. Las 2 líneas representan los límites de aceptabilidad y la línea central ( promedio entre las 2 líneas exteriores) representa las proporciones óptimas de la combinación. En este caso: 47% Material “A ” y 53% Material “B” (esto es a=0,47 y b=0,53). METODO ANALITICO PARA 2 MATERIALES n combinació laen A"" material del 50,050,01 n.combinació laen participar deberá B"" material el quecon porcentaje al ecorrespond se 0,50b de valor 50,0 2,382 2,35,42 B"" material del 8 N tamizel pasa que %82 A"" material del 8 N tamizel pasa que %2,3 5,42 2 5035 P cionesespecifica las de Media 8. N tamizel paraobtener desea se que pasante %5,42 :8 : ***1 10,1.** Aportea Este b porcentajeB porcentajeA porcentaje P NTAMIZDOCONSIDERAN AB AP bbBbAAPbBbAP bababBaAP COMBINACION DE 2 MATERIALES TAMIZ 19mm 3/4” 12,5 1/2” 9,5 3/8 4,75 N°4 2,36 N°8 600µm N°30 300 N°50 150 N°100 75µm N°200 MAT”A” 100 90 59 16 3,2 1,1 0,0 0,0 0,0 MAT”B” 100 100 100 96 82 51 36 21 9,2 ESPEC 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 12 23 8 16 4 10 A*a 50 45 29,5 8 1,6 0,6 0 0 0 B*b 50 50 50 48 41 25,5 18 10,5 4,6 TOTAL 100 95 79,5 56 42,6 26,1 18 10,5 4,6 METODO ANALITICO PARA 3 TIPOS DE AGREGADOS P = A*a + B*b + Cc ; a + b + c = 1,00 Pasos a seguir: Normalmente se comienza el análisis con el tamiz mas fino si se utiliza el criterio de “porcentaje pasante”, o con los tamices mas gruesos si se emplea el criterio de porcentaje total retenido, ya que en ellos se cumple, al menos aproximadamente, la premisa de que 2 de los 3 materiales tendran sus correspondientes porcentajes para ese tamiz, con valores iguales a cero. En caso de que no suceda tal cosa, se debe asumir que los porcentajes del segundo ó tercer material sean igual a cero para resolver la ecuación. PROBLEMA: Se desean combinar 3 tipos de agregados para satisfacer los requerimientos de una mezcla tipo III. La granulometría de los agregados se muestra en el siguiente cuadro: 3 TIPOS DE AGREGADOS TAMIZ 19mm 3/4” 12,5 1/2 9,5 3/8 4,75 N° 4 2,36 N° 8 600 µ N° 30 300 µ N° 50 150 µ N°100 75 µ N°200 AGR.”A 100 90 59 16 3,2 1,1 0 0 0 AGR.”B 100 100 100 96 82 51 36 21 9,2 AGR.”C 100 100 100 100 100 100 98 93 82 ESPEC TIPO III 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 10 TAMIZ N° 200 (modalidad “pasante”): P = 7,0 ; A = 0,0 ; B = 9,2 ; C = 82,0 7,0 = 0*a + 9,2*b + 82*c Se asume pasante del agregado “B” igual a “0” (muy pequeño respecto a “C”). 7 = 82c c = 0,09. Pero como realmente existe “b” se puede considerar c = 0,07 . TAMIZ 3/8” (fracción total “retenida”): R = 20% ; Ar = 41 ; Br = 0,0 ; Cr = 0,0. 20 = 41*a + 0*b + 0*c a = 0,49. A + b + c = 1,00 1,0 = 0,49+b+0,07 b=0,44 Tamiz 19mm 12,5 9,5 4,75 2,36 600µ 300µ 150µ 75µ A*0,49 49,0 44,1 28,9 7,8 1,6 0,5 0,0 0,0 0,0 B*0,44 44,0 44,0 44,0 42,2 36,1 22,4 15,8 9,2 4,0 C*0,07 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 6,9 6,5 5,7 Total 100 95,1 79,9 57,1 44,6 30,0 22,7 15,8 9,8 Especf. Tipo III 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 10 %47,528.44* 67,694,0 94,0 ´%* ´` ´ % B CBBB BB C %81,3828.44* 94,067.6 67,6 ´%* ´` ´ % B BBCB CB B METODO ASSHTO COMBINACION DE TRES AGREGADOS