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ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia / Av. Jorge Basadre 1199, San Isidro, LIMA, PERUTelefax: (51 - 1) 4217896 / Portal: www.construccion.org.pe / e-mail: [email protected]
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
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DISEÑO DE PAVIMENTOSM.Sc. JOSE RAFAEL MENENDEZ ACURIO
DISTANCIA – CLASE 03
Proceso de diseño
Modelos de respuestaFisuramiento por fatiga de abajo hacia arriba
Fisuramiento por fatiga de la superficie hacia abajo
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DISTANCIA – CLASE 03
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
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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 (%)
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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
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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 ++=
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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
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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⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
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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
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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
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Resumen de resultados
Normas y Normas y EstEstáándaresndares
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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
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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
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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
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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
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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.
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 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)
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Ensayo de penetración
Pasos para el estudio de suelosClasificar los suelos de acuerdo al Sistema AASHTO o SUCSDeterminar el perfil estratigráfico de suelos
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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
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Tipos de fallas de terraplenes
Ensayos inEnsayos in--situsitu
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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
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DISTANCIA – CLASE 03
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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DISTANCIA – CLASE 03
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
Δ=
σk
MMóódulodulo de de reaccireaccióónn de de subrasantesubrasante (k)(k)
s: s: presipresióónn que que transmitetransmite placaplaca alal suelosueloD: D: deformacideformacióónn fijadafijada previamentepreviamente
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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
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DISTANCIA – CLASE 03
FWD (Falling weightDeflectometer)
Falling Weight Deflectometer (FWD)
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DISTANCIA – CLASE 03
Densidad de campo
Ensayos de Ensayos de laboratoriolaboratorio
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DISTANCIA – CLASE 03
Ensayos en la subrasanteEnsayos de caracterización: – Contenido de humedad– Análisis granulométrico– Límite líquido y plástico– Peso específico– Compactación– Densidad de campo– Permeabilidad
Granulometría
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DISTANCIA – CLASE 03
Granulometría
Limites de consistencia
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Límites de consistencia