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DISEÑO ESTRUCTURAL DE
PAVIMENTOS HIDRAULICOS Y
ASFALTICOS
MSc Ing Marco Montalvo Farfán
Maestría en Ingeniería Vial con Mención en
Carreteras, Puentes y Túneles
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
HIDRAULICOS Y ASFALTICOS
Sesión / Tema Actividades Semana Fecha
Suelos de Subrasante Clases Teóricas 1 22/08
Tráfico y Ejes Equivalentes, Efectos Climáticos Clases Teóricas 2 29/08
Serviciabilidad, Nivel de Confiabilidad Y Materiales para pavimentos flexibles Clases Teóricas 3 05/09
Diseño de Pavimento Flexible Método AASHTO 93, Verificación Mecanistica Clases Teóricas 4 12/09
Refuerzo de Pavimentos Flexibles AASHTO 93 Clases Teóricas 5 19/09
Diseño y refuerzo de Pavimentos Flexibles Método del IA Clases Teóricas 6 26/09
Presentación de 1°Trabajo Grupal / 1°EXAMEN 1° EXAMEN 7 03/10
Diseño de Pavimentos Rígidos AASHTO 93, Clases Teóricas 8 10/10
Diseño de Pavimentos Rígidos Método de la PCA Clases Teóricas 9 17/10
Alabeo de losas, cálculo de tensiones y rehabilitación de Pavimentos Rígidos Clases Teóricas 10 24/10
Aplicación del Manual de Carreteras Suelos y Pavimentos MTC Sesión 1 Clases Teóricas 11 31/10
Aplicación del Manual de Carreteras Suelos y Pavimentos MTC Sesión 2 Clases Teóricas 12 7/11
Diseño de Pavimentos en Aeropuertos Método de la Federal Aviation Administration I Clases Teóricas 13 14/11
Diseño de Pavimentos en Aeropuertos Método de la Federal Aviation Administration II Clases Teóricas 14 21/11
Presentación de 2°Trabajo Grupal / 2°EXAMEN 2° Examen 15 28/11
Métodos de diseño Mecanistico Empírico (M-E) (2°) Clases Teóricas 16 05/12
Métodos de diseño Mecanistico Empírico (M-E) (2°) 3° Examen 06/12
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
HIDRAULICOS Y ASFALTICOS
SISTEMA DE EVALUACION
La evaluación estará compuesta por 03 trabajos los mismos que tienen un peso de 30%, dos
(2) Exámenes que tienen un peso de 60% y la participación en el aula que tiene un peso de
10% las cuales ya están programados en el horario correspondiente.
Exámenes de temas tratados por Mgtr. Montalvo : E1 y E2
Trabajo de investigación de temas tratados por Mgtr Montalvo : T1 y T2
Trabajo de investigación de temas tratados por Dr. Chang : T3
Formula
T : Trabajos
Et : Exámenes
Par : Participación
PF : Promedio Final
PF = (T1 + T2 + T3)/3*30% + (E1+E2)/2 *60% + (Par)*10%
SUELOS DE SUBRASANTE
Sección Típica de un Camino
La Subrasante es la superficie terminada de la
carretera a nivel de movimiento de tierras (corte
y relleno), sobre la cual se coloca la estructura
del pavimento o afirmado.
La subrasante es el asiento directo de la
estructura del pavimento y forma parte del
prisma de la carretera que se construye entre el
terreno natural allanado o explanada y la
estructura del pavimento.
DEFINICION DE SUBRASANTE
Los suelos por debajo del nivel superior de la
subrasante, en una profundidad no menor de 0.60
m, deberán ser suelos adecuados y estables con
CBR ≥ 6%. En caso el suelo, debajo del nivel
superior de la subrasante, tenga un CBR < 6%
(subrasante pobre o subrasante inadecuada),
corresponde estabilizar los suelos, para lo cual se
analizará según la naturaleza del suelo alternativas
de solución, como la estabilización mecánica, el
reemplazo del suelo de cimentación, estabilización
química de suelos, estabilización con geosintéticos,
elevación de la rasante, cambiar el trazo vial,
eligiéndose la mas conveniente técnica y
económica.
La caracterización de los suelos de subrasante comprende las siguientes
etapas:
— Evaluación Topográfica
—Exploración de la subrasante
—Definición del perfil y delimitación de áreas homogéneas
—Ejecución de ensayos de resistencia sobre los suelos predominantes
—Determinación del valor de resistencia o de respuesta de diseño para
cada área homogénea
CAPA DE SUBRASANTE
Se debe adelantar una investigación a lo largo
del alineamiento aprobado, con el fin de
identificar la extensión y la condición de los
diferentes depósitos de suelos que se
encuentren
La investigación se realiza mediante
perforaciones a intervalos definidos de acuerdo
con la variabilidad del terreno, la longitud y la
importancia del proyecto y los recursos técnicos
y económicos disponibles
Las perforaciones deberán alcanzar, cuando
menos, 1.5 m bajo la cota proyectada de
subrasante
EXPLORACION DE SUBRASANTE
EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO
SOBRE LOS ESFUERZOS VERTICALES EN UN PAVIMENTO ASFÁLTICO
DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO
PERFIL Y GRANULOMETRIA
CLASIFICACIÓN AASHTO
Clasificación
general
Suelos granulosos
(35% o menos que pasa el tamiz # 200)
Materiales limosos y arcillosos
( más de 35% pasa el tamiz # 200)
Clasificación de
grupo
A1
A3
A2
A4 A5 A6
A7
A7-6
A7-5
A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7
Tamices:
% que pasa el
Nº 10 (2 mm )
Nº 40 (0.425 mm )
Nº 200 (0.075 mm )
máx. 50
máx. 30
máx. 15
---
máx. 50
máx. 25
---
mín. 51
máx.10
---
---
máx. 35
---
---
Máx.35
---
---
máx. 35
---
---
máx. 35
---
---
mín. 36
---
---
mín. 36
---
---
mín. 36
---
---
mín. 36
Consistencia
Límite Líquido
--- --- máx. 40 mín. 41 máx. 40 mín.41 máx. 40 mín. 41 máx. 40 mín. 41
Índice de Plasticidad máx. 6
No
Plástico máx. 10 máx. 10 mín. 11 mín. 11 máx. 10 máx. 10 mín. 11 mín. 11(1)
Tipos de materiales
característicos
Fragmentos de
Piedras, gravas y
arena
Arena
Fina
Gravas y arenas
limosas o arcillosas
Suelos
limosos
Suelos arcillosos
Calificación excelente a bueno regular a malo
SISTEMA DE CLASIFICACION SUCS
PERFIL ESTRATIGRAFICO
MOLDE DE CBR PRENSA DE CBR
ENSAYO DE CBR
PENETROMETRO DINAMICO DE CONO
PENETROMETRO DINAMICO DE CONO
PENETROMETRO DINAMICO DE CONO
GRAFICA DEL PENETROMETRO DINAMICO
DE CONO
PENETROMETRO DINAMICO DE CONO
1.Módulo resiliente (MR)
Es un estimativo del módulo elástico, basado en medidas de
esfuerzo y deformación a partir de cargas rápidas repetidas,
similares a las que experimentan los materiales del pavimento
bajo la acción del tránsito
No es una medida de la resistencia, pues el material no se lleva a
rotura, sino que retorna a su tamaño y forma originales
2.Relación de Poisson (µ)
Es la relación entre las deformaciones transversales y
longitudinales de un espécimen sometido a carga
PARAMETROS ELASTICOS DE LA SUBRASANTE
MODULO DE RESILENCIA
Se determina mediante el Ensayo triaxial dinámico
MODULO DE RESILENCIA
ep=permanente
er=resiliente que se recupera al retirar la carga
Para Suelos Finos:
Mr = 1500 x CBR para CBR < 7.2%
(1)
Mr = 3000 x CBR0.65 para CBR de 7.2 a 20% (2)
La primera ecuación es sugerida en la guía AASTHO, mientras que la
segunda fue desarrollada en Sudáfrica.