S B (19; 9,2) B` A (96,8;0) C (0;82) P A S A N T E T A M IZ # 2 0 0 Especificaciones: Retenido #8 : 68- 50 %Pasante 200 : 10 - 4 A+B+C=55,72+38,81+5,47= 100% OK METODO ASSHTO COMBINACION DE CUATRO AGREGADOS RETENIDO ACUMULADO TAMIZ # 8 P A S A N T E T A M IZ # 2 0 0 S B (68; 3) A (93,8; 0,1) C (9 ; 2,1) D (0; 71) B` A´ Especificaciones: Retenido # 8 : 68- 50 %Pasante 200 : 10 - 4 A´+B´= S=100 A´= A+C B´= B+D Comprobando % B´= 100-A´ = 100-24,51= 75,49 =OK Comprobando % D´= (%B´ - % B) = 75,49 – 68,98 = 6,51 OK A+B+C+D =9,89+68,98+14,62+6,51= 100% OK Concreto Asfáltico. CONENIN 2000-87 Propiedad Uso de la mezcla Rodamiento Intermedia Base Estabilidad Marshall (lb) >1.200 >1.000 >900 Flujo (1/100) Pulg. 8 - 16 8 - 16 8 - 16 % Vacíos de mezcla 3 - 5 3 - 7 3 - 8 % vacíos llenados asfal. 75 - 85 70 - 85 65 - 85 ENSAYO DEL MÉTODO MARSHALL Preparación, Mezcla y Compactación de las Briquetas Tamizadora Eléctrica Secado de los agregados a peso constante Tamices Agregados separados Arena Natural Piedra Picada Polvillo Calentamiento de los moldes y el martillo Mezcla agregado en ponchera metálica sobre plancha Colocación del papel en el fondo del molde Calentamiento del Cemento Asfáltico Dosificación del contenido del cemento asfáltico Mezclado de los agregados con el contenido de cemento asfáltico Chequeo de la temperatura de mezclado Colocación del agregado Revuelva la mezcla Alisar la superficie Chequeo de la temperatura Colocación de la briqueta Colocación del sujetador TIPO DE TRÁFICO # GOLPES POR CARA Liviano35 Mediano 50 Pesado 75 Compactación con el martillo Retiro del collar Se invierte la base Enfriamiento de las briquetas ENSAYOS DE LAS BRIQUETAS Extracción del espécimen del molde Briquetas Colocación de las briquetas en baño maría Extraer la briqueta del Baño de María Colocación de la briqueta en la mordaza inferior Aplicación de la carga y rotura de la briqueta Medición del flujo CALCULOS Y CURVAS MARSHALL CÁLCULOS G= F-E = 1186.8-685.2=501.6 cm3 H= D/G= 1182.0/501.6=2.356 g/cm3 I= ENSAYO RICE K= (H*(100-B)/Gsb= 2.346*(100-3.5)/2.658=85.17 % L= 100-K= 100- 85.17= 14.83 % N= 100-(100*H)/I= 100-(100*2.346)/2.528= 7.2 % L=100-K = 100-85.17= 14.83 % J= L-N= 14.83 - 7.2 = 7.63 % M= (J)*100/L = (7.63)*100 / (14.83) = 51.45 % O= ESTABILIDAD MEDIDA= 3288 lb. P= FACTOR DE CORRECCIÓN= 1.04 Q= O*P= 3288*1.04= 3.420 lb. PLANTAS CONTINUAS: Dosificación por volumen en un proceso continuo (DRUMMIXER). PLANTAS DISCONTINUAS: Dosificación por peso en un proceso discontinuo (TIPO BATCH). El ingeniero inspector está en la obligación de visitar la planta de mezcla asfáltica, tomar muestras, solicitar la calibración de la planta y levantar un informe sobre la misma. Para ello es necesario que conozca el proceso de elaboración de la mezcla asfáltica y algunos requisitos de la planta. Planta Continua Planta Discontinua LEYENDA Operación Transporte Almacenam. Operac. Almac. Piedra Arrocillo Polvillo Arena Patio Almacenaje de Materia Prima Almacenaje en Tolvas Secado Clasificadora Cemento Asfáltico Pesado Mezclado Descarga en camiones Pesado Almacenaje en Tolva Calientes Diagrama de flujo de