T1 - Grupo 2 - Pavimento - Nota: 7 PDF

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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTEFacultad de Ingeniería CivilT 1CURSO:PAVIMENTOSTEMA:INFORME SOBRE EL PROCESO DE CALCULO DEPAVIMENTOS POR LOS METODOS USACE Y METODO DELA RESEACH BOARD.INTEGRANTES DEL GRUPO 2: JORGE LUIS SUBAUSTE LOPEZ (N00148465@upn) DIEGO VILLARROEL CANCHO (N00161403@upn) GONZALEZ VILL...

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PAVIMENTOS

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Facultad de Ingeniería Civil

T1 CURSO:

PAVIMENTOS TEMA:

INFORME SOBRE EL PROCESO DE CALCULO DE PAVIMENTOS POR LOS METODOS USACE Y METODO DE LA RESEACH BOARD.

INTEGRANTES DEL GRUPO 2: • JORGE LUIS SUBAUSTE LOPEZ

([email protected])

• DIEGO VILLARROEL CANCHO

([email protected])

• GONZALEZ VILLALOBOS, JOSE LUIS

([email protected])

• SILVIA MAGALY BORJA GABRIEL

([email protected])

• YURICO SINDY DAHUA MOZOMBITE

([email protected])

DOCENTE: GONZALO HUGO DIAZ GARCIA [email protected]

Lima - Perú 2020

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PAVIMENTOS

TABLA DE CONTENIDO 1.

RESUMEN .............................................................................................................................. 3

2.

INTRODUCCION ................................................................................................................... 4

2.1

Marco teórico ....................................................................................................................... 5

2.2

Conceptos y definiciones Básicas ........................................................................................ 6

3.

DESARROLLO ....................................................................................................................... 9

4.

CONCLUSIONES ................................................................................................................. 22

5.

RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 24

6.

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 26

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Estructura de un pavimento flexible ............................................................................... 7 Figura 2. Estructura de un pavimento rígido .................................................................................. 8

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1.

RESUMEN El presente informe tiene como finalidad dar a conocer el proceso de cálculo de pavimentos de

por los métodos USACE y Método de la Reseach Board. También dar a conocer cómo surge la necesidad de aplicar determinados procedimientos para la toma de decisiones, algunos asimilados de situaciones anteriores, otros nuevos, pero en cualquier caso partiendo siempre de situaciones de información incompleta. Estos procesos de diseño se dan a través de un descubrimiento gradual. Chirinos (2015) establece que el método de diseño en pavimentos a lo largo del tiempo siempre ha sido dinámico. Por lo cual, hoy en día existen muchos métodos de diseño que varían sensiblemente por diferentes variables que forman parte del comportamiento estructural del pavimento pues el transporte carretero, cumple un papel fundamental para las perspectivas del desarrollo social y económico de nuestro país. A través de su capacidad de proveer movilidad a las personas y bienes, el sistema de transportes tiene impactos directos sobre la competitividad, la cohesión social, el medioambiente y la integración territorial del país. En ese sentido, un sistema de transporte modelo y eficiente se traduce en una economía más competitiva, una sociedad más cohesionada y equitativa, y un espacio territorial más integrado nacional e internacionalmente (Barbero J, 2011). Se puede concluir que la infraestructura vial de un país constituye un pilar fundamental en el desarrollo económico del mismo.

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2.

INTRODUCCION La parte más importante de una carretera, aeropuerto o calle, es su pavimento. Sin esta

estructura no se puede pensar en tránsito rápido, cómodo y seguro. Este informe tiene como objetivo mostrar la manera en la que se deben calcular los pavimentos por por los métodos USACE y Método de la Reseach Board. Siguiendo las normas y especificaciones técnicas que se exigen en este tipo de obras de ingeniería. Desde los primeros diseños de estructuras de pavimentos para carreteras los ingenieros han empleado métodos analíticos y mecanistico para el diseño y evaluación de los pavimentos. Los métodos mecanistico de diseño de estructuras de pavimentos se basan el supuesto que un pavimento puede ser modelado como una estructura multicapa elástica o viscoelástica sobre una cimentación elástica o viscoelástica. Con esta premisa es posible calcular las tensiones y deformaciones producidas por las cargas de tráfico y por los efector del clima. Sin embargo. Los investigadores y académicos concuerdan que el comportamiento de los pavimentos está influenciado por varios factores que no permiten una modelación por métodos mecanistico puros que produzca resultados suficientemente exactos y precisos para la predicción de su desempeño a lo largo de su ciclo de vida. El aprovechamiento en el Perú de la metodología presentada en la guía de diseño empírico – mecanistico, tiene como principal obstáculo la inexistencia de una adecuada zonificación climática, así como la de una base de datos horaria que contengan la información de temperatura, humedad, precipitación y vientas que caracterizan la cima de cada una de las zonas del territorio Nacional.