Guía de Diseño AASHTO 2002
Mr= 2555 x CBR0.64
ECUACIONES DE CORRELACION CBR VS MR
Como la Humedad de la subrasante es variable a través del tiempo,
entonces es necesario realizar los ensayos de Mr a diferentes
humedades y poder determinar un Mr promedio de diseño por lo cual
se debe proceder de acuerdo a lo siguiente:
Es necesario efectuar ensayos de Mr en el laboratorio, sobre muestras
de suelo que representan condiciones de tensión y humedad que
simulen bajo las cuales estarán en el transcurso del año.
Es posible estimar valores normales (en época seca) del modulo de
resilencia, en función de las propiedades conocidas de los suelos y
utilizar relaciones empíricas para calcular las variaciones conforme las
épocas del año, el MR en la época del deshielo es entre un 10 a un
20% menor que el Mr normal y cuando es suelo congelado este valor
varia dos veces su valor , mayor que el normal.
Considerando lo anterior como base , el año se divide en periodos en
los cuales el Mr se mantiene constante.
Con cada valor del Mr se determina mediante la siguiente figura el
valor del daño relativo (Uf) o puede usarse la siguiente formula:
MODULO EFECTIVO DE RESILENCIA DE LA
SUBRASANTE EN FUNCION DE LA SERVICIABILIDAD
Fuente : Guía de diseño AASHTO 93
COEFICIENTE DE POISSON (µ)
METODO DE LAS DIFERENCIAS ACUMULADAS (AASHTO 93)
DETERMINACIÓN DE SECTORES HOMOGENEOS
Progresiva Dist DistA Deflex Prom Dist*Pro Promedio A Promedio A-(D*DistA)
525300 0 0 77.4 77 0 0 0
525350 50 50 96.8 87 4355 4355 431
525400 50 100 77.4 87 4355 8710 861
525450 50 150 92.9 85 4258 12968 1194
525500 50 200 77.4 85 4258 17225 1527
525550 50 250 92.9 85 4258 21483 1860
525600 50 300 69.7 81 4065 25548 2001
525650 50 350 65.8 68 3388 28935 1464
525700 50 400 38.7 52 2613 31548 152
525750 50 450 92.9 66 3290 34838 -482
525800 50 500 58.1 76 3775 38613 -632
525850 50 550 81.3 70 3485 42098 -1071
525900 50 600 96.8 89 4453 46550 -543
525950 50 650 73.6 85 4260 50810 -208
526000 50 700 69.7 72 3583 54393 -550
526050 50 750 81.3 76 3775 58168 -699
526100 50 800 92.9 87 4355 62523 -268
526150 50 850 69.7 81 4065 66588 -128
526200 50 900 73.6 72 3583 70170 -470
526250 50 950 77.4 76 3775 73945 -619
526300 50 1000 89.1 83 4163 78108 -381
526350 50 1050 85.2 87 4358 82465 52
526400 50 1100 69.7 77 3873 86338 0
D=78
DETERMINACIÓN DE SECTORES HOMOGENEOS
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
525200 525400 525600 525800 526000 526200 526400 526600
DIFERENCIAS ACUMULADAS KM 525+300-KM 526+400
Los resultados de 8 ensayos triaxiales dinámicos produjeron los
siguientes módulos resilientes de un suelo de subrasante en un área
homogénea:
6,200–9,500–8,800–7,800-13,500–10,000–11,900 y 11,300lb/pg2
Determinar el módulo de diseño del área, para valores N de
10 ˄ 4, 10 ˄ 5 y 10 ˄ 6 ejes equivalentes de 80kN
DETERMINACION DE CBR EN SECTORES HOMOGENEOS
SELECCIÓN DEL VALOR DE CBR CRITERIO DEL
INSTITUTO DEL ASFALTO
En los terraplenes se distinguirán tres partes o zonas constitutivas:
a) Base, parte del terraplén que está por debajo de la superficie
original del terreno, la que ha sido variada por el retiro de material
inadecuado.
b) Cuerpo, parte del terraplén comprendida entre la base y la
corona.
c) Corona (capa subrasante), formada por la parte superior del
terraplén, construida en un espesor de treinta centímetros (30 cm),
salvo que los planos del proyecto o las especificaciones especiales
indiquen un espesor diferente.
Nota: En el caso en el cual el terreno de fundación se considere
adecuado, la parte del terraplén denominado base no se tendrá en
cuenta.
TERRAPLENES
Además deberán satisfacer los siguientes requisitos de calidad:
Desgaste de los Ángeles: 60% máx. (MTC E 207)
Tipo de Material: A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-6 y A-3
REQUISITOS TERRAPLENES SEGÚN EEGG
2013 DEL MTC
Durante la ejecución de los trabajos, el Supervisor efectuará los
siguientes controles principales:
Verificar el estado y funcionamiento de todo el equipo utilizado
por el Contratista.
Supervisar la correcta aplicación de los métodos de trabajo
aceptados.
Exigir el cumplimiento de las medidas de seguridad y
mantenimiento de tránsito.
Vigilar el cumplimiento de los programas de trabajo.
Comprobar que los materiales por emplear cumplan los
requisitos de calidad exigidos.
Verificar la compactación de todas las capas del terraplén.
Realizar medidas para determinar espesores y levantar perfiles y
comprobar la uniformidad de la superficie.
CONTROLES DURANTE LA EJECUCION DE
LAS OBRAS
De cada procedencia de los suelos empleados para la construcción de
terraplenes y para cualquier volumen previsto, se tomarán cuatro (4)
muestras y de cada fracción de ellas se determinarán:
• Granulometría
• Límites de Consistencia.
• Abrasión.
• Clasificación
CALIDAD DE LOS MATERIALES
Cono de
Arena
Densímetro
Nuclear
Método del Volumetrómeno
EQUIPOS PARA EL CONTROL DE
COMPACTACIÓN
Existen tres formas para las determinaciones, retrodispersión,
transmisión directa y colchón de aire (espesores aproximados de
50 a 300 mm
METODO DEL DENSIMETRO NUCLEAR
1) Se considerarán como materiales aptos para las capas de la subrasante
suelos con CBR ≥ 6%. En caso de ser menor (subrasante pobre o
subrasante inadecuada), o se presenten zonas húmedas locales o áreas
blandas, será materia de un Estudio Especial para la estabilización,
mejoramiento o reemplazo, donde el Ingeniero Responsable analizará
diversas alternativas de estabilización o de solución, como:
Estabilización mecánica, Reemplazo del suelo de cimentación,
Estabilización con productos o aditivos que mejoran las propiedades del
suelo, Estabilización con geosintéticos (geotextiles, geomallas u otros),
Pedraplenes, Capas de arena, Elevar la rasante o cambiar el trazo vial sí
las alternativas analizadas resultan ser demasiado costosas y complejas.
2) Cuando la capa de subrasante sea arcillosa o limosa y, al humedecerse,
partículas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del
pavimento contaminándolas, deberá proyectarse una capa de material
anticontaminante de 10cm. de espesor como mínimo o un geotextil, según
lo justifique el Ingeniero Responsable.
CRITERIOS GEOTECNICOS PARA ESTABLECER LA
ESTABILIZACIÓN DE LOS SUELOS
3) La superficie de la subrasante debe quedar encima del nivel de la
napa freática como mínimo a 0.60 m cuando se trate de una subrasante
extraordinaria y muy buena; a 0.80 m cuando se trate de una subrasante
buena y regular; a 1.00 m cuando se trate de una subrasante pobre y, a
1.20 m cuando se trate de una subrasante inadecuada.
En caso necesario, se colocarán subdrenes o capas anticontaminantes
y/o drenantes o se elevará la rasante hasta el nivel necesario.
4) En zonas sobre los 4,000 msnm, se evaluará la acción de las heladas
en los suelos. En general, la acción de congelamiento está asociada con
la profundidad de la napa freática y la susceptibilidad del suelo al
congelamiento. Sí la profundidad de la napa freática es mayor a la
indicada anteriormente (1.20 m), la acción de congelamiento no llegará a
la capa superior de la subrasante. En el caso de presentarse en la capa
superior de la subrasante (últimos 0.60 m) suelos susceptibles al
congelamiento, se reemplazará este suelo en el espesor comprometido o
se levantará la rasante con un relleno granular adecuado, hasta el nivel
necesario
5) Para establecer un tipo de estabilización de suelos es
necesario determinar el tipo de suelo existente. Los suelos
que predominantemente se encuentran en este ámbito
son: los limos, las arcillas, o las arenas limosas o arcillosas.