proceso Fuente: Autor. Polvo (Filler) Recolección, almacenaje y dosificación de filler Polvo (Filler) Aberturas ajustables de compuerta con alimentadores de banda de velocidad fija: )1( . mr Rw q q = Tasa de flujo del agregado seco (Kg/min). W = Peso del agregado medido (Kg). r = longitud de la sección de banda donde se recogió “w” R = Velocidad de banda (M/min). m = Contenido de humedad del agregado. Aberturas semifijas de compuerta con alimentadores de banda de velocidad variable: )1( . mr Rw q r = Número de revoluciones de la banda pequeña durante la recolección de agregado. R = Revoluciones de la banda grande por minuto (rpm) Para ambos casos donde: Q = Tasa de flujo requerida (Kg/min) T = Producción de Planta (Tn/hora) P = Porcentaje en peso de cada agregado 6 TP Q El diseño de mezcla de concreto asfáltico para una obra requiere de cuatro tipos de agregado: (1) Piedra triturada gruesa (20 por ciento), (2) piedra triturada intermedia (40 por ciento), (3) agregado fino (30 por ciento), y (4) relleno mineral (l0 por ciento). Cada uno de estos materiales es cargado en tolvas separadas de alimentación en frío. La Tolva #1 contiene la piedra triturada gruesa que se requiere para la mezcla. Durante las pruebas de calibración, la compuerta de la Tolva #l fue ensayada para cuatro aberturas diferentes (5, 10. 15 y 20 centímetros), y muestras de agregado fueron recogidas y pesadas. Debido a que el tipo de sistema utilizado descarga directamente el material sobre un transportador principal. Es necesario usar la primera ecuación: m)r(1 WR q Ahora, para la abertura de 5 centímetros, los siguientes datos fueron recopilados: %)3(03.05.1min/75.3.14cm. 5 compuerta de Abertura m m r m R Kg W Usando la ecuación: m)r(1 WR q )03.01(5.1 (14.3)(75) min/.694Kg Cuando la compuerta se abre 5 centímetros, la Tolva #l suministra agregado a una tasa de 694 kg./minuto. Si la producción horaria de la planta es de 250 T/h, se tiene : Q1 = 250X20/6 = 833 k/mi ; Q2 = 1667k/mi ; Q3 = 1250k/mi; Q4 =417k/mi A continuación se muestran los resultados y los cálculos de las tasas de flujo para las otras aberturas de compuerta de la Tolva # 1, y para las aberturas de compuerta de las otras tolvas. Tolva #1 Piedra Triturada (Gruesa) Abertura (cm.) W (Kg.) R (m./min.) r(m.) m(%) q(Kg./min.) 5 14.3 75 1.5 3 694 10 31.2 75 1.5 3 1515 15 37.9 75 1.2 3 2300 20 36.2 75 1 3 2636 Tolva #2 Piedra Triturada (Intermedia) Abertura (cm.) W (Kg.) R (m./min.) r(m.) m(%) q(Kg./min.) 5 13 75 1.5 6 613 10 26.9 75 1.5 6 1269 15 32.3 75 1.2 6 1904 20 31.2 75 1 6 2208 Tolva #3 Agregado Fino Abertura (cm.) W (Kg.) R (m./min.) r(m.) m(%) q(Kg./min.) 5 11.2 75 1.5 3 544 10 21.5 75 1.5 3 1044 15 31.7 75 1.5 3 1539 20 39.2 75 1.2 3 2379 Tolva #4 Relleno Abertura (cm.) W (Kg.) R (m./min.) r(m.) M(%) q(Kg./min.) 5 8.4 75 1.5 4 404 10 18.9 75 1.5 4 909 15 27.4 75 1.5 4 1317 20 34 75 1.5 4 1635 Ecuación AASHTO 1962 19,5 18 1 1094 40,0 5,12,4 2,4 log 20,01log36,9 sn pt snLogWt Ecuación AASHTO 1972 Valor Soporte del Suelo Factor Regional SoSiKNLogW tt 1818 log R NW tt 1 1818 Ecuación AASHTO 72 SoSi R sn pt snLogWt 372,01log 1 1094 40,0 5,12,4 2,4 