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2.1

Marco teórico Un pavimento debe ser diseñado de tal manera que las cargas impuestas por el transito no

generen deformaciones permanentes excesivas. En el caso de los pavimentos flexibles estas deformaciones se producen en cada una de las capas. Los métodos de diseño de pavimentos descritos líneas arriba suponen que las deformaciones permanentes ocurren solamente en la subrasante. Sin embargo, en vías donde se construyen capas asfálticas delgadas o de baja rigidez las capas granulares soportan el esfuerzo aplicado casi en su totalidad y la magnitud de dichos esfuerzos pueden llegar a generar valores altos de deformación permanente. Por lo tanto, las metodologías de diseño deben comenzar a tener en cuenta las deformaciones que se producen en estas capas, y los modelos para predecir dichas deformaciones, deben ser capaces de reproducir el comportamiento de estos materiales bajo diversas trayectorias de carga cíclica y condiciones del medio ambiente. Así mismo Debido a que las redes viales de un país son las que promueven un verdadero desarrollo social, cultural y económico de sus habitantes, el estudio de la condición actual de los pavimentos ha sido y continuará siendo un mecanismo importante para mantener un adecuado nivel de servicio; el cual relaciona la integridad estructural de un pavimento con la comodidad de manejo de los usuarios viales (Montejo Fonseca, 2002). Generalmente, la medición del estado de un pavimento existente requería de la aplicación de procesos destructivos en la vía, lo que alteraba el equilibrio del sistema pavimentosubrasante. Sin embargo, a través de nuevas tecnologías o también llamados instrumentos de última generación que aplican técnicas para ensayos de alto rendimiento, conocidas como pruebas no destructivas se ha mejorado la auscultación de las vías. De entre estas técnicas se destaca la utilización del deflectómetro de impacto (Falling Weight Deflectometer, FWD), cuya función es la de analizar la condición estructural de los pavimentos mediante la

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interpretación de las deflexiones producidas bajo cargas dinámicas que simulan el efecto del tránsito. Por este motivo, agencias dedicadas a la investigación, como la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) y Washington State Department of Transportation (WSDOT) han establecido modelos matemáticos para correlacionar dichas tecnologías a través de parámetros o indicadores de estado del pavimento. Estos nuevos métodos proporcionar soluciones de uso directo que permitan establecer un adecuado mantenimiento, rehabilitación o reconstrucción de la estructura. 2.2

Conceptos y definiciones Básicas 2.2.1 Pavimento El pavimento es una estructura de varias capas construida sobre la subrasante del camino para resistir y distribuir esfuerzos originados por los vehículos y mejorar las condiciones de seguridad y comodidad para el tránsito. Por lo general está conformada por capa de rodadura, base y subbase. •

Capa de rodadura: Es la parte superior de un pavimento, que puede ser de tipo bituminoso (flexible) o de concreto de cemento portland (rígido) o de adoquines, cuya función es sostener directamente el tránsito.

•

Base: Es la capa inferior a la capa de rodadura, que sostiene, distribuye y transmite las cargas ocasionadas por el tránsito. Esta capa será de material granular drenante (CBR > 80%) o será tratada con asfalto, cal o cemento.

•

Subbase: Es una capa de material especificado con un espesor de diseño, el cual soporta a la base y a la carpeta. Además, se utiliza como capa de drenaje y controlador de capilaridad del agua. Dependiendo del tipo, diseño y dimensionamiento del pavimento, esta capa puede obviarse. Esta capa puede ser material granular (CBR> 40%) o tratada con asfalto, cal o cemento.