6) Los factores que se considerarán al seleccionar el método
más conveniente de
estabilización son:
a. Tipo de suelo a estabilizar
b. Uso propuesto del suelo estabilizado
c. Tipo de aditivo estabilizador de suelos
d. Experiencia en el tipo de estabilización que se aplicará
e. Disponibilidad del tipo de aditivo estabilizador
f. Disponibilidad del equipo adecuado
g. Costos comparativos
ESTABILIZACIÓN POR SUSTITUCIÓN DE LOS SUELOS
Cuando se prevea la construcción de la subrasante mejorada
solamente con material adicionado, pueden presentarse dos
situaciones, sea que la capa se construya directamente sobre
el suelo natural existente o que éste deba ser excavado
previamente y reemplazado por el material de adición.
En el primer caso, el suelo existente se deberá escarificar,
conformar y compactar a la densidad especificada para
cuerpos de terraplén, en una profundidad de quince
centímetros (15 cm). Una vez se considere que el suelo de
soporte esté debidamente preparado, autorizará la colocación
de los materiales, en espesores que garanticen la obtención
del nivel de subrasante y densidad exigidos, empleando el
equipo de compactación adecuado. Dichos materiales se
humedecerán o airearán, según sea necesario, para alcanzar
la humedad más apropiada de compactación, procediéndose
luego a su densificación
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE
REEMPLAZO EN FUNCIÓN AL VALOR SOPORTE O RESISTENCIA
DEL SUELO
Este procedimiento de cálculo para determinar en sectores localizados,
el espesor de material a reemplazar se aplicará solo en casos de
subrasantes pobres, con suelos de plasticidad media, no expansivos y
con valores soporte entre CBR ≥ 3% y CBR < 6%, calculándose según lo
siguiente:
a) Se calculará el número estructural SN del pavimento para 20 años, el
material a emplear tendrá un CBR ≥ 10% e IP menor a 10, o en todo
caso será similar. Cuando en los sectores adyacentes al sector de
sustitución de suelos presentan un CBR > 10%, para el cálculo del SN
se utilizará el mayor valor de CBR de diseño, que representa el material
de reemplazo, este número estructural SN calculado se denominará
SNm (mejorado), luego se calculará el SN del pavimento para el CBR
del material de subrasante existente (menor a 6%), que se denominará
SNe (existente).
b) Se realizará la diferencia algebraica de números estructurales
Δ SN = SNe - SNm
c) Habiéndose escogido el material de reemplazo (CBR ≥
10%) a colocar (según SNm calculado), se obtendrán los
valores correspondientes de coeficiente estructural (ai) y
coeficiente de drenaje (mi), luego de obtener dichos valores
se procederá a obtener el espesor E, aplicando la siguiente
ecuación:
E = Δ SN
ai x mi
Siendo:
E: Espesor de reemplazo en cm.
ai: Coeficiente estructural del material a colocar / cm
mi: Coeficiente de drenaje del material a colocar.
En general, se recomienda que cuando se
presenten subrasantes clasificadas como muy pobre y pobre
(CBR < 6%), se proceda a eliminar el material inadecuado y
a colocar un material granular de reemplazo con CBR mayor
a 10% e IP menor a 10; con lo cual se permite el uso de una
amplia gama de materiales naturales locales de bajo costo,
que cumplan la condición. La función principal de esta capa
mejorada será dar resistencia a la estructura del pavimento.
El espesor de una capa de subrasante mejorada no debe ser
menor del espesor determinado:
i) Tal como se indicó el Número Estructural (SN), según
AASHTO está dado por la siguiente ecuación:
SNO = a1 x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3x m3
Se añade a la ecuación SN la capa de subrasante
mejorada, expresada en términos de a4 x D4x m4, donde:
a4: Coeficiente estructural de la capa de subrasante mejorada, se
recomiendan los siguientes valores:
• a4 = 0.024, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una
subrasante regular con CBR 6 – 10%.
• a4 = 0.030, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una
subrasante buena con CBR 11 – 19%.
• a4 = 0.037, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por
una subrasante muy buena con CBR > = 20%.
• a4 = 0.035, para mejorar la subrasante muy pobre y pobre a una
subrasante regular, con la adición mínima de 3% de cal en peso de
los suelos.
D4: Espesor de la capa de subrasante mejorada (cm).
m4: Coeficiente que refleja el drenaje de la capa 4, según el cuadro
5.7.1 se determina el valor de m4.
Condición
del Drenaje
Porcentaje del tiempo que la estructura del pavimento está
expuesta a grados de humedad próxima a la saturación
Menos de 1% 1 – 5% 5 – 25% Más de 25%
Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20
Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00
Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80
Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60
Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40
Cuadro 5.7.1
Nueva ecuación:
SNr = a1 x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3 x m3 + a4 x m4
SNr = SNo + a4 x D4 x m4
CLASE DE TRÁFICO T3 T3
Número de repeticiones de EE 3.0 x 105 – 6.0 x 105 3.0 x 105 – 6.0 x 105
Período de Diseño 10 años 10 años
TIPO DE SUBRASANTE Muy pobre Pobre
CBR < 3% 3% - 5%
MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE
SN SUBRASANTE REGULAR 2,305 2,305
SN SUBRASANTE INADECUADA 3,748 3,282
Diferencial SN requerido 1,443 0,978
Coeficiente estructural granular 0,024 0,024
Mejoramiento granular 60,0 41,0
Espesor adoptado 60,0 45,0
ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RECOMENDADA
Superficie de rodadura: Carpeta asfáltica en caliente (cm) 6,0 6,0
Base granular (cm) 15,0 15,0
Sub base granular (cm) 20,0 20,0
Reemplazo de material CBR > 10% (cm) 60,0 45,0
Total (cm) 95,0 80,0
CASO PRACTICO DE
MEJORAMIENTO DE
SUELOS
VALLE DE ACOLLA
SECCION TIPICA EN LA ZONA
URBANA DE ACOLLA
KM 7 + 900
Durante el proceso
de avance de la
Obra la Supervisión
efectuó calicatas de
prospección entre
los Km 5+000 al Km
10+340, detectando
la presencia de la
napa freática entre
0,80 a 1,10 m.
REGISTRO DEL NIVEL FREATICO EN
UNA CALICATA
SECTOR Clasif.
SUCS
L Líquido
%
I Plástico
%
H Natural
%
MDS
gr/cc
OCH
%
5+675 CL-ML 23 6 25 1.528 17.7
5+710 CL-ML 25 7 26 1.893 17.2
5+820 CL-ML 23 6 25 1.823 14.4
6+140 CL-ML 24 6 30 1.680 22.2
6+885 SC-SM 26 5 28 1.982 12.2
6+940 SC-SM 23 5 25 2.030 9.0
7+350 SC 24 7 25 1.957 16.0
7+460 CL-ML 24 6 29 1.842 18.7
7+715 CL-ML 23 6 26 1.787 15.5
8+060 SC-SM 24 6 30 1.882 16.2
8+490 CL-ML 23 6 29 1.798 22.5
8+945 CL-ML 23 6 29 1.822 14.9
9+470 CL 29 9 17 1.905 14.0
9+820 ML 36 11 24 1.781 16.1
10+240 CL 31 10 21 1.886 14.1
CARACTERISTICAS GEOTECNICAS DE LA
SUBRASANTE
A la luz de los resultados vemos que el
tramo del Km 5+000 al Km 10+340 es un
tramo crítico, y por tratarse de una zona
urbana el tratamiento a darse debe ser muy
especial.
Los suelos subyacentes efectivamente son
suelos susceptibles al colapso,
conformadas por Limos y Arcillas de baja
compresibilidad, suelo calificado como
material de subrasante malo a muy malo.
MEDICION DE DEFLEXIONES
Carril Progresiva Deflexión
Promedio
Deflexión
Característica
ESTADO
Ambos 5+000-10+500 107 181 Muy Malo
Comportamiento de los suelos a través del Índice de Liquidez.
Teniendo en cuenta las características de plasticidad de los suelos finos, se ha
determinado los valores correspondientes al Índice de Liquidez, el mismo que cuando
supera al valor unitario, es indicativo de posibles problemas de colapso. (Reynols,
Henry y Protopodokes P ). “ Practical Problems in Soil Mechanics”.
