CLASE 03 - ubooks.s3. · PDF fileurbanos (aceras y pavimentos) – Manual de diseño geométrico de vías urbanas zNormas ASTM zNormas AASHTO. ICG

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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO

DISTANCIA – CLASE 03

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA

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

CLASE 03

DISEÑO DE PAVIMENTOS

MMéétodo AASHTO todo AASHTO 20022002




Proceso de diseño

Modelos de respuestaFisuramiento por fatiga de abajo hacia arriba

Fisuramiento por fatiga de la superficie hacia abajo




Modelos de respuesta

Fatiga en bases estabilizadas químicamente

Deformación permanente (ahuellamiento)

Fisuramiento por temperatura

Fisuras por fatiga

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

281.19492.3'1

1100432.0 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ECkN

tf ε




Factor de corrección por espesor

)49.302.11(

'1

1003602.0000398.0

1

ache

k−+

+=

)8186.2676.15(

'1

11201.0

1

ache

k−+

+=

Fisuras de abajo hacia arriba

Fisuras de arriba hacia abajo

Factor de ajuste de laboratorio a campo

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

+=69.084.4

10 ba

b

VVV

C

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




Ejemplo de diseño

Datos similares a los anterioresAdicionalmente:Nivel de diseño:3Tipo de vehículo: 5 con carga de 18,000lb por ejeClima moderadoCondiciones de falla:– Fisuras de abajo hacia arriba : 25% del área– Ahuellamiento total: 0.5”

Fisuras de arriba hacia abajo




Fisuras de abajo hacia arriba

Ahuellamiento Total

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

∑= iip hRD ε

SGGBACTOTAL RDRDRDRD ++=




Ahuellamiento en la carpeta

Donde:εp=deformación plásticaεr deformación resilenteN=Nº de repeticiones de cargaT= temperaturahac=espesor de la carpetaProfund=profundidad del punto de análisis

479244.05606.14488.31 10 NTk

r

p −=εε

Ahuellamiento en la carpeta

( )profund

acac

acac

profundhh

hhk 328196.0

428.277331.1172.0

342.174868.21039.02

2

1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+−

+−+−=

( )yxzrz Eμσμσσε −−= *

1

∑=

Δ=

Δ=Δn

ii

ipi

RDRD

hRDi

1

ε




Ahuellamiento de las capas granulares

( ) heN vN

r

oGBa ε

εεβδ

βρ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Donde:βBG SG =factor de calibraciónε =deformación vertical en la capaβ, ρ, εο =propiedades de los materialesN=Nº de repeticionesh=espesor de la capa

Ahuellamiento de la sub rasante

Donde:βBG SG=factor de calibraciónε=deformación vertical en la capaβ, ρ, εo=propiedades de los materiales

– N=Nº de repeticiones– h=espesor de la capa

( ) heN vN

r

oSGa ε

εεβδ

βρ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=




Parámetros

( )( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−=

−−=

9

1

2015.0ln

10110

017638.061119.0log1

99

br

br

EECo

Co

Wc

β

βρ

β

Donde:Wc: contenido de humedadEr= mòdulo resilente del material

Deformación permanente: Ahuellamiento




Deformación permanente al nivel de confiabilidad

( ) ( ) pRDSGRDAGRDACi

i ZSeSeSeRDPRD 222_ +++= ∑

Donde:

Se: error estandar por tipo de componenteRD: ahuellamiento al 50% de confialibilidadZp: desviación estándar normal

Rugosidad




Resumen de resultados

Normas y Normas y EstEstáándaresndares




Normas en carreteras

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

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

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

Normas en carreterasNormas 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 ASTMNormas AASHTO




SubSub Rasante y Suelo Rasante y Suelo de fundacide fundacióónn

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




Objetivos del estudio de suelos

Estudiar las propiedades mecánicas, físicas y químicas del suelo para la cimentación del pavimento, estructuras viales y estabilidad de taludesEstudiar la factibilidad técnica del alineamiento horizontal y verticalClasificar los tipos de materiales para corteEstablecer el nivel freáticoLocalizar y caracterizar los materiales de cantera

