Parcial de Pavimentos Escrito (1)

5/22/2018 Parcial de Pavimentos Escrito (1)

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EDGAR LAGUNA PARRA

CAMILO QUINTANA CANABAL

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

VIII SEMESTRE

DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE


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PARCIAL DE PAVIMENTOS

II COHORTE

EDGAR LAGUNA PARRA- COD 0210810050

CAMILO QUINTANA CANABAL- COD 0210810046

DOCENTE:

ING. HECTOR SANCHEZ

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

ABRIL-2012

CARTAGENA D. T. Y C.


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Contenido

GENERALIDADES ______________________________________________________ 3

1. VARIABLE TRANSITO Y CALCULO DE N ___________________________________ 4

2. VARIABLE CLIMA ____________________________________________________ 7

3. VARIABLE SUELO ____________________________________________________ 9

3.1 PERFILES Y UNIDADES DE DISEO DEL SUELO ____________________________ 9

3.2 CBR DE DISEO ____________________________________________________ 11

4. SIFFNESS DE LA MEZCLA ASFALTICA ____________________________________ 15

5. DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE _____________________________________ 20

5.1 DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE POR METODOLOGIA AASHTO ____________ 20

5.2 DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE POR METODO MECANICISTA ____________ 25

5.2.1. Materiales Granulares Para Base y Sub-base. _________________________ 25

5.2.2. Caractersticas de la Mezcla Asfltica________________________________ 26

5.2.3. Clculo De Deformaciones Y Esfuerzos Admisibles. _____________________ 26

5.2.4 Calculo De Deformaciones Y Esfuerzos Reales__________________________ 27

BIBLIOGRAFIA. _______________________________________________________ 30


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GENERALIDADES

En el presente informe se realizara el diseo de un pavimento flexible por mtodo

AASHTO y mecanicista a la va El Estrecho- Balboa, en el sector Puente la Barca (Km 9+

040)- Balboa (Km 23+540). El cual ser producto de una anlisis minucioso de las

caractersticas de la zona por donde cruza la va, teniendo como variables ms

importantes, el trnsito, las condiciones climatolgicas y ambientales y sus condiciones

del suelo.

Para la realizacin del diseo del pavimento de esta va se cuenta con una serie

histrica de transito que va desde el ao 2005 hasta el ao 2011, en esta serie

encontramos el transito promedio diario y la composicin porcentual de automviles,

buses y camiones, y de estos ltimos su distribucin porcentual en sus distintas

categoras. Tambin se cuenta con las condiciones climatolgicas de la zona, en las que

se encuentran las temperaturas medias mensuales, el ndice de calor mensual y la

evapotranspiracin. El estudio de suelos de la zona producto de unos apiques nos

indica la abscisa, la humedad en porcentaje y su profundidad, los lmites lquidos y

plstico y su ndice de plasticidad, una granulometra de la muestra y una clasificacin

y descripcin del suelo a tratar, adems se cuenta con los CBR de los apiques. Y por

ltimo se cuenta con la frmula de trabajo que se tiene para trabajos en la zona,

indicando los parmetros de Marshall.


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1. VARIABLE TRANSITO Y CALCULO DE N

Para el anlisis de la Variable transito se cuenta con la siguiente serie histrica:

Tabla 1.1 Serie Histrica de transitoSERIE HISTORICA DE TRANSITO

AO TPD COMPOSICION (%) COMPOSICION DE LOSCAMIONES (%)

AUTOS BUSES CAMIONES C2G C3 C3-S2 C3-S3

2005 3612 45 12 43 30 10 25 35

2006 3663 47 10 43 28 8 26 38

2007 4170 46 11 43 31 11 27 31

2008 5274 44 13 43 30 12 26 32

2009 5507 46 12 42 33 12 27 28

2010 5471 44 14 42 37 11 25 27

2011 5723 46 14 40 32 12 26 30

Periodo de Diseo: se ha elegido un periodo de diseo de 15 aos debido a la

categora de la va (Secundaria). Y es el tiempo que recomienda el manual INVIAS 2007,

aunque el rango permitido es de 10 a 20 aos.

Graficando el ao vs TPD, y realizando una regresin lineal de la grfica, obtenemos la

ecuacin lineal y el R^2 del trnsito de los ltimos aos y con esto poder predecir la

cantidad de vehculos a circular por esta va durante el periodo de diseo.

Grafica 1.1Regresin de los datos histricos. En la parte superior derecha se observa la ecuacin lineal que describe

la grfica y su R^2.

y = 403,07x - 804593

R = 0,888

0

2000

4000

6000

8000

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

TPD

Aos

TPD


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A partir de la ecuacin de la grfica, podemos proyectar el nmero de vehculos que

utilizaran la va durante los prximos 15 aos (periodo de diseo), en la tabla 1.2 se

observa ms detalladamente los resultados.