Se puede determinar el índice de liquidez mediante la diferencia del contenido de
humedad y límite plástico dividido por el índice de plasticidad
IL = (w% - LP) / IP
SECTOR Clasif.
SUCS
L Plástico
%
I Plástico
%
H Natural
%
Índice de
Liquidez
5+675 CL-ML 17 6 25
5+710 CL-ML 18 7 26 1.14
5+820 CL-ML 17 6 25 1.33
6+140 CL-ML 18 6 30 2.00
6+885 SC-SM 21 5 28 1.40
6+940 SC-SM 18 5 25 1.40
7+350 SC 17 7 25 1.14
7+460 CL-ML 18 6 29 1.83
7+715 CL-ML 17 6 26 1.50
8+060 SC-SM 18 6 30 2.00
8+490 CL-ML 17 6 29 2.00
8+945 CL-ML 17 6 29 2.00
9+470 CL 20 9 21 0.11
9+820 ML 25 11 24 -0.09
10+240 CL 21 10 21 0.00
Consistencia de los Suelos de Fundación
El Índice de Consistencia es el valor que corresponde a la diferencia entre el valor
del límite líquido y contenido de humedad, todo dividido entre el índice de
plasticidad. Puede ser tomado como una medida de la consistencia del suelo,
relacionada con la cantidad de agua que es capaz de absorber. Si el valor del
Índice de Consistencia es negativo, la consistencia del suelo es liquida. En otros
casos, de valores bajos del IC, el estado del suelo puede ser semilíquido, plástico
muy blando, o plástico blando. Si el Índice de Consistencia es mayor que 1, el
suelo se encuentra sólido o semi duro. (Jimenez-Salas José A “ Mecánica de
Suelos y Aplicaciones a la Ingeniería”).
IC = (LL – w%)/IP
INDICE DE CONSISTENCIA ESTADO DE CONSISTENCIA
0.00 Líquido
0.00 – 0.25 Semi Líquido
0.25 – 0.50 Plástico muy Blando
0.50 – 0.75 Plástico Blando
0.75 – 1.00 Plástico Duro
1.00 Estado Sólido
SECTOR Clasif.
SUCS
L Liquido
%
I Plástico
%
H Natural
%
Índice de
Consistencia
5+675 CL-ML 23 6 25
5+710 CL-ML 25 7 26 - 0.14
5+820 CL-ML 23 6 25 - 0.33
6+140 CL-ML 24 6 30 - 1.00
6+885 SC-SM 26 5 28 - 0.40
6+940 SC-SM 23 5 25 - 0.40
7+350 SC 24 7 25 - 0.14
7+460 CL-ML 24 6 29 - 0.83
7+715 CL-ML 23 6 26 - 0.50
8+060 SC-SM 24 6 30 - 1.00
8+490 CL-ML 23 6 29 - 1.00
8+945 CL-ML 23 6 29 -1.00
9+470 CL 29 9 21 0.88
9+820 ML 36 11 24 1.09
10+240 CL 31 10 21 1.00
INDICE DE CONSISTENCIA
SECTOR MDS
gr/cc
Densidad
Natural
Porcentaje
de Compc.
CBR
a 95%
CBR
In situ
5+675 1.528 1.528 84.7 6.3 4.1
5+710 1.893 1.615 85.3 8.1 3.0
5+820 1.823 1.614 88.1 6.3 4.2
6+140 1.680 1.426 84.9 8.3 5.0
6+885 1.982 1.609 81.2 6.9 3.2
6+940 2.030 1.640 80.8 12.9 6.0
7+350 1.957 1.610 82.3 12.1 6.1
7+460 1.842 1.595 86.6 7.3 5.1
7+715 1.787 1.430 80.0 10.9 5.4
8+060 1.882 1.526 81.1 10.1 4.8
8+490 1.798 1.450 80.6 10.0 5.4
8+945 1.822 1.463 80.3 8.8 4.6
9+470 1.905 1.620 85.0 6.5 4.4
9+820 1.781 1.505 84.5 7.0 4.1
10+240 1.886 1.586 84.1 6.0 4.1
VALORES DE CBR DE
SUBRASANTE
Sector
Evaluado
Deflect.
Característica
x 10ˉ² mm.
Radio de
Curvatura
m
Comportamiento sub rasante
5+690 al
6+920
204 285
Presencia de nivel freático, suelos
saturados, valores de CBR menores al de
Diseño.
6+920 al
7+100
103 392
Comportamiento estructural adecuado,
existe un relleno de 30 cm en promedio por
encima del NT.
7+100 al
7+500
203 163
Presencia de nivel freático, suelos
saturados, valores de CBR menores al de
Diseño.
7+500 al
8+760
101 368
Comportamiento estructural adecuado,
existe un relleno de 40 cm en promedio, por
encima del NT..
8+760 al
10+500
99 403
Suelos de subrasante con regular
comportamiento de soporte, humedades
adecuadas. Existe un relleno en promedio
de 1 m
RESULTADOS DE LA EVALUACION DE
LA SUBRASANTE
De los diferentes aspectos discutidos se puede concluir
que cuando el valor de la capacidad portante CBR tiene
un valor inferior al de diseño, será necesario efectuar el
mejoramiento del suelo en base a un material
transportado que muestre mejor capacidad portante.
Para el caso de carreteras y autopistas, la carga
máxima a distribuirse por efectos de un vehículo, en la
masa de los suelos de fundación, corresponde a un eje
cargado con 9,000 Kg, equivalente a 4,500 Kg en cada
rueda. Esta carga transmite un esfuerzo de contacto de
5 Kg/cm2, el cual disminuye a un valor cercano al 10%
considerado casi nulo en una profundidad aproximada
de 1.50 m (Valle Rodas, R, 1982).
Calculo del espesor de Mejoramiento de la
Subrasante utilizando otros metodos.
El Manual “Gravel Roads” editado por el
Departamento de Transporte del Estado de Dakota
del Sur, auspiciado por la Federal Highway
Admistration dice “en caso de tenerse subrasante
pobres y blandas existen dos alternativas el de
sobreexcavar y reemplazar y el de colocar un
geosintetico que separe y refuerce; este ultimo
método es eficaz y bajo determinadas condiciones
es más económico”.
Calculo del espesor de Mejoramiento de la Subrasante
utilizando otros metodos.
Es conveniente introducir el mejoramiento de la subrasante
con geomallas biaxiales que se basa totalmente en el
concepto de distribución de carga, es decir, la malla
distribuye la carga en una mayor área. Por esta misma
razón disminuyen los esfuerzos verticales, los esfuerzos
horizontales; se reducen las deflexiones verticales, se
incrementan los módulos de reacción compuestos del
sistema subrasante-pavimento. En términos generales
existe un incremento en la capacidad de soporte de la
subrasante con el uso de la geomalla en esta posición.
DISEÑO DE
ESPESORES
DE REFUERZO
UTILIZANDO
LA
METODOLOGIA
DE GIROUD-
HAN
UTILIZACION DE GEOMALLAS BIAXIALES EN
SUELOS PANTANOSOS
UTILIZACION DE GEOMALAS BIAXIALES EN
SUELOS COLAPSABLES
Metodología de diseño de Giroud-Han (2004)
El método de diseño es utilizado para calcular los
espesores de las capas que conformaran el relleno
(mejoramiento) en la construcción de pavimentos sobre
subrasantes débiles.
La validación de los espesores alcanzados para reforzar
el pavimento con las Geomallas Biaxiales, usando este
método es alcanzado a través de la calibración de varios
juegos de ensayos incluyendo los resultados obtenidos
del trabajo emprendido por la Universidad del Estado de
Carolina del Norte a los ensayos en pavimentos.