log 20,01log36,9 19,5 18 ECUACIÓN AASHTO 72 Ecuación AASHTO 72 Factor Regional R = 0.10*ICA+0,35*(ICB+ICC)+0,20*ICD Cuadro A-2: Cargas Equivalentes diarias entre 51 y 150 TIPO DE VIA PENDIENTE DE LA VIA % 0 - 4 4 - 8 8 - 12 >12 AUTOPISTA 0 TRONCALES 1 LOCALES 2 3 RAMALES SUBRAMALES VIALIDAD AGRICOLA Ecuación AASHTO 72 Factor Regional R = 0.10*ICA+0,35*(ICB+ICC)+0,20*ICD Cuadro A-3: Cargas Equivalentes diarias entre 151 y 1000 TIPO DE VIA PENDIENTE DE LA VIA % 0 - 4 4 - 8 8 - 12 >12 AUTOPISTA 0 4TRONCALES 2 LOCALES 1 3 4 RAMALES SUBRAMALES VIALIDAD AGRICOLA AASHTO 72. FACTOR REGIONAL Cuadro B-3:Baja intensidad de lluvia (menor a 601 mm año) TIPO DE SUELO SUB-RAS TOPOGRAFIA MONTAÑOSO ONDULADO SUAVE LLANOS ALTOS ZONAS INUNDABLES SUELO GRANUL. A-1 0 1 SUELO GRANUL. A-2 SUELO ARENOSO A-3 SUELO LIMOSO A-4 1 2 SUELO ARCILLL. A-6 SUELO ARC- LIM. A-7-5 2 4 SUELO ARC.LIM. A-7-6 1 4 5 AASHTO 72. FACTOR REGIONAL Cuadro C: Tipo del suelo de fundac. y profund. nivel freático TIPO DE SUELO SUB-RAS PROFUNDIDAD DEL NIVEL FRATIC. 0 – 0,50 0,50 – 1,50 > 1,50 SUELO GRANUL. A-1 1 0 SUELO GRANUL. A-2 SUELO ARENOSO A-3 SUELO LIMOSO A-4 4 1 SUELO ARCILLL. A-6 5 3 1SUELO ARC- LIM. A-7-5 4 SUELO ARC.LIM. A-7-6 4 AASHTO 72. FACTOR REGIONAL Cuadro D: Tipo de vía y facilidades disponibles TIPO DE VIA FACILIDADES DISPONIBLES. OPTIMO PROMEDIO BAJO AUTOPISTA 0 1 2 TRONCALES LOCALES RAMALES 2 3 SUB-RAMALES 1 4 VIALIDAD AGRICOLA AASHTO 72. PROBLEMA DISEÑAR EL PAVIMENTO DE UNA CARRETERA DE 2 CANALES ( 1 POR SENTIDO ) CON TRAFICO NORMAL Y CON LOS SIGUIENTES DATOS: Tráfico desbalanceado. F. Regional = 1,4 PDT = 4150 vehículos. Terreno fund. CBR=3% VDP = 28% Sub-base. CBR = 25% Tasa de Crecimiento: 2% Base. CBR = 75% Factor Camión = 3,5 Carp. Rod.= 2000 lb. Período de Diseño = 10 años. ASI SE TRABAJA EN UN PCI USO DE LOS PAVIMENTOS AASHTO 72 05,11 02,01 102,01 1 11 95,10 02,0 102,0111 *****%* * 10 10 0 0 LnTcLn Tc fcexactaMas Tc Tc fc DAFucFdsFCVPPDTEE fcEEREE n n AASHTO 72 Fds = 0,50 ; Fuc = 1,0 ; A = 1,20 ; D = 365 fc = 11,05 EEo = 4150*0,28*3,5*0,50*1,0*1,20*365=890673 REE = 890673*11,05 = 9.849.825 CBR = 3% Si = 3,78 CBR = 25% Si = 7,80 ; a3= 0,10 CBR = 75% Si = 9,80 ; a2= 0,135 Estab. Marshall = 2000 lb. ; a1= 0,42 AASHTO 72 Pt = 2,5 Estimación del SN para la sub.-rasante 18W 0001,118825.849.9096.851.91828,5 176,118825.849.9850.583.11184,5 566,218825.849.9376.271.25186679,018825.849.9365.695.6185 REE W EEWSN REE W EEEEWSN REE W EEEEWSN REE W EEEEWSN AASHTO72 SUB-BASE: SNsb =3,10W18= 9.910.496 EEW18/REE=1,006 BASE: SNb = 2,33W18=9.862.940EEW18/REE= 1,001 Cálculo de espesores: SNb = a1*e1 2,33 = 0,42*e1 e1 = 5,547”= 14,09 cm SNsb= a1*e1 + a2*e2 3,10 = 2,33 + 0,135*e2 e2=5,70” e2 = 14,49 cm. SNsr = a1*e1+ a2*e2+ a3*e3 = SNsb + a3*e3 5,28=3,10+0,10*e3 e3= 21,8” = 55,37 cm. AASHTO 72 Chequeo de la capacidad de carga: 05,55341,13310,0905,7 310,010,0*3 025,2135,0*15 880,542,0*14 410,13 537,510,0*37,55 956,1135,0*49,14 917,542,0*09,14 ee ee esConstruiblEspesores OKSNsr AASHTO 72 Espesores definitivos: 14 cm. Carp. Rod 15 cm. Base 55 cm. Sub-base AASHTO 86-93 mieiaiSN Mr SN PSI SNSoZrLogW ** 07,8log32,2 1 1094 