Tabla 1.2. Proyeccin del nmero de vehculos que usaran la va durante el periodo de diseo

AO AO TPD TRAFICO ANUAL

0 2012 6383,84 2330102

1 2013 6786,91 2477222

2 2014 7189,98 2624343

3 2015 7593,05 2771463

4 2016 7996,12 2918584

5 2017 8399,19 3065704

6 2018 8802,26 32128257 2019 9205,33 3359945

8 2020 9608,4 3507066

9 2021 10011,47 3654187

10 2022 10414,54 3801307

11 2023 10817,61 3948428

12 2024 11220,68 4095548

13 2025 11623,75 4242669

14 2026 12026,82 4389789

15 2027 12429,89 4536910TOTAL VEHICULOS PERIODO DEDISEO

54936092

Las distribuciones de las proyecciones de los vehculos se presentan a continuacin:

Tabla 1.3 Distribucin de la Proyeccin del nmero de vehculos que usaran la va durante el periodo de diseo

DISTRIBUCION DE VEHICULOS PROYECTADOS

TIPO COMPOSICION, %NUMERO

VEHICULOSAUTOMOVILES 46 25.270.602

BUSES 14 7.691.053

CAMIONES 40 21.974.437

DISTRIBUCION DE LOS CAMIONES

TIPO COMPOSICION, %NUMERO

VEHICULOS

C2G 32,00 7.031.820

C3 12,00 2.636.932

C3-S2 26,00 5.713.354

C3-S3 30,00 6.592.331TOTAL 100,00 21974436,64


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Se procede a determinar el nmero de ejes patrones equivalentes. Para el cual se

utilizaron los Factores de Equivalencia propuestos por la Universidad del Cauca (1996)

para cada tipo de vehculo. Los resultados se observan en la tabla 1.4.

Tabla 1.4 Calculo del nmero de repeticiones de 8.2 Toneladas

TIPO NUMERO VEHICULOS FACTOR DAONUMERO DE EJES

EQUIVALENTES A 8.2TONELADAS

AUTOMOVILES 25.270.602 0 0

BUSES 7.691.053 0,4 3.076.421

C2G 7.031.820 3,44 24.189.460

C3 2.636.932 3,76 9.914.866

C3-S2 5.713.354 4,4 25.138.756C3-S3 6.592.331 4,72 31.115.802

54.936.092 93.435.305

Asumiendo un distribucin direccional del 50% obtenemos el valor de N (ver tabla 1.5)

Tabla 1.4 Calculo de N.

DISTRIBUCION DIRECCIONAL 50

Numero de repeticiones De carga en ejes de 8,2 Ton 46717652,3N 46,2 x10^6

El numero N de repeticiones de carga de 8,2 toneladas es de 46,2 x 10^6.


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2. VARIABLE CLIMA

Las condiciones climticas y de temperaturas en la zona permiten identificar las

condiciones de humedad a las que est expuesto el pavimento, adems del grado de

saturacin de este. Las temperaturas son fundamentales a la hora de calcular el

stiffness de la mezcla asfltica. Para la zona se presentan las siguientes condiciones

climatolgicas:

Tabla 2.1. Condiciones del clima en la zona

MES

PRECIPITACION

(mm)N DE DIAS

QUE LLOVIO

TEMPERATUR

A MEDIA

MENSUAL (C)

INDICE

DE

CALOR

MENSUA

L

EVAPOTRANSPIRACIO

N (mm)Estacin

Palestina

Enero 74 7 20,3 8,31 79

Febrero 95 10 20,2 8,25 71

Marzo 112 12 19,8 8,02 76

Abril 116 12 19,8 8,02 75

Mayo 150 14 19,8 8,02 78

Junio 157 16 19 7,54 70

Julio 158 18 18,1 7,03 65

Agosto 135 14 18,7 7,37 69

Septiembr

e 102 9 18,9 7,49 68Octubre 110 10 19,7 7,96 75

Noviembre 101 14 19,9 8,08 74

Diciembre 84 7 20 8,13 77

Anual 1394 143 19,5 877

Los datos hidrolgicos de la zona permiten analizar el tiempo de exposicin de la va

durante el ao. Esta informacin es un parmetro de diseo para la metodologa

AASHTO y se calcula as:

El porcentaje de exposicin de la via al agua es del 39,17%.

Usando la grfica de la curva de ponderacin de temperatura, la cual se encuentra en

la Shell International petroleum company Limited, Shell Paviment Desing Manual,

London, 1978, en la que definen el factor de ponderacin de las temperaturas y el

clculo de la temperatura media de la zona obtenemos los siguientes datos.