Parámetros de Diseño
REQUERIMIENTOS DE TRAFICO
Calculo del Tráfico de diseño : Se refiere al Tráfico de
Construcción
Espesor de Corte : 0.50 m
Longitud : 2000 m
Volumen de Corte : 9000 m3
N° de Volquetes 15 m3 : 600
Ida y vuelta : 1200 viajes
TIPO FC FRECUENCIA N18
Carga Simple 1.45 1200 1740
Carga Tandem 3.97 1200 4764
TOTAL 6,504
Para efectos de Diseño asumimos una frecuencia de 10,000 pasadas
Propiedad Valores
Carga Axial (Kips) 18
Trafico (ESAL’S) 10,000
Presión se Inflado (psi) 80
Máximo Ahuellamiento permitido (in) 1.5
 PROPIEDADES DEL SUELO
Propiedad Valor
CBR del Material de Relleno (%) 20
CBR de Subrasante (%) 3
Parámetro BX 1100 BX 1200
Tipo de Geomalla Formada integralmente, capa simple Formada integralmente, capa simple
Forma Rectangular/Cuadrada Rectangular/Cuadrada
Espesor de Costilla (in) 0.03 0.05
Estabilidad de la aperturas (m-
N/degree)
0.32 0.65
Eficiencia de las Juntas (%) 90 90
Tamaño de Abertura (in)
Dirección de Maquina
Transversal a la Maquina
1.0
1.3
1.0
1.3
Factor de Ajuste de Espesor 1.0 1.0
ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA MALLA BIAXIAL
Geosintetico Refuerzo
Requerido (in)
Ahorro en
espesor (in)
Ahorro de
Agregado (%)
Sin Refuerzo 21 NA NA
Tensar BX 1200 6 15 71%
Geosintetico Refuerzo
Requerido (in)
Ahorro en
espesor (in)
Ahorro de
Agregado (%)
Sin Refuerzo 21 NA NA
Tensar BX 1200 6 15 71%
Partida DESCRIPCIÓN METRADO PU MONTO S/.
220.00 Mejoramiento de Subrasante (0.40) 7,261.65 17.88 129,838.30
700.01 Material proveniente de Cantera D<=1 Km 7,261.65 4.88 35,436.85
700.02 Material proveniente de Cantera D>=1 Km 39,285.53 1.24 48,714.06
700.09 Transporte eliminac. a Botadero D<=1Km 7,261.65 4.88 35,436.85
700.10 Transporte eliminac. a Botadero D>=1Km 43,206.82 1.21 52,280.25
230.00 Material de relleno solo extracción 7,261.65 3.42 24,834.84
TOTAL MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE 326,541.16
GEOMALLA BIAXIAL 14,596.00 13.4 195,586.40
TOTALES 195,586.40
AHORROS POR USO DE GEOMALLA BIAXIAL 130,954.76
SUSTENTO ECONOMICO DEL USO DE LA MALLA BIAXIAL
Conclusiones
Se justifica técnicamente colocar una geomalla en sectores
localizados en función, primero, de la baja capacidad portante
del terreno de fundación segundo la presencia del nivel
freático que agudizaría que los suelos que subyacen, sean
susceptibles a asentamientos en función del tiempo, es decir
por consolidación; a diferencia de los suelos granulares, que
sometidos a cargas externas, están sujetos a asentamientos
inmediatos.
Con el fin de eliminar la ascensión capilar que por
condiciones de presión hidrostática pudiese suscitarse, es
recomendable, colocar una capa de material granular
seleccionado tipo filtro en un espesor promedio de 20 cm,
como parte del espesor de mejoramiento a construirse
OBSERVESE LOS PROBLEMAS SUCITADOS
POR LOS POSTES EN LA BERMA CENTRAL
INSTALACION DE GEOMALLA BIAXIAL + GEOTEXTIL
CONSTRUCCION DE ZANJA DE
SUBDRENAJE KM 7 +620
CONFORMACION DE SUBBASE KM 6+530
CONSTRUCCION DE BERMA CENTRAL
KM 8+570
PROCESO DE COLOCACION DE MEZCLA
ASFALTICA
SECTOR DE ACOLLA CON OBRAS
CULMINADAS
VISTA PANORAMICA DE LA CARRETERA
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Clase 01. suelos de subrasante

  • 1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS HIDRAULICOS Y ASFALTICOS MSc Ing Marco Montalvo Farfán Maestría en Ingeniería Vial con Mención en Carreteras, Puentes y Túneles
  • 2. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS HIDRAULICOS Y ASFALTICOS Sesión / Tema Actividades Semana Fecha Suelos de Subrasante Clases Teóricas 1 22/08 Tráfico y Ejes Equivalentes, Efectos Climáticos Clases Teóricas 2 29/08 Serviciabilidad, Nivel de Confiabilidad Y Materiales para pavimentos flexibles Clases Teóricas 3 05/09 Diseño de Pavimento Flexible Método AASHTO 93, Verificación Mecanistica Clases Teóricas 4 12/09 Refuerzo de Pavimentos Flexibles AASHTO 93 Clases Teóricas 5 19/09 Diseño y refuerzo de Pavimentos Flexibles Método del IA Clases Teóricas 6 26/09 Presentación de 1°Trabajo Grupal / 1°EXAMEN 1° EXAMEN 7 03/10 Diseño de Pavimentos Rígidos AASHTO 93, Clases Teóricas 8 10/10 Diseño de Pavimentos Rígidos Método de la PCA Clases Teóricas 9 17/10 Alabeo de losas, cálculo de tensiones y rehabilitación de Pavimentos Rígidos Clases Teóricas 10 24/10 Aplicación del Manual de Carreteras Suelos y Pavimentos MTC Sesión 1 Clases Teóricas 11 31/10 Aplicación del Manual de Carreteras Suelos y Pavimentos MTC Sesión 2 Clases Teóricas 12 7/11 Diseño de Pavimentos en Aeropuertos Método de la Federal Aviation Administration I Clases Teóricas 13 14/11 Diseño de Pavimentos en Aeropuertos Método de la Federal Aviation Administration II Clases Teóricas 14 21/11 Presentación de 2°Trabajo Grupal / 2°EXAMEN 2° Examen 15 28/11 Métodos de diseño Mecanistico Empírico (M-E) (2°) Clases Teóricas 16 05/12 Métodos de diseño Mecanistico Empírico (M-E) (2°) 3° Examen 06/12
  • 3. DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS HIDRAULICOS Y ASFALTICOS SISTEMA DE EVALUACION La evaluación estará compuesta por 03 trabajos los mismos que tienen un peso de 30%, dos (2) Exámenes que tienen un peso de 60% y la participación en el aula que tiene un peso de 10% las cuales ya están programados en el horario correspondiente. Exámenes de temas tratados por Mgtr. Montalvo : E1 y E2 Trabajo de investigación de temas tratados por Mgtr Montalvo : T1 y T2 Trabajo de investigación de temas tratados por Dr. Chang : T3 Formula T : Trabajos Et : Exámenes Par : Participación PF : Promedio Final PF = (T1 + T2 + T3)/3*30% + (E1+E2)/2 *60% + (Par)*10%
  • 4. SUELOS DE SUBRASANTE Sección Típica de un Camino
  • 5. La Subrasante es la superficie terminada de la carretera a nivel de movimiento de tierras (corte y relleno), sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado. La subrasante es el asiento directo de la estructura del pavimento y forma parte del prisma de la carretera que se construye entre el terreno natural allanado o explanada y la estructura del pavimento. DEFINICION DE SUBRASANTE
  • 6. Los suelos por debajo del nivel superior de la subrasante, en una profundidad no menor de 0.60 m, deberán ser suelos adecuados y estables con CBR ≥ 6%. En caso el suelo, debajo del nivel superior de la subrasante, tenga un CBR < 6% (subrasante pobre o subrasante inadecuada), corresponde estabilizar los suelos, para lo cual se analizará según la naturaleza del suelo alternativas de solución, como la estabilización mecánica, el reemplazo del suelo de cimentación, estabilización química de suelos, estabilización con geosintéticos, elevación de la rasante, cambiar el trazo vial, eligiéndose la mas conveniente técnica y económica.