40,0 5,12,4 log 20,01log*36,9* 19,5 18 AASHTO 86-93 W18 = Número esperado de repeticiones de ejes equivalentes (EE) a 18.000 Kips en el período de diseño. Zr = Desviación estándar normalizada obtenida de tablas de distribución normal según el nivel de confiabilidad requerido. So = Desviación estándar del error de predicción de tráfico y comportamiento de la estructura. AASHTO 86-93 SN = Indicador de la capacidad estructural ai = Coeficiente estructural de la capa i. ei = Espesor de la capa i. mi = Coef. de drenaje de la capa granular i Δ PSI = Nivel de falla ( Po - Pf) Mr = Módulo resilente del suelo de fund. AASHTO 86-93 Confiabilidad estadística: (Zr. So) El concepto estadístico incorporado en la ecuación AASHTO 93, es una forma de incluir un cierto grado de confiabilidad en el proceso de diseño. En esencia se aplica un factor de confiabilidad (FR) que aumenta el número de repeticiones (W18) que resistiría la estructura que se diseña. Este aspecto es incorporado en el diseño mediante un nivel de confiabilidad (R), el cual se basa en la distribución normal y es función de la desviación estándar (So). AASHTO 86-93 En Venezuela no existe suficiente información para determinar So, el cual se viene ubicando entre 0,40 y 0,50 para pavimentos flexibles. Este criterio ha arrojado factores de seguridad altos, como por ejemplo para So = 0,40 y un nivel de confiabilidad de 95%, se induce un factor de seguridad FS = 5,5. Debido a esto se ha propuesto en el país la sustitución en la ecuación de la AASHTO 93 del término Zr*So por la expresión Log(1/fs), de tal manera que el proyectista pueda incorporar el “fs”en una forma mas racional, evitando un excesivo sobre-diseño de la estructura del pavimento. AASHTO 86-93 Niveles recomendados de confiabilidad (R). Tipo de Vía Urbana Rural Autopista 85 – 99,9 80 – 99,9 Troncales 80 - 99 75 - 95 Locales 80 - 95 75 - 95 Ramales y Vía Agri. 50 - 80 50 - 80 AASHTO 86-93 Valores de Zr en la curva normal para varios grados de confiabilidad. Confiab. (R) Valor de Zr 50 0,00 60 -0,253 70 -0,524 75 -0,674 80 -0,841 90 -1,282 95 -1,645 98 -2,054 AASHTO 86-93 Coeficientes estructurales: Medida relativa en función de la calidad de los materiales a ser considerada en el aporte estructural del pavimento. a cr Función de la Estabilidad Marshall. a b Función del CBR de la base o del MR a sb Función del CBR de la sub-base o del MR. Se pueden determinar a través de los gráficos de AASHTO 72. AASHTO 86-93 Estimación del Módulo Resiliente: El “MR” debe ser considerado para cada unidad de diseño y en función de la humedad del material.. De allí que debe tenerse en cuenta las condiciones climáticas ( caso de Venezuela: período de lluvia, período de transición y período de sequía ). La AASHTO 93 establece una guía para la estimación del MR de diseño en función de un factor daño asociado respecto a una escala establecida para el suelo de Illinois. AASHTO 86-93 AASHTO 93 establece también ecuaciones correlativas para determinar el MR en función del CBR. Esto debido, a la ausencia de equipos en muchos países para la determinación de este parámetro. Estas ecuaciones para el caso del suelo de fundación fueron corregidas por el Dr. Augusto Jugo para ser aplicadas en Venezuela. AASHTO 86-93 psiCBRMRCBR psiCBRMRCBR BASESSUBYBASESPARA psiCBRMRCBR psiCBRMRCBR psiCBRMRCBR MEJORADARASANTESUBRASANTESUB 13327*05,321%80 8660*08,385%80 .... 