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Tabla 2.2. Temperaturas medias mensuales y factor de ponderacin

MES

TEMPERATURA

MEDIA

MENSUAL (C)

INDICE DE

CALOR

MENSUAL

FACTOR DE

PONDERACION

Enero 20,3 8,31 1,02Febrero 20,2 8,25 1,01

Marzo 19,8 8,02 0,98

Abril 19,8 8,02 0,98

Mayo 19,8 8,02 0,98

Junio 19 7,54 0,9

Julio 18,1 7,03 0,79

Agosto 18,7 7,37 0,88

Septiembre 18,9 7,49 0,89

Octubre 19,7 7,96 0,98

Noviembre 19,9 8,08 0,99

Diciembre 20 8,13 1

Promedio 0,95

Con el dato promedio, volvemos a entrar a la grfica y obtenemos el valor de la

temperatura promedio, la cual es 19,5C. Este dato es necesario al momento de

calcular el Stiffness del asfalto.


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3. VARIABLE SUELO

3.1 PERFILES Y UNIDADES DE DISEO DEL SUELO

Para determinar el nmero de unidades de diseo es necesario conocer la composicin

estratigrfica del suelo, esta se obtuvo realizando apiques en algunas abscisas

caractersticas, la informacin obtenida de los ensayos y anlisis realizados a las

muestras de los apiques se encuentra resumida en la tabla 3.1.

Con los datos de la evaluacin geotcnica que se obtuvo de los apiques, se pueden

graficar los perfiles estratigrficos de la zona de diseo, perfiles de lmites y perfiles de

humedad. A partir de estos perfiles se pueden definir las unidades de diseo.

PERFILES DE HUMEDAD

Grafica 3.1.1 valores de los lmites lquido y plstico y humedad natural del terreno a lo largo de la via.

A pesar que como se vio anteriormente la humedad durante el ao en la zona es

bastante alta, esta siempre se encuentra por debajo de los lmites lquido y plstico del

suelo por donde se desarrollara la va, la principal explicacin de esto, principalmente

en los primeros kilmetros es que es un suelo muy granular, lo que permite que el

agua se infiltre. A medida que seguimos en la grfica la humedad est ms cerca de la

limites lquido y plstico lo cual es desventajoso porque debido a que llueve mucho en

la zona puede ocurrir que la humedad supere los lmites y el suelo adquiera

0

10

20

30

40

50

60

K10+040

K11+040

K11+540

K12+540

K13+040

K13+540

K14+040

K14+540

K15+040

K15+540

K16+040

K16+540

K17+040

K17+540

K18+040

K18+540

K19+040

K19+540

K20+040

K20+540

K21+040

K21+540

K22+040

K22+540

K23+040

K23+540

PERFILES DE LIMITES Y HUMEDAD

HUMEDAD LIMITE LIQUIDO LIMITE PLASTICO


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propiedades no deseadas en l, esta tramo del suelo es arcilloso con mezclado con

materiales granulares en menor proporcin. Esta descripcin del suelo es ms fcil de

visualizar en el perfil estratigrfico.

Partiendo de la tabla 3.1 y observando los grficos el grafico del perfil estratigrfico,

podemos definir dos unidades de diseo:

Desde la abscisa K9+340 hasta la K13+540 las caractersticas del suelo son similares,

entre estas encontramos en mayor parte arenas limosas con grava (SM), gravas

arcillosas con arena (GC) y arenas arcillosas con grava (SC); Debido a esto

denominaremos este tramo como unidad de diseo N1 (Grafica 3.1.2).

A partir de la abscisa K13+540 podemos observar que la composicin estratigrfica del

suelo cambia notablemente, pasamos de un suelo compuesto principalmente por

arenas y gravas, a un suelo compuesto esencialmente por arcilla ligera arenosa (CL) yarena arcillosa con grava (SC). A pesar que hay presencia de arenas y gravas,

predomina ms la presencia de las arcillas lo cual hace el suelo presente mayor

plasticidad. Debido a estas consideraciones se considera a partir de la abscisa K13+540

hasta la K23+540 como la unidad de diseo N2. (Grafica 3.1.2)


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3.2 CBR DE DISEO

Definidas las dos unidades de diseo, se realizan los clculos de los CBR de diseo para

estas unidades, los procedimientos se describen a continuacin:

CBR DE DISEO UNIDAD 1.

Para esta unidad de diseo fue necesario calcular el valor de CBR de cada una de ellas,

usando el apndice CC1 del manual AASHTO. Las frmulas utilizadas son:

Y con este valor entrar en la siguiente formula y calcular el CBR:

Los clculos del CBR se ven reflejados en la tabla 3.2.1

Tabla 3.2.1 Clculo del CBR de la unidad de diseo 1.