Estudio y conocimiento de la subrasante y suelo de fundación

Caso: Vía apoyada solo en relleno

Caso: Capas sobre estructura

rellenorellenoSuelo Suelo naturalnatural

rellenorelleno




Alcances del estudio de suelos

Ensayos de laboratorioDeterminación del suelo característico de la sub-rasanteSelección del valor de resistencia de diseño del suelo de fundación

Etapas del estudio de suelosReconocimiento: con el objeto de determinar la geología de la zona y elaborar la hipótesis del suelo (probable perfil)Investigación Preliminar: basada en el reconocimiento se ejecuta un número limitado de sondeos y ensayos para verificar la hipótesis del subsueloInvestigación definitiva: Permite determinar los valores finales de resistencia y estratigrafía para el diseño del pavimento




Pasos para el estudio de suelos

Efectuar una revisión de la información topográfica y geológica de la zonaSelección 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.


• 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




Pasos para el estudio de suelosEfectuar las excavaciones o perforaciones mediante:– Calicatas– Trincheras– Perforaciones con posteadora– Perforaciones con diamantina

Pasos para el estudio de suelosTomar muestras representativas alteradas e inalteradas

Tubos de pared delgada (Tubos de pared delgada (shelbyshelby))Tubos de pared partida Tubos de pared partida

((muestreadormuestreador SPT)SPT)




Ensayo de penetración

Pasos para el estudio de suelosClasificar los suelos de acuerdo al Sistema AASHTO o SUCSDeterminar el perfil estratigráfico de suelos




Pasos para el estudio de suelos

Realizar ensayos de relación densidad-humedad (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 resilenciaUsando el perfil estratigráfico seleccionar el módulo resilente de diseño.

Tipos de fallas de terraplenes




Tipos de fallas de terraplenes

Ensayos inEnsayos in--situsitu




Ensayos en la subrasanteEnsayos 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 ligerode cono PDC




Penetrómetro dinámico ligero de cono PDC


• 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




Relación entre el PDC y el SPT

Correlaciones entre el PDC y CBR (Perú)




CBR in-situ

Módulo de reacción de la sub-rasante

Δ=

σk

MMóódulodulo de de reaccireaccióónn de de subrasantesubrasante (k)(k)

s: s: presipresióónn que que transmitetransmite placaplaca alal suelosueloD: D: deformacideformacióónn fijadafijada previamentepreviamente




Correlación de k con lasPropiedades del Suelo

Tipo de suelo Densidad CBR (%) k (kg/cc)(g/cc)

A-1-a, bien gradada 2.10 – 2.35 60 – 80 8.3 – 12.5A-1-a, pob. gradada 2.02 – 2.18 35 – 60 8.3 – 11.1A-2-4 ó 5, gravosa 2.18 – 2.44 40 – 80 8.3 – 13.8A-2-4 ó 5, arenosa 2.02 – 2.27 20 – 40 8.3 – 11.1 A-3 1.76 – 2.02 15 – 25 4.2 – 8.3A-4, limo 1.51 – 1.76 4 – 8 0.7 – 4.6A-5, limo 1.34 – 1.68 5 – 15 1.1 – 6.1A-6, arcilla plástica 1.68 – 2.10 5 – 15 0.7 – 7.1A-7-5, arcilla mod. plást. 1.51 – 2.10 4 – 15 0.7 – 6.0A-7-6, arcilla alta plast. 1.34 – 1.85 3 – 5 1.1 – 6.1

Correlaciones




FWD (Falling weightDeflectometer)

Falling Weight Deflectometer (FWD)




Densidad de campo

Ensayos de Ensayos de laboratoriolaboratorio




Ensayos en la subrasanteEnsayos de caracterización: – Contenido de humedad– Análisis granulométrico– Límite líquido y plástico– Peso específico– Compactación– Densidad de campo– Permeabilidad

Granulometría




Granulometría

Limites de consistencia




Límites de consistencia

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