241ln*4326%20 *3000%20%2,7 *1500%2,7 :... 65,0 AASHTO 86-93 Zonas climáticas de Venezuela: Zona Climática I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Meses Condición Seca 2 6 3 4 6 5,5 6 7 10 7 5 12 Meses Cond Húmeda 2 4 3 4 2 3 3 3 1,5 4 5 0 Meses Cond Saturado 8 2 6 4 4 3,5 3 2 0,5 1 2 0 AASHTO 86-93 Valores de Coeficientes de Drenajes ( mí) Calidad del drenaje Del material usado En la base y/o Sub-base %tiemp. con la estruc. prox. a satur 1% 1% a 5% 5% a25% >25% Región del País XII IX II ,VII, VIII X ,XI I, III, IV, V, VI Excelente drenaje 1,20 1,20 1,20 1,20 Buen drenaje 1,20 1,20 1,10 1,00 Regular drenaje 1,20 1,10 0,90 0,80 Mal drenaje 1,10 0,90 0,80 0,80 Muy mal drenaje 1,00 0,85 0,80 0,80 AASHTO 86-93 Determine el valor SN de la sub-rasante de acuerdo a los siguientes datos: CBR = 5,5% ; Difer. de Servicibialidad = 2,2 Tráfico: REE = 3.600.000 EE. Determine SN para los siguientes valores de confiabilidad: R 50% ; 70% ; 90%. Considere So = 0,45 AASHTO 86-93 007,1 000.600.3 129.625.318 129.625.31871,3524,0%70 017,1 000.600.3 233.661.318 233.661.31843,300,0%50 18 07,8log32,2 1 1094 40,0 5,12,4 log 20,01log*36,9* 19,5 18 REE W EEWSNZrR REE W EEWSNZrR REEW Mr SN PSI SNSoZrLogW AASHTO 86-93 73,3%90 35,3%70 1,3%50 :7,2 0002,1 000.600.3 963.600.318 963.600.31815,4282,1%90 SNR SNR SNR PSIDOCONSIDERAN REE W EEWSNZrR METODO VENEZOLANO PARA EL CALCULO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS Este método conjuga los resultados obtenidos en Venezuela con la aplicación del método de la AASHTO y las investigaciones realizadas por el Grupo SHELL. El método Venezolano se centró en estas dos organizaciones debido a : *El método AASHTO tiene un amplio fundamento y se ha establecido fuertemente en el país. *El método SHELL permite la incorporación de nuevos parámetros de diseño: temperatura, características de la mezcla y tipo de ligante asfáltico. Ecuación Método Venezolano 533,0 0932log*094,0 10*236,3 CBR CBR tNNEV NEV: Número Estructural Venezolano. Es un número indicativo de la capacidad estructural del pavimento requerida para soportar el tránsito previsto durante el período de diseño considerado. Nt: Número de repeticiones de cargas equivalentes esperadas durante el período de diseño considerado. CBR: Capacidad de Soporte ( California Bearing Ratio ) del material considerado. PROCEDIMIENTO DE CALCULO Para simplificar el procedimiento se incluyen 3 planillas para desarrollar el cálculo de espesores paso a paso. En la Planilla I se resumen las unidades de diseño determinadas en la vía en estudio. En la Planilla II se indica la información básica para cada unidad de diseño, incluyendo sus progresivas, datos topográficos( pendiente longitudinal ), clima, tránsito, materiales constituyentes del pavimento, coeficientes estructurales. En la Planilla III se calculan los espesores de las diversas capas que constituyen el pavimento, pudiéndose obtener varias alternativas de diseño. En la determinación de las Unidades de diseño se deben considerar los siguientesaspectos: 1.