  • 7. La caracterización de los suelos de subrasante comprende las siguientes etapas: — Evaluación Topográfica —Exploración de la subrasante —Definición del perfil y delimitación de áreas homogéneas —Ejecución de ensayos de resistencia sobre los suelos predominantes —Determinación del valor de resistencia o de respuesta de diseño para cada área homogénea CAPA DE SUBRASANTE
  • 8. Se debe adelantar una investigación a lo largo del alineamiento aprobado, con el fin de identificar la extensión y la condición de los diferentes depósitos de suelos que se encuentren La investigación se realiza mediante perforaciones a intervalos definidos de acuerdo con la variabilidad del terreno, la longitud y la importancia del proyecto y los recursos técnicos y económicos disponibles Las perforaciones deberán alcanzar, cuando menos, 1.5 m bajo la cota proyectada de subrasante EXPLORACION DE SUBRASANTE
  • 9. EFECTO DE LA CARGA POR RUEDA Y DE LA PRESIÓN DE CONTACTO SOBRE LOS ESFUERZOS VERTICALES EN UN PAVIMENTO ASFÁLTICO DIFERENTES PRESIONES DE CONTACTO
  • 11. CLASIFICACIÓN AASHTO Clasificación general Suelos granulosos (35% o menos que pasa el tamiz # 200) Materiales limosos y arcillosos ( más de 35% pasa el tamiz # 200) Clasificación de grupo A1 A3 A2 A4 A5 A6 A7 A7-6 A7-5 A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 Tamices: % que pasa el Nº 10 (2 mm ) Nº 40 (0.425 mm ) Nº 200 (0.075 mm ) máx. 50 máx. 30 máx. 15 --- máx. 50 máx. 25 --- mín. 51 máx.10 --- --- máx. 35 --- --- Máx.35 --- --- máx. 35 --- --- máx. 35 --- --- mín. 36 --- --- mín. 36 --- --- mín. 36 --- --- mín. 36 Consistencia Límite Líquido --- --- máx. 40 mín. 41 máx. 40 mín.41 máx. 40 mín. 41 máx. 40 mín. 41 Índice de Plasticidad máx. 6 No Plástico máx. 10 máx. 10 mín. 11 mín. 11 máx. 10 máx. 10 mín. 11 mín. 11(1) Tipos de materiales característicos Fragmentos de Piedras, gravas y arena Arena Fina Gravas y arenas limosas o arcillosas Suelos limosos Suelos arcillosos Calificación excelente a bueno regular a malo
  • 14.
  • 15. MOLDE DE CBR PRENSA DE CBR ENSAYO DE CBR
  • 16.
  • 17.
  • 18.
  • 22. GRAFICA DEL PENETROMETRO DINAMICO DE CONO
  • 24. 1.Módulo resiliente (MR) Es un estimativo del módulo elástico, basado en medidas de esfuerzo y deformación a partir de cargas rápidas repetidas, similares a las que experimentan los materiales del pavimento bajo la acción del tránsito No es una medida de la resistencia, pues el material no se lleva a rotura, sino que retorna a su tamaño y forma originales 2.Relación de Poisson (µ) Es la relación entre las deformaciones transversales y longitudinales de un espécimen sometido a carga PARAMETROS ELASTICOS DE LA SUBRASANTE
  • 25. MODULO DE RESILENCIA Se determina mediante el Ensayo triaxial dinámico
  • 26. MODULO DE RESILENCIA ep=permanente er=resiliente que se recupera al retirar la carga
  • 27. Para Suelos Finos: Mr = 1500 x CBR para CBR < 7.2% (1) Mr = 3000 x CBR0.65 para CBR de 7.2 a 20% (2) La primera ecuación es sugerida en la guía AASTHO, mientras que la segunda fue desarrollada en Sudáfrica. Guía de Diseño AASHTO 2002 Mr= 2555 x CBR0.64 ECUACIONES DE CORRELACION CBR VS MR
  • 28. Como la Humedad de la subrasante es variable a través del tiempo, entonces es necesario realizar los ensayos de Mr a diferentes humedades y poder determinar un Mr promedio de diseño por lo cual se debe proceder de acuerdo a lo siguiente: Es necesario efectuar ensayos de Mr en el laboratorio, sobre muestras de suelo que representan condiciones de tensión y humedad que simulen bajo las cuales estarán en el transcurso del año. Es posible estimar valores normales (en época seca) del modulo de resilencia, en función de las propiedades conocidas de los suelos y utilizar relaciones empíricas para calcular las variaciones conforme las épocas del año, el MR en la época del deshielo es entre un 10 a un 20% menor que el Mr normal y cuando es suelo congelado este valor varia dos veces su valor , mayor que el normal. Considerando lo anterior como base , el año se divide en periodos en los cuales el Mr se mantiene constante. Con cada valor del Mr se determina mediante la siguiente figura el valor del daño relativo (Uf) o puede usarse la siguiente formula:
  • 29. MODULO EFECTIVO DE RESILENCIA DE LA SUBRASANTE EN FUNCION DE LA SERVICIABILIDAD Fuente : Guía de diseño AASHTO 93
  • 31. METODO DE LAS DIFERENCIAS ACUMULADAS (AASHTO 93) DETERMINACIÓN DE SECTORES HOMOGENEOS Progresiva Dist DistA Deflex Prom Dist*Pro Promedio A Promedio A-(D*DistA) 525300 0 0 77.4 77 0 0 0 525350 50 50 96.8 87 4355 4355 431 525400 50 100 77.4 87 4355 8710 861 525450 50 150 92.9 85 4258 12968 1194 525500 50 200 77.4 85 4258 17225 1527 525550 50 250 92.9 85 4258 21483 1860 525600 50 300 69.7 81 4065 25548 2001 525650 50 350 65.8 68 3388 28935 1464 525700 50 400 38.7 52 2613 31548 152 525750 50 450 92.9 66 3290 34838 -482 525800 50 500 58.1 76 3775 38613 -632 525850 50 550 81.3 70 3485 42098 -1071 525900 50 600 96.8 89 4453 46550 -543 525950 50 650 73.6 85 4260 50810 -208 526000 50 700 69.7 72 3583 54393 -550 526050 50 750 81.3 76 3775 58168 -699 526100 50 800 92.9 87 4355 62523 -268 526150 50 850 69.7 81 4065 66588 -128 526200 50 900 73.6 72 3583 70170 -470 526250 50 950 77.4 76 3775 73945 -619 526300 50 1000 89.1 83 4163 78108 -381 526350 50 1050 85.2 87 4358 82465 52 526400 50 1100 69.7 77 3873 86338 0 D=78
  • 32. DETERMINACIÓN DE SECTORES HOMOGENEOS -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 525200 525400 525600 525800 526000 526200 526400 526600 DIFERENCIAS ACUMULADAS KM 525+300-KM 526+400
  • 33. Los resultados de 8 ensayos triaxiales dinámicos produjeron los siguientes módulos resilientes de un suelo de subrasante en un área homogénea: 6,200–9,500–8,800–7,800-13,500–10,000–11,900 y 11,300lb/pg2 Determinar el módulo de diseño del área, para valores N de 10 ˄ 4, 10 ˄ 5 y 10 ˄ 6 ejes equivalentes de 80kN DETERMINACION DE CBR EN SECTORES HOMOGENEOS
  • 34. SELECCIÓN DEL VALOR DE CBR CRITERIO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO
  • 35. En los terraplenes se distinguirán tres partes o zonas constitutivas: a) Base, parte del terraplén que está por debajo de la superficie original del terreno, la que ha sido variada por el retiro de material inadecuado. b) Cuerpo, parte del terraplén comprendida entre la base y la corona. c) Corona (capa subrasante), formada por la parte superior del terraplén, construida en un espesor de treinta centímetros (30 cm), salvo que los planos del proyecto o las especificaciones especiales indiquen un espesor diferente. Nota: En el caso en el cual el terreno de fundación se considere adecuado, la parte del terraplén denominado base no se tendrá en cuenta. TERRAPLENES
  • 36. Además deberán satisfacer los siguientes requisitos de calidad: Desgaste de los Ángeles: 60% máx. (MTC E 207) Tipo de Material: A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-6 y A-3 REQUISITOS TERRAPLENES SEGÚN EEGG 2013 DEL MTC
  • 37. Durante la ejecución de los trabajos, el Supervisor efectuará los siguientes controles principales: Verificar el estado y funcionamiento de todo el equipo utilizado por el Contratista. Supervisar la correcta aplicación de los métodos de trabajo aceptados. Exigir el cumplimiento de las medidas de seguridad y mantenimiento de tránsito. Vigilar el cumplimiento de los programas de trabajo. Comprobar que los materiales por emplear cumplan los requisitos de calidad exigidos. Verificar la compactación de todas las capas del terraplén. Realizar medidas para determinar espesores y levantar perfiles y comprobar la uniformidad de la superficie. CONTROLES DURANTE LA EJECUCION DE LAS OBRAS