ABCISA(km + m)

I.P

GRADACIN CLASIFICACIN

Wpi CBRNo. 200 AASHTO USC

K9+340 14,7 16,1 GC 2,37 27,5

K10+040 11,2 33 SC 3,70 20,3

K11+540 8,8 8,6 GW-GC 0,76 48,4

K12+540 3,2 18 GM 0,58 52,8

K13+040 6,4 13,8 GC-GM 0,88 45,6

K13+540 3,2 17,7 GM 0,57 53,1

Con estos valores de CBR, procedemos a calcular el CBR de diseo. Es necesario antes

ordenar los valores de CBR y calcular el nmero de CBR iguales o mayor y susrespectivo porcentaje, los resultados estn en la tabla 3.2.2.


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Tabla 3.2.2

ABCISA(km +

m)

I.P GRADACIN

CLASIFICACIN Wpi CBR CBRORDEN

ADO

CBR IGUALO MAYOR

% CBR IGUALO MAYOR

No. 200 AASHTO

USC

K9+340 14,7 16,1 GC 2,37 27,5 20 6 100

K10+04

0

11,2 33 SC 3,70 20,3 28 5 83

K11+54

0

8,8 8,6 GW-GC 0,76 48,4 46 4 67

K12+54

0

3,2 18 GM 0,58 52,8 48 3 50

K13+04

0

6,4 13,8 GC-GM 0,88 45,6 53 2 33

K13+54

0

3,2 17,7 GM 0,57 53,1 53 1 17

Procedemos a graficar los valores de CBR ordenado vs porcentaje de CBR igual o

mayor, como el nmero de ejes de 8,2 toneladas es mayor que 1x10^6, el porcentaje

de CBR de diseo tiene que ser mayor a 87.5.

Grafica 3.2.1 CBR vs % de CBR igual o mayor

El CBR de diseo de la sub-rasante es de 27, el cual es bastante alto, debido a que el

terreno es granular y tiene unas propiedades de resistencia al corte muy buenas.

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

%CBRIGUALOMAYOR

CBR


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CBR DE DISEO UNIDAD 2.

Los valores de CBR para este tramo estn organizados en la siguiente tabla, en l se

encuentran el nmero del apique, los valores de la abscisa, el lado del apique y el CBRrespectivo, adicionalmente se organizan los valores de CBR del menor al mayor, otra

columna con el nmero de valores de CBR iguales o mayores a cada uno y finalmente

el porcentaje de valores de CBR iguales o mayores.

Tabla 3.2.3 Valores de CBR de la unidad 2.

APIQUE ABSCISA LADOCBR(%)

CBROrdenado

N CBR Iguales omayores

% CBR Igualo mayor

1 K13+540 D 9 3,3 16 100

2 K14+040 I 11,9 3,3 16 1003 K14+540 D 7,9 3,6 14 87,5

4 K15+040 I 3,3 4,2 13 81,25

5 K15+540 D 4,6 4,6 12 75

6 K16+040 I 6,9 6,9 11 68,75

7 K16+540 D 13,8 6,9 11 68,75

8 K17+040 D 11 7,9 9 56,25

9 K17+540 D 10,4 9 8 50

10 K20+040 I 6,9 10,4 7 43,75

11 K21+040 I 10,8 10,8 6 37,5

12 K21+540 D 10,8 10,8 6 37,5

13 K22+040 I 10,8 10,8 6 37,5

14 K22+540 D 3,6 11 3 18,75

15 K23+040 I 4,2 11,9 2 12,5

16 K23+540 I 3,3 13,8 1 6,25

Procedemos a graficar el CBR ordenado vs el % de CBR igual o mayor. Y obtenemos la

siguiente grfica.


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Grfica 3.2.2. CBR ordenado vs % CBR igual o mayor.

La Tabla 3.2.4 contiene los porcentajes con lo que se calcular el valor de CBR

dependiendo del nmero de ejes de 8,2 Ton que pasarn por la va:

Tabla 3.2.4 Percentil recomendado para CBR de diseo

Transito N % CBR

Alto > 10^6 87.5

Medio 10^4 - 10^6 75

Bajo < 10^4 60

Debido a que ejes de 8,2 Ton, es decir, un trnsito alto. Enconsecuencia, el valor de CBR de diseo que se obtiene a partir de la grfica, para unpercentil de 87,5%, es 3.4, el cual es permitido por ser mayor que 3, sin embargo por el

hecho de tratarse de un CBR bastante bajo y debido a las condiciones de humedad y

de lluvia del tramo, se debera considerar la idea de mejorar este tramo de sub-

rasante.