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2.2.2 Tipos de Pavimento Los tipos de pavimentos con los siguientes: •

Pavimentos flexibles

•

Pavimentos semirrígidos

•

pavimentos rígidos

El pavimento flexible Es una estructura compuesta por capas granulares (subbase, base) y como capa de rodadura una carpeta constituida con materiales bituminosos como aglomerantes, agregados y, de ser el caso, aditivos. Principalmente se considera como capa de rodadura asfáltica sobre capas granulares: mortero asfaltico, tratamiento superficial bicapa, micro pavimentos, macadam asfaltico, mezclas asfálticas en frio y mezclas asfálticas en caliente.

Figura 1. Estructura de un pavimento flexible

El pavimento semirrígido Es una estructura de pavimento compuesta básicamente por capas asfálticas con un espesor total bituminoso (carpeta asfáltica en caliente sobre base tratada con asfalto); también se considera como pavimento semirrígido la estructura compuesta por carpeta

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asfáltica sobre base tratada con cemento o sobre base tratada con cal. Dentro del tipo de pavimento semirrígido se ha incluido los pavimentos adoquinados. El pavimento rígido Es una estructura de pavimento compuesta específicamente por una capa de subbase granular, no obstante, esta capa puede ser de base granular, o puede ser estabilizada con cemento, asfalto o cal, y una capa de rodadura de losa de concreto de cemento hidráulico como aglomerante, agregados y de ser el caso aditivo. Dentro de los pavimentos rígidos existen tres categorías:

Figura 2. Estructura de un pavimento rígido

•

Pavimento de concreto simple con juntas

•

Pavimento de concreto con juntas y refuerzo de acero en forma de fibras o mallas

•

Pavimento de concreto con refuerzo continuo.

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3.

DESARROLLO 3.1 Método USACE Este método se desarrolló para los caminos de bajo tránsito para Ejes equivalentes hasta 1millón de ejes equivalentes (EAL) de 18,000 libras. Este método se aplica para pavimentos de carreteras y aeropistas. El método de la USACE, se base en el desarrollo de ecuaciones que permiten determinar el espesor requerido sobre una subrasante del cual se conoce el CBR. Se tiene por condición que el CBR de la capa superior debe ser mayor a la capa subsiguiente. Mediante este método nos permite que el espesor hallado o diseñado por este método, permita cierto número de repeticiones antes que el nivel de deformación alcance a una serviciabilidad baja. El método para Diseño de Pavimentos afirmados del USACE, establece que el material a utilizar en la construcción de la estructura, deben estar en óptimas condiciones mediante una verificación, respectos a las deformaciones permanentes (ahuellamiento) a través del periodo de diseño que se considera. El diseño se realiza mediante un nomograma el cual permite dar la solución para caminos rurales que no tendrán revestimiento en la calzada y sólo que darán a nivel de rodadura granular.

Pasos a seguir: •

Para el desarrollo de los cálculos, el procedimiento de diseño asigna una clase al camino a diseñar, basado en el número de vehículos obtenidos del estudio de tráfico. -

Clases de caminos: son dadas por las superficies de agregados que tienen. Estas varían de la A a la G. la selección de una clase apropiada depende de la intensidad de tráfico y es determinado de la tabla 1.

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•

Se establece también una categoría de diseño, en función a los tipos de vehículos. -

Para la determinación de la categoría de un camino se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones: Grupo1: carros de pasajeros y panel y camionetas pickup. Grupo2: camiones de doble ejes. Grupo3: camiones de tres, cuatro y cinco ejes.

-

Es importante saber la composición del tráfico, las cuales están conformadas por categorías: Categoría I: tráfico compuesto principalmente de automóviles de pasajeros, panel y camionetas pickup (Grupo1), y no conteniendo más de 1% de camiones de doble eje (Grupo2). Categoría II: tráfico compuesto principalmente de automóviles de pasajeros, panel y camionetas pickup (Grupo1), y conteniendo hasta 10% de camiones de doble eje (Grupo2), y ningún camión de tres ejes (Grupo3). Categoría III: tráfico compuesto principalmente de automóviles de pasajeros, panel y camionetas pickup (Grupo1), y conteniendo hasta15% de camiones de doble eje (Grupo2), y no más de 1% de camiones de tres ejes (Grupo3).

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Categoría IV: tráfico compuesto de automóviles de pasajeros, panel y camionetas pickup (Grupo1), y conteniendo hasta 25% de camiones, pero no más de 10% del tráfico total compuesto de camiones de tres ejes o más (Grupo3). Categoría IVA: tráfico compuesto de automóviles de pasajeros, panel y camionetas pickup (Grupo1), y conteniendo más 25% de camiones, o más de 10% de camiones de tres ejes o más (Grupo3) •

En función a estos dos parámetros se definirá el índice de diseño.