  • 38. De cada procedencia de los suelos empleados para la construcción de terraplenes y para cualquier volumen previsto, se tomarán cuatro (4) muestras y de cada fracción de ellas se determinarán: • Granulometría • Límites de Consistencia. • Abrasión. • Clasificación CALIDAD DE LOS MATERIALES
  • 39. Cono de Arena Densímetro Nuclear Método del Volumetrómeno EQUIPOS PARA EL CONTROL DE COMPACTACIÓN
  • 40. Existen tres formas para las determinaciones, retrodispersión, transmisión directa y colchón de aire (espesores aproximados de 50 a 300 mm METODO DEL DENSIMETRO NUCLEAR
  • 41. 1) Se considerarán como materiales aptos para las capas de la subrasante suelos con CBR ≥ 6%. En caso de ser menor (subrasante pobre o subrasante inadecuada), o se presenten zonas húmedas locales o áreas blandas, será materia de un Estudio Especial para la estabilización, mejoramiento o reemplazo, donde el Ingeniero Responsable analizará diversas alternativas de estabilización o de solución, como: Estabilización mecánica, Reemplazo del suelo de cimentación, Estabilización con productos o aditivos que mejoran las propiedades del suelo, Estabilización con geosintéticos (geotextiles, geomallas u otros), Pedraplenes, Capas de arena, Elevar la rasante o cambiar el trazo vial sí las alternativas analizadas resultan ser demasiado costosas y complejas. 2) Cuando la capa de subrasante sea arcillosa o limosa y, al humedecerse, partículas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del pavimento contaminándolas, deberá proyectarse una capa de material anticontaminante de 10cm. de espesor como mínimo o un geotextil, según lo justifique el Ingeniero Responsable. CRITERIOS GEOTECNICOS PARA ESTABLECER LA ESTABILIZACIÓN DE LOS SUELOS
  • 42. 3) La superficie de la subrasante debe quedar encima del nivel de la napa freática como mínimo a 0.60 m cuando se trate de una subrasante extraordinaria y muy buena; a 0.80 m cuando se trate de una subrasante buena y regular; a 1.00 m cuando se trate de una subrasante pobre y, a 1.20 m cuando se trate de una subrasante inadecuada. En caso necesario, se colocarán subdrenes o capas anticontaminantes y/o drenantes o se elevará la rasante hasta el nivel necesario. 4) En zonas sobre los 4,000 msnm, se evaluará la acción de las heladas en los suelos. En general, la acción de congelamiento está asociada con la profundidad de la napa freática y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. Sí la profundidad de la napa freática es mayor a la indicada anteriormente (1.20 m), la acción de congelamiento no llegará a la capa superior de la subrasante. En el caso de presentarse en la capa superior de la subrasante (últimos 0.60 m) suelos susceptibles al congelamiento, se reemplazará este suelo en el espesor comprometido o se levantará la rasante con un relleno granular adecuado, hasta el nivel necesario
  • 43. 5) Para establecer un tipo de estabilización de suelos es necesario determinar el tipo de suelo existente. Los suelos que predominantemente se encuentran en este ámbito son: los limos, las arcillas, o las arenas limosas o arcillosas. 6) Los factores que se considerarán al seleccionar el método más conveniente de estabilización son: a. Tipo de suelo a estabilizar b. Uso propuesto del suelo estabilizado c. Tipo de aditivo estabilizador de suelos d. Experiencia en el tipo de estabilización que se aplicará e. Disponibilidad del tipo de aditivo estabilizador f. Disponibilidad del equipo adecuado g. Costos comparativos
  • 44. ESTABILIZACIÓN POR SUSTITUCIÓN DE LOS SUELOS Cuando se prevea la construcción de la subrasante mejorada solamente con material adicionado, pueden presentarse dos situaciones, sea que la capa se construya directamente sobre el suelo natural existente o que éste deba ser excavado previamente y reemplazado por el material de adición. En el primer caso, el suelo existente se deberá escarificar, conformar y compactar a la densidad especificada para cuerpos de terraplén, en una profundidad de quince centímetros (15 cm). Una vez se considere que el suelo de soporte esté debidamente preparado, autorizará la colocación de los materiales, en espesores que garanticen la obtención del nivel de subrasante y densidad exigidos, empleando el equipo de compactación adecuado. Dichos materiales se humedecerán o airearán, según sea necesario, para alcanzar la humedad más apropiada de compactación, procediéndose luego a su densificación
  • 45. PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE REEMPLAZO EN FUNCIÓN AL VALOR SOPORTE O RESISTENCIA DEL SUELO Este procedimiento de cálculo para determinar en sectores localizados, el espesor de material a reemplazar se aplicará solo en casos de subrasantes pobres, con suelos de plasticidad media, no expansivos y con valores soporte entre CBR ≥ 3% y CBR < 6%, calculándose según lo siguiente: a) Se calculará el número estructural SN del pavimento para 20 años, el material a emplear tendrá un CBR ≥ 10% e IP menor a 10, o en todo caso será similar. Cuando en los sectores adyacentes al sector de sustitución de suelos presentan un CBR > 10%, para el cálculo del SN se utilizará el mayor valor de CBR de diseño, que representa el material de reemplazo, este número estructural SN calculado se denominará SNm (mejorado), luego se calculará el SN del pavimento para el CBR del material de subrasante existente (menor a 6%), que se denominará SNe (existente). b) Se realizará la diferencia algebraica de números estructurales Δ SN = SNe - SNm
  • 46. c) Habiéndose escogido el material de reemplazo (CBR ≥ 10%) a colocar (según SNm calculado), se obtendrán los valores correspondientes de coeficiente estructural (ai) y coeficiente de drenaje (mi), luego de obtener dichos valores se procederá a obtener el espesor E, aplicando la siguiente ecuación: E = Δ SN ai x mi Siendo: E: Espesor de reemplazo en cm. ai: Coeficiente estructural del material a colocar / cm mi: Coeficiente de drenaje del material a colocar.
  • 47. En general, se recomienda que cuando se presenten subrasantes clasificadas como muy pobre y pobre (CBR < 6%), se proceda a eliminar el material inadecuado y a colocar un material granular de reemplazo con CBR mayor a 10% e IP menor a 10; con lo cual se permite el uso de una amplia gama de materiales naturales locales de bajo costo, que cumplan la condición. La función principal de esta capa mejorada será dar resistencia a la estructura del pavimento. El espesor de una capa de subrasante mejorada no debe ser menor del espesor determinado: i) Tal como se indicó el Número Estructural (SN), según AASHTO está dado por la siguiente ecuación: SNO = a1 x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3x m3
  • 48. Se añade a la ecuación SN la capa de subrasante mejorada, expresada en términos de a4 x D4x m4, donde: a4: Coeficiente estructural de la capa de subrasante mejorada, se recomiendan los siguientes valores: • a4 = 0.024, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una subrasante regular con CBR 6 – 10%. • a4 = 0.030, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una subrasante buena con CBR 11 – 19%. • a4 = 0.037, para reemplazar la subrasante muy pobre y pobre, por una subrasante muy buena con CBR > = 20%. • a4 = 0.035, para mejorar la subrasante muy pobre y pobre a una subrasante regular, con la adición mínima de 3% de cal en peso de los suelos. D4: Espesor de la capa de subrasante mejorada (cm). m4: Coeficiente que refleja el drenaje de la capa 4, según el cuadro 5.7.1 se determina el valor de m4.