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16

%CBRIGUALOMAYO

R

CBR ORDENADO


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4. SIFFNESS DE LA MEZCLA ASFALTICA

Para el diseo de pavimento flexible se requiere conocer el valor del mdulo de

elasticidad de la carpeta asfltica, tanto con el mtodo de la ASSHTO como por el

mtodo mecanicista. Para conocer este valor se utiliza la metodologa propuesta por la

SHELL para el clculo del mdulo dinmico o Stiffness de la mezcla asfltica.

Temperatura Media Anual Ponderada Del Ambiente.

Para conocer el valor de la temperatura media anual del ambiente tenemos que partir

de conocer las temperaturas medias mensuales, las cuales las relacionamos en la tabla

4.1, luego utilizando la curva de ponderacin de temperaturas propuesta por la SHELL

determinamos el factor de ponderacin para cada una de las temperaturas medias

mensuales. Posteriormente procedemos a calcular el promedio del factor de

ponderacin y con este valor se determina el valor de la temperatura media anual en

la curva de ponderacin de la SHELL. Toda esta informacin se encuentra resumida en

la Tabla 4.1.

Tabla 4.1.Temperaturas medias y factores de ponderacin.

MESTEMPERATURA

MEDIA MENSUAL (C)

INDICE DE CALOR

MENSUAL

FACTOR DE

PONDERACION

Enero 20,3 8,31 1,02

Febrero 20,2 8,25 1,01

Marzo 19,8 8,02 0,98

Abril 19,8 8,02 0,98

Mayo 19,8 8,02 0,98

Junio 19 7,54 0,9

Julio 18,1 7,03 0,79

Agosto 18,7 7,37 0,88

Septiembre 18,9 7,49 0,89

Octubre 19,7 7,96 0,98

Noviembre 19,9 8,08 0,99

Diciembre 20 8,13 1

PROMEDIO 0,95

TEMPERATURA PROMEDIO 19,5

Luego de conocer la temperatura media anual del ambiente tenemos que conocer la

temperatura de la mezcla asfltica. Esta se determina utilizando la grfica 5.1,entramos con el valor de la temperatura media anual, pero como aun no conocemos el


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espesor de la carpeta asfltica utilizamos un valor promedio entre el mximo y el

mnimo. Debido a las consideraciones anteriores tenemos que la temperatura de la

mezcla es de 29C.

Grafica 4.1. Relacin entre la temperatura efectiva de las capas y la temperatura media del ambiente.

Stiffness Del Asfalto

Para calcular el Stiffness del asfalto inicialmente se conocen los siguientes datos:

Como no conocemos el para poder calcular el , podemos hallarlo con el yel ndice de penetracin IP, y utilizando la grfica 4.2. Primero trazamos una lnea


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desde el punto A hasta cortar en la escala del ndice de penetracin, para nuestro

caso hasta cortar en 1, seguido a esto ubicamos el punto de penetracin de 85 (1/10)

mm a 25C, luego procedemos a trazar una lnea paralela a la primera que pase por el

punto hasta contar la escala superior donde podremos leer el valor del , elcual nos da de 54C.

Grafica 4.2.Nomograma para calcular el ndice de penetracin y la temperatura

Ahora se puede calcular la diferencia de temperaturas entre el y .

Grafica 4.3.Nomograma de Van Der Poel para determinar el modulo dinmico (Stiffness) del asfalto.


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Utilizando la grfica 4.3 y considerando un tiempo de aplicacin de la carga de 0.02

segundos podemos encontrar el Stiffness del asfalto, el cual nos da .

Grafica 4.4.Nomograma para el clculo del mdulo dinmico (Stiffness) de las mezclas asflticas.

Stiffness De La Mezcla Asfltica

La SHELL recomienda utilizar la grfica 4.4 para el clculo del Stiffness de la mezcla

asfltica, en la cual se entra con el Stiffness del asfalto y del volumen de concreto

asfaltico en la mezcla, el valor del Stiffness para este diseo es de ,el cual podemos observar que se encuentra por fuera de los rangos que cubre la

grfica, debido a esto utilizamos las siguientes ecuaciones:

*

+

[

]


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Remplazando en las ecuaciones anteriores encontramos que y, entonces podemos obtener el Stiffness de la mezcla de la siguientemanera:

[

]


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5. DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

5.1 DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE POR METODOLOGIA

AASHTO

La ecuacin a utilizar para este mtodo es la siguiente:

Donde

D1: valor del espesor de la carpeta asfltica

D2: valor del espesor de la base

D3: valor del espesor de la sub-base.

Antes de proceder a los clculos es necesario saber que el valor de los espesores de

capa tiene un mnimo recomendado para diseo de pavimentos de medios y altos

volmenes como es el presente caso, estos son:

D1 mnimo = 11 cm

D2 mnimo= 16 cm

D3 mnimo = 16 cm

Unidad 1:

Para el clculo de esta unidad de diseo se cuenta con la siguiente informacin:

Tabla 5.1 Informacin necesaria para Disear el pavimento flexible.