- Tránsito: La vía puede tener variaciones de tránsito en su desarrollo, lo cual hace que las cargas equivalentes totales (REE) puedan ser de diferente magnitud. 2.- Topografía: Intervienen 2 factores; uno relativo a la pendiente longitudinal (factor Rg) El segundo factor es el efecto del drenaje superficial, ya que en los tramos de drenaje deficiente se deben ejecutar los ensayos de CBR en condición saturados. 3.- Clima: Intervienen 2 factores; el primero es la temperatura ambiental media anual (TMMAA).Fig.2.4 RgNNLuego Rgp p Rg tt *: 1%3.............. 3 4 En función de la TMAA se selecciona el tipo de cemento asfáltico a usar en las mezclas asfálticas y se calcula el Factor Regional de Temperatura (RTa) el cual se aplica al espesor total de mezclas asfálticas. El segundo factor climático es la precipitación anual, la cual afectaría el proceso de ejecución del ensayo de CBR. Una vez obtenida la información básica para cada unidad de diseño, se pasa a calcular los espesores de pavimento en la planilla III. En la planilla III se indican los factores principales obtenidos en la planilla II (Nt, RTa, materiales de subrasante y constituyentes de la estructura del pavimento con sus respectivos coeficientes estructurales (ai) y Número Estructural Venezolano (NEVi). nn eaeaeaNEV *2211 .........** 533,0 0932log*094,0 10*236,3 CBR CBR tNNEV PLANILLA Nº I. UNIDADES DE DISEÑO UNIDADES DE DISEÑO OBRA:____________________________________________________ FECHA:__________________ UBICACIÓN:________________________________________________ UNIDAD DE DISEÑO Nº PROGRESIVAS LONGITUD (Km.) OBSERVACIONES DESDE HASTA PLANILLA Nº III. DETERMINACION DE ESPESORES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 533,0 932,0log094,0 10 *236,3 CBR N NEV iCBR t i DETERMINACION DE LOS ESPESORES DE PAVIMENTOS OBRA: UBICACIÓN: UNIDAD DE DISEÑO FECHA PERIODO DE DISEÑO (AÑOS) N1 CBR emin fatiga FIG Rta FIG MATERIALES MINIMOS ALTERNATIVA ALTERNATIVA ALTERNATIVA DESCRIPCIÓN CBR ó ESTABI L a i NEV i Δ NEV e i e NEV e o e NEV e o e NEV e o TOTALES DIBUJO SSECCI ONESe i = Δ NEV a i NEV = a i e i + a2 e2 +…………………….. an en OBSERVACIONES: Por consideraciones de diseño el espesor de carpetas asfálticas, está dividido en dos partes; los 5 CMS superiores como una capa y el espesor remanente como otra capa, obteniéndose los correspondientes coeficientes estructurales de los gráficos respectivos. 2 1*5 Re........ a aNEV e manenteAsfálticaCarpetadeEspesore b car car El espesor total de la carpeta asfáltica (et=ecar+5) hay que compararlo con el espesor mínimo de carpeta asfáltica determinado por fatiga (e min.f). Fig. 4.8 y 4.9. Si et es menor o igual a e min.f e min.f=e`D Si et>e min.f` et=e`D. Siendo e`D = Espesor de diseño de carpetas asfálticas. Una vez determinados todos los espesores, se aplica el factor regional por temperatura (RTa) al espesor total de carpetas asfálticas (e`D) para obtener el espesor de diseño (e D). e D = e`D*RTa. e D no debe