•

Una vez definido este valor, mediante el Ábaco se definirá el espesor de la capa granular del pavimento, requerido para el suelo cuyas características de soportabilidad (resistencia)se da en valores CBR.

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Aplicación: 1. Diseñar por el método USACE, el espesor de Pavimento a nivel de afirmado, para una carretera donde el transito Medio Diario está conformado por 103 Autos, 36 autos, 44 camionetas Pick Up, 18 Camiones con eje tándem, 2 Camiones con Eje tridem y 3 Camiones de 4 Ejes. Además, la subrasante tiene un CBR de 10.5 % (95% MDS)

Tipo IMD

Autos

Camionetas

Camión 2E

Camión 3E

Camión 4E

18

2

3

Pick Up 36

44

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CBR = 10.5% (95%MDS) IMD (índice Medio Diario) = 103 Camiones = 22% Camiones 3E = 5% Camiones 4E = 3% Categoría IV: tráfico compuesto de automóviles de pasajeros, panel y camionetas pick up (Grupo1), y conteniendo hasta 25% de camiones, pero nomas de 10% del tráfico total compuesto de camiones de tres ejes o más (Grupo3).

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CBR = 10.5%

4.3 pulg.

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Diseño: E=4.3Pulg. CBR = 10.5 % Criterios del espesor: A partir de la resistencia del suelo (CBR) y el índice de diseño, el método considera como mínimo un espesor de 4 pulgadas como capa estructural

3.2 Método de la Highway Research Board o del índice de grupo Este método se basa en las características físicas del material y principalmente en su composición granulométrica y el grado de plasticidad. Para clasificar un suelo, según este método, bastará, efectuar el análisis mecánico y determinar los límites líquidos y plásticos del material. El método del índice de grupo (IG), debido a Mr. Steele del Highway Research Board, define la resistencia del suelo por un índice de calidades. Recordaremos la expresión de su fórmula definiendo sus factores determinantes que dependen del porcentaje en peso P, que pasa por el tamiz numero 200 (0.074mm) y de los límites de Atterberg: Límite líquido LL, e índice de plasticidad IP:

I.G.=0.2a + 0.005 a.c. + 0.01 b.d. Donde: a= (% que pasa por la malla 200) – 35 si % >75; a = 40 si % 55; b = 40 si % 60; c = 20 si LL 30; d = 20 si LP 10% y son clasificados como suelos buenos, muy buenos y excelentes. Ante esta realidad Lima provincias solo necesita el diseño del espesor de afirmado para CBR bajos que cumplan los principios de ahuellamiento y pérdida de agregados para evitar fallas prematuras en la carretera, por lo que sugerimos en estos casos colocar supresor de polvo.

•

Aquellas carreteras vecinales de Lima provincias que tengan CBR>30% no requieren de afirmado; por lo que puede funcionar como superficie de rodadura en terreno natural o colocar material base o con tratamiento superficial para conservar el patrimonio y convertir las capas del material en las de un pavimento.

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5.

RECOMENDACIONES Para el uso del método de diseño U.S Army Corps of Engineers (USACE), se debe tener en cuenta que el método considera un espesor mínimo de 4 pulgadas. •

Para la metodología USACE se toman en base a la clasificación de la carretera, el tipo de vehículos y categoría del tráfico

•

El índice de diseño de superficie de agregados se basa en el índice de diseño que representa el tráfico esperado para la vida de diseño, este valor es el promedio de los ejes simples equivalentes de 18.000 lb (EAL) por día

•

El método USACE considera tener capas de material selecto, subbase y superficie de agregados en óptimas condiciones, las que se definen a continuación:

Material Selecto: podrán ser utilizados los suelos de grano grueso (gravas y arenas), los suelos de grano fino con presencia de limos y arcillas (ML y CL) podrán ser utilizados en ciertos casos, el uso de otros materiales se considerará cuando influya en la evaluación económica. Subbase (afirmado): pueden consistir en suelos de grano grueso o suelos mezclados y elaborados. •

Mediante el uso del ábaco en el método USACE se obtiene el espesor requerido, el cual puede ser construido a partir de 3 tipos de soluciones:

(A) : una capa estructural de material grava o afirmado con CBR...