DATOS NECESARIOSCBR subrasante 27

N x 10 ^6 (N de ejes de 8.2 Ton) 46,2

% Confiabilidad 90

So 0,45

Pp 4,5

Pf 2

Drenaje BUENO

% de Saturacion 25

CBR Sub-base 40

CBR Base 70

Modulo (PSI) 420000


22/31

21

SN Requerido 2,66

SN1 1,88

SN2 2,31

a1 0,42

a2 0,13

a3 0,12

m2 1

m3 1Fuente de los datos:

So- recomendado para trficos variables

Los valores de SN fueron calculados con el programa AASHTO 93.

Los valores de a1, a2, a3, m2 y m3 fueron obtenidos de los nomogramas del manual AASHTO.

Como se puede observar la suma de SN1+SN2> SN requerido, esto es debido al CBR de

diseo de la unidad 1, la cual es muy buena, debido a que se trata de un materialgranular, que posee caractersticas de resistencia muy buenas. Esto nos permite

disear el pavimento flexible sin necesidad de utilizar la capa de sub-base. Los

procedimientos de clculo se describen a continuacin:

CALCULO DE LA PRIMERA CAPA (CARPETA ASFALTICA).

Como SN1= a1*D1, podemos despejar y calcular D1, los clculos se resumen en la

siguiente tabla:

Tabla 5.2 Calculo del espesor de la carpeta asfltica

Mr Subrasante(PSI)

SN1 a1 (tabla1)

D1 (pulg) D1 (cm) D1* (cm) D1* (pulg) SN1*

40500 1,88 0,42 4,48 11,37 12,00 4,72 1,98

El espesor de la carpeta asfltica es de 12 cm.

CALCULO DE LA SEGUNDA CAPA (BASE).

Como SN2= a2*D2*m2, despejamos D2 y obtenemos:

Tabla 5.3 Calculo del espesor de la base.

Mr Base SN2 a2 m2(tabla 2)

D2 (pulg) D2 (cm) D2*(cm) D2*(pulg)

SN2*

105000 2,31 0,13 1 6,00 15,24 16,00 6,30 2,82

El espesor de la base es de 16 cm.


23/31

22

Unidad 2:

Como bien se pudo observar, el valor del CBR de diseo de la unidad 2 tuvo un valor de

3,4, el cual es un valor permitido por ser mayor que 3, sin embargo no deja de ser un

valor de CBR muy pobre, por lo que se hace necesario el mejoramiento de la sub-

rasante. El procedimiento ser el propuesto por IVANOV para el cual se usa la siguiente

ecuacin:

Dnde:

Mdulo de la subrasante mejorada,

Mdulo de la subrasante existente,

Modulo del material de mejoramiento,Radio de carga (usualmente 10.76 cm)Espesor del material de mejoramiento de subrasante,

En la Tabla 5.4 se resumen los clculos:

Tabla 5.4 Calculo de la estabilizacin de la sub-rasante con 3 posibles materiales con CBR distintos y

distintos espesores.

ESTABILIZACION DE LA SUB-RASANTE METODO DE IVANOVCBR E-SR E-mej

N h (cm) a (cm) Ecc (Kg/cm2)CBR

mejoradoACTUAL MEJORADO Kg/ cm2 Kg/cm2

3,4 6 340 600 1,26 10 10,76 416,85 4,2

3,4 8 340 800 1,41 10 10,76 457,94 4,6

3,4 10 340 1000 1,54 10 10,76 491,36 4,9

3,4 6 340 600 1,26 15 10,76 453,92 4,5

3,4 8 340 800 1,41 15 10,76 519,04 5,2

3,4 10 340 1000 1,54 15 10,76 573,43 5,7

3,4 6 340 600 1,26 20 10,76 486,42 4,9

3,4 8 340 800 1,41 20 10,76 574,49 5,7

3,4 10 340 1000 1,54 20 10,76 649,60 6,5

3,4 6 340 600 1,26 25 10,76 514,04 5,1

3,4 8 340 800 1,41 25 10,76 623,06 6,2

3,4 10 340 1000 1,54 25 10,76 717,73 7,2

El valor resaltado en la tabla equivale al nuevo CBR de diseo de la subrasante, este

fue escogido ya que es un valor considerablemente bueno y es el ms econmico

desde el punto de vista tcnico (CBR mnimo esperado 5), la subrasnate existente


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23

deber ser mezclada con 15 cm de un material mejor con la principal caracterstica de

tener un CBR de 8.