ser menor que e min. Fatiga. Si alguno de los espesores calculados es menor que el indicado por las especificaciones COVENIN, se toma para el diseño éste último. PROBLEMA “METODO VENEZOLANO” Diseñar un pavimento de 10 Kms de longitud, contemplando dos alternativas: la primera empleando una base de piedra picada y la segunda sin esa base. Transito : 5.000.000 REE Período de diseño: 20 años Topografía ( pendiente longitudinal de la vía) 0+000 a 4+600 2% 4+600 a 6+000 5% 6+000 a 10+000 2% Clima: Temperatura media ambiente anual (TMAA)= 24°C. Precipitación: 1600 mm anuales Características de los materiales: Sub-rasante: CBR=3% Material seleccionado: se cuenta con un préstamo de material gravo arcilloso A2-6(2) que puede ser utilizado entre la progresiva 6+000 y la 10+000 como material seleccionado, cuyo CBR es 7%. Sub-base granular: grava estabilizada C11-4 tipo 2 con CBR = 40%. Base granular: Piedra picada C11-5 tipo 1 con CBR = 80%. Cemento asfáltico: Temperatura ambiental 24°C, lo que indica que puede ser utilizado un cemento asfáltico 60-70. Rodamiento: Concreto asfáltico densamente gradado C12-10 tipo II con estabilidad de 1800 libras y vacíos totales de 3%. Densidad real = 2350 Kg/m3. Base intermedia: Concreto asfáltico densamente gradado C12-10 tipo IV con estabilidad Marshall de 1600 lb y vacíos totales de 3,5%. Densidad real = 2350 Kg/m3. Costos. Los costos unitarios totales son: Material seleccionado----------- 35000 Bs Grava estabilizada-------------- 80000 Bs Piedra picada ------------------- 110000 Bs Concreto asfáltico tipo IV---- 160000 Bs Concreto asfáltico tipo II------ 170000 Bs PLANILLA Nº I. UNIDADES DE DISEÑO UNIDADES DE DISEÑO OBRA: CARRETERA EL PLAYON FECHA: UBICACIÓN: UNIDAD DE DISEÑO Nº PROGRESIVAS LONGITUD (Kms) OBSERVACIONES DESDE HASTA 1 0+000 4+600 4,6 PENDIENTE 2% 2 4+600 6+000 1,4 PENDIENTE 5% 3 6+000 10+000 4,0 PEND. 2% MATERIAL SELECCIONADO SABIAS QUE? El signo de puntuación más usado en el mundo es la coma. Un iceberg puede llegar a medir hasta 280 metros de profundidad. Las grandes montañas en un año crecen de 1 a 9 cm. El chocolate es un alimento sumamente nutritivo. Es prácticamente imposible estornudar con los ojos abiertos. Un grifo que gotea pierde 40 litros diarios. Los gorilas pueden llegar a reírse si se les hacen cosquillas. En el transcurso de una hora, los fanáticos de la televisión ven, en promedio145 escenas de violencia. Uno de los nervios de la ballena azul mide 33 metros de longitud. DE LAS ESTATUAS ? Si una estatua es de una persona a caballo y tiene dos patas en el aire, la persona murió en combate. Si el caballo tiene una de las patas frontales en el aire, la persona murió de heridas recibidas en combate. Si el caballo tiene las cuatro patas en el suelo, la persona murió de causas naturales. VIVA LA ENSEÑANZA El ser humano aprende: 10% de lo que leemos. 20% de lo que escuchamos. 30% de lo que vemos. 50% de lo que vemos y escuchamos. 70% de lo que discutimos. 80% de lo que experimentamos personalmente. 95% de lo que enseñamos a otros. GRACIAS POR PERMITIRME APRENDER MAS.
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