Ahora con el valor de CBR mejorado procedemos a realizar el diseo del pavimento

flexible, el cual se describir en las siguientes tablas:

Tabla 5.5 Informacin necesaria para Disear el pavimento flexible de la unidad 2.

DATOS NECESARIOS

CBR subrasante 5,2

N x 10 ^6 (N de ejes de 8.2 Ton) 46,2

% Confiabilidad 90

So 0,45

Pp 4,5Pf 2

Drenaje Bueno

% de Saturacin 39

CBR Sub-base 40

CBR Base 70

Modulo (PSI) 420000

SN Requerido 4,82

SN1 1,89

SN2 2,34

a1 0,43

a2 0,13

a3 0,12

m2 1

m3 1Fuente de los datos:

So- recomendado para trficos variables

Los valores de SN fueron calculados con el programa AASHTO 93.

Los valores de a1, a2, a3, m2 y m3 fueron obtenidos de los nomogramas del manual AASHTO.

A partir de esta informacin, procedemos a realizar el clculo de los espesores de cada

una de las capas que conformara el pavimento de la unidad de diseo 2

CALCULO DE LA PRIMERA CAPA (CARPETA ASFALTICA).

Como SN1= a1*D1, podemos despejar y calcular D1, los clculos se resumen en la

siguiente tabla:

Tabla 5.6 Calculo del espesor de la carpeta asfltica de la unidad 2.

Mr Subrasante(PSI) SN1

a1(tabla 1) D1 (pulg) D1 (cm) D1* (cm) D1* (pulg) SN1*

7800 1,89 0,43 4,40 11,16 12,00 4,72 2,03


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24

El espesor de la carpeta asfltica es de 12 cm.

CALCULO DE LA SEGUNDA CAPA (BASE).

Como SN2= a2*D2*m2, despejamos D2 y obtenemos:

Tabla 5.7 Calculo del espesor de la base del pavimento de la unidad 2.

Mr Base SN2 a2 m2(tabla 2)

D2 (pulg) D2 (cm) D2*(cm) D2*(pulg)

SN2*

105000 2,34 0,13 1 6,00 15,24 16,00 6,30 2,87

El espesor de la base es de 16 cm.

CALCULO DE LA TERCERA CAPA (SUB-BASE)

SN3= a3*D3*m3, despejamos D3 y se tiene:

Tabla 5.8 Calculo del espesor de la sub-base en la unidad 2.

MrSub-base

SN3 a3 m3(tabla

2)

D3(pulg

)

D3(cm)

D3*(cm)

D3*(pulg

)

SN3*

6000

0

4,82 0,1

2

1 6,00 15,2

4

16,00 6,30 4,96

El espesor de la sub-base es de 16 cm.


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25

5.2 DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE POR METODO

MECANICISTA

El Mtodo Mecanicista utiliza un sistema de diseo teniendo en cuenta la deformacinhorizontal por traccin (t ) y la deformacin vertical (v), en la fibra inferior de la

carpeta asfltica la deformacin horizontal (t ) no puede sobrepasar cierto valor

admisible, de lo contrario se pueden ocasionar agrietamiento del pavimento y en la

subrasante la deformacin vertical (v) por compresin no puede sobrepasar su valor

admisible, de lo contrario se pueden ocasionar deformaciones permanentes en la

estructura del pavimento. Lo que significa que el mtodo mecanicista consiste en el

clculo de los esfuerzos y deformaciones que actan en la estructura de pavimento

para una combinacin establecida de espesores de las capas de materiales y

corroborar que no sobrepasen los valores admisibles.

5.2.1. Materiales Granulares Para Base y Sub-base.

Por el mtodo mecanicista en primer lugar se necesita conocer el mdulo de

elasticidad en de la subrasante, la cual se puede calcular por la siguienteecuacin:

De igual manera se necesita conocer el mdulo de la base y sub-base, estos mdulos

se pueden calcular por un par de ecuaciones propuestas por la SHELL, estas ecuaciones

correlacionan este mdulo con el espesor de la capa y el mdulo de la capa

subyacente. Estas ecuaciones son vlidas para un rango de .Las ecuaciones son las siguientes:

En ltimo lugar se determina la relacin de Poisson para el material de cada una de las

capas que se obtiene de la tabla 5.2.1.

Tabla 5.2.1Relacin de Poisson

RELACION DE POISSON

Concreto asfaltico 0.5

Base granular 0.35

Sub-base Granular 0.35

Subrasante 0.4


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26

5.2.2. Caractersticas de la Mezcla Asfltica

Para empezar el diseo del pavimento flexible por el mtodo mecanicista necesitamos

conocer las caractersticas principales de la mezcla asfltica, que ya fueron calculados

en los puntos anteriores, a continuacin las relacionamos:

5.2.3. Clculo De Deformaciones Y Esfuerzos Admisibles.

Como ya habamos descrito el mtodo Mecanicista consiste en calcular la deformacin

horizontal por traccin (t) en la fibra inferior de la carpeta asfltica y la deformacin

vertical por compresin (v) en la subrasante y compararlos con unos esfuerzos y

deformaciones admisibles, a continuacin procederemos al clculo de dichas

deformaciones y esfuerzos.

5.2.3.1 Deformacin por traccin admisible en la fibra inferior de la

carpeta asfltica.

La SHELL propone utilizar la siguiente ecuacin en la cual se relaciona esta

deformacin con el volumen del asfalto, el Stiffness de la mezcla y el nmero de ejes

equivalentes de 8.2 toneladas.

( )

5.2.3.2 Deformacin por compresin admisible de la subrasante.

La SHELL propone varias ecuaciones dependiendo del nivel de confiabilidad y del

trnsito para calcular la deformacin admisible, dependiendo del trnsito y del nivel de

confiabilidad. Para un nivel de confiabilidad del 95% y un trnsito de 46.2 x 106,

tenemos siguiente ecuacin:


28/31

27

5.2.3.3 Esfuerzo de compresin admisible en la subrasante.

Existen una ecuacin con diferentes valores de la constante C para el clculo del

esfuerzo de compresin, decidimos utilizar la ecuacin con el valor de C propuesto por

Dormony Kerhove, debido a que nos ofrece un valor central con respecto a los dems.

Debido a que en nuestro diseo definimos 2 unidades se tienen varios y en launidad 2 se utilizo un material de mejoramiento.

5.2.4 Calculo De Deformaciones Y Esfuerzos Reales

El clculo de las deformaciones y esfuerzos reales los realizamos con ayuda del

software de diseo de pavimentos Windepav 2.0. El programa fue elaborado por la

Universidad del Cauca y diseado por el ingeniero Luis Ricardo Vzquez Varela (2005)

para la Investigacin Nacional de Pavimentos de Colombia - INPACO - de 1994. El

programa nos pide como datos de entrada los mdulos de elasticidad, coeficientes de

Poisson y los espesores de las diferentes capas.

Tabla 5.2.4.1.Diseo de la unidad N1 segn el mtodo Mecanicista

Espesor (mm)CBR

subrasante

Mr Esb Eb admisib

le

Carpeta

asf.

BaseSub-

base

Kg/cm2 Kg/cm

2 Kg/cm

2 Kg/cm

2

150 200 160 27 1367,44 2683,89 6440,53 1,503

admisible calculada admisible calculada admisible calculada1,17 *10-4 1,15 2,17 0,34 1,15 0,69

Tabla 5.2.4.2. Diseo de la unidad N2 segn el mtodo Mecanicista

Espesor (mm)CBR subrasante

Mr Esb Eb z admisible

Carpeta asf. Base Sub-base Kg/cm2 Kg/cm

2 Kg/cm

2 Kg/cm

2

250 300 160 5,2 422,16 828,01 2156,7 1,50


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28

admisible calculada admisible calculada admisible calculada1,17 1,13 2,17 0,74 1,15 0,11

En las Tabla 5.2.4.1 y 5.2.4.2 se muestran los resultados obtenidos para las dos

unidades de diseos definidas anteriormente. Para la unidad de diseo N1(tabla5.2.4.1) podemos observar que las deformaciones y el esfuerzo son aceptables para

unos espesores de 150 mm de carpeta asfltica, 200 mm de base granular y 160 mm

de sub-base granular. De la misma manera, podemos ver en la tabla 5.2.4.2 la unidad

de diseo N2 que para unos espesores de 250 mm de carpeta asfltica, 300 mm de

base granular y 160 mm de sub-base granular nos dan valores aceptables de las

deformaciones y del esfuerzo. En las grficas 5.2 y 5.3 podemos ver los resultados de

los esfuerzos y deformaciones como los arroja el software WINDEPAV.

Grafica 5.2.Resultados de Windepav de diseo de unidad N1 por mtodo mecanicista.


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29

Grafica 5.3.Resultados de Windepav de diseo de unidad N2 por mtodo mecanicista.


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BIBLIOGRAFIA.

MONTEJO ALFONSO. Ingeniera de pavimentos para carreteras.

Manual de diseo de pavimentos asfalticos para vas con medios y altos

volmenes de transito-1998

Manual de diseo de pavimentos asfalticos para vas con bajos volmenes de

transito- 2007

Appendix CC-1: Correlation of CBR values whit soil index properties. Guide for

mechanistic-empirical design of new and rehabilitated pavement structures.

Parcial de Pavimentos Escrito (1)

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