  • 49. Condición del Drenaje Porcentaje del tiempo que la estructura del pavimento está expuesta a grados de humedad próxima a la saturación Menos de 1% 1 – 5% 5 – 25% Más de 25% Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20 Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00 Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80 Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60 Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40 Cuadro 5.7.1 Nueva ecuación: SNr = a1 x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3 x m3 + a4 x m4 SNr = SNo + a4 x D4 x m4
  • 50. CLASE DE TRÁFICO T3 T3 Número de repeticiones de EE 3.0 x 105 – 6.0 x 105 3.0 x 105 – 6.0 x 105 Período de Diseño 10 años 10 años TIPO DE SUBRASANTE Muy pobre Pobre CBR < 3% 3% - 5% MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE SN SUBRASANTE REGULAR 2,305 2,305 SN SUBRASANTE INADECUADA 3,748 3,282 Diferencial SN requerido 1,443 0,978 Coeficiente estructural granular 0,024 0,024 Mejoramiento granular 60,0 41,0 Espesor adoptado 60,0 45,0 ESTRUCTURA DE PAVIMENTO RECOMENDADA Superficie de rodadura: Carpeta asfáltica en caliente (cm) 6,0 6,0 Base granular (cm) 15,0 15,0 Sub base granular (cm) 20,0 20,0 Reemplazo de material CBR > 10% (cm) 60,0 45,0 Total (cm) 95,0 80,0
  • 53. SECCION TIPICA EN LA ZONA URBANA DE ACOLLA
  • 54. KM 7 + 900
  • 55. Durante el proceso de avance de la Obra la Supervisión efectuó calicatas de prospección entre los Km 5+000 al Km 10+340, detectando la presencia de la napa freática entre 0,80 a 1,10 m. REGISTRO DEL NIVEL FREATICO EN UNA CALICATA
  • 56. SECTOR Clasif. SUCS L Líquido % I Plástico % H Natural % MDS gr/cc OCH % 5+675 CL-ML 23 6 25 1.528 17.7 5+710 CL-ML 25 7 26 1.893 17.2 5+820 CL-ML 23 6 25 1.823 14.4 6+140 CL-ML 24 6 30 1.680 22.2 6+885 SC-SM 26 5 28 1.982 12.2 6+940 SC-SM 23 5 25 2.030 9.0 7+350 SC 24 7 25 1.957 16.0 7+460 CL-ML 24 6 29 1.842 18.7 7+715 CL-ML 23 6 26 1.787 15.5 8+060 SC-SM 24 6 30 1.882 16.2 8+490 CL-ML 23 6 29 1.798 22.5 8+945 CL-ML 23 6 29 1.822 14.9 9+470 CL 29 9 17 1.905 14.0 9+820 ML 36 11 24 1.781 16.1 10+240 CL 31 10 21 1.886 14.1 CARACTERISTICAS GEOTECNICAS DE LA SUBRASANTE
  • 57. A la luz de los resultados vemos que el tramo del Km 5+000 al Km 10+340 es un tramo crítico, y por tratarse de una zona urbana el tratamiento a darse debe ser muy especial. Los suelos subyacentes efectivamente son suelos susceptibles al colapso, conformadas por Limos y Arcillas de baja compresibilidad, suelo calificado como material de subrasante malo a muy malo.
  • 58. MEDICION DE DEFLEXIONES Carril Progresiva Deflexión Promedio Deflexión Característica ESTADO Ambos 5+000-10+500 107 181 Muy Malo
  • 59. Comportamiento de los suelos a través del Índice de Liquidez. Teniendo en cuenta las características de plasticidad de los suelos finos, se ha determinado los valores correspondientes al Índice de Liquidez, el mismo que cuando supera al valor unitario, es indicativo de posibles problemas de colapso. (Reynols, Henry y Protopodokes P ). “ Practical Problems in Soil Mechanics”. Se puede determinar el índice de liquidez mediante la diferencia del contenido de humedad y límite plástico dividido por el índice de plasticidad IL = (w% - LP) / IP SECTOR Clasif. SUCS L Plástico % I Plástico % H Natural % Índice de Liquidez 5+675 CL-ML 17 6 25 5+710 CL-ML 18 7 26 1.14 5+820 CL-ML 17 6 25 1.33 6+140 CL-ML 18 6 30 2.00 6+885 SC-SM 21 5 28 1.40 6+940 SC-SM 18 5 25 1.40 7+350 SC 17 7 25 1.14 7+460 CL-ML 18 6 29 1.83 7+715 CL-ML 17 6 26 1.50 8+060 SC-SM 18 6 30 2.00 8+490 CL-ML 17 6 29 2.00 8+945 CL-ML 17 6 29 2.00 9+470 CL 20 9 21 0.11 9+820 ML 25 11 24 -0.09 10+240 CL 21 10 21 0.00
  • 60. Consistencia de los Suelos de Fundación El Índice de Consistencia es el valor que corresponde a la diferencia entre el valor del límite líquido y contenido de humedad, todo dividido entre el índice de plasticidad. Puede ser tomado como una medida de la consistencia del suelo, relacionada con la cantidad de agua que es capaz de absorber. Si el valor del Índice de Consistencia es negativo, la consistencia del suelo es liquida. En otros casos, de valores bajos del IC, el estado del suelo puede ser semilíquido, plástico muy blando, o plástico blando. Si el Índice de Consistencia es mayor que 1, el suelo se encuentra sólido o semi duro. (Jimenez-Salas José A “ Mecánica de Suelos y Aplicaciones a la Ingeniería”). IC = (LL – w%)/IP INDICE DE CONSISTENCIA ESTADO DE CONSISTENCIA 0.00 Líquido 0.00 – 0.25 Semi Líquido 0.25 – 0.50 Plástico muy Blando 0.50 – 0.75 Plástico Blando 0.75 – 1.00 Plástico Duro 1.00 Estado Sólido
  • 61. SECTOR Clasif. SUCS L Liquido % I Plástico % H Natural % Índice de Consistencia 5+675 CL-ML 23 6 25 5+710 CL-ML 25 7 26 - 0.14 5+820 CL-ML 23 6 25 - 0.33 6+140 CL-ML 24 6 30 - 1.00 6+885 SC-SM 26 5 28 - 0.40 6+940 SC-SM 23 5 25 - 0.40 7+350 SC 24 7 25 - 0.14 7+460 CL-ML 24 6 29 - 0.83 7+715 CL-ML 23 6 26 - 0.50 8+060 SC-SM 24 6 30 - 1.00 8+490 CL-ML 23 6 29 - 1.00 8+945 CL-ML 23 6 29 -1.00 9+470 CL 29 9 21 0.88 9+820 ML 36 11 24 1.09 10+240 CL 31 10 21 1.00 INDICE DE CONSISTENCIA
  • 62. SECTOR MDS gr/cc Densidad Natural Porcentaje de Compc. CBR a 95% CBR In situ 5+675 1.528 1.528 84.7 6.3 4.1 5+710 1.893 1.615 85.3 8.1 3.0 5+820 1.823 1.614 88.1 6.3 4.2 6+140 1.680 1.426 84.9 8.3 5.0 6+885 1.982 1.609 81.2 6.9 3.2 6+940 2.030 1.640 80.8 12.9 6.0 7+350 1.957 1.610 82.3 12.1 6.1 7+460 1.842 1.595 86.6 7.3 5.1 7+715 1.787 1.430 80.0 10.9 5.4 8+060 1.882 1.526 81.1 10.1 4.8 8+490 1.798 1.450 80.6 10.0 5.4 8+945 1.822 1.463 80.3 8.8 4.6 9+470 1.905 1.620 85.0 6.5 4.4 9+820 1.781 1.505 84.5 7.0 4.1 10+240 1.886 1.586 84.1 6.0 4.1 VALORES DE CBR DE SUBRASANTE
  • 63. Sector Evaluado Deflect. Característica x 10ˉ² mm. Radio de Curvatura m Comportamiento sub rasante 5+690 al 6+920 204 285 Presencia de nivel freático, suelos saturados, valores de CBR menores al de Diseño. 6+920 al 7+100 103 392 Comportamiento estructural adecuado, existe un relleno de 30 cm en promedio por encima del NT. 7+100 al 7+500 203 163 Presencia de nivel freático, suelos saturados, valores de CBR menores al de Diseño. 7+500 al 8+760 101 368 Comportamiento estructural adecuado, existe un relleno de 40 cm en promedio, por encima del NT.. 8+760 al 10+500 99 403 Suelos de subrasante con regular comportamiento de soporte, humedades adecuadas. Existe un relleno en promedio de 1 m RESULTADOS DE LA EVALUACION DE LA SUBRASANTE
  • 64. De los diferentes aspectos discutidos se puede concluir que cuando el valor de la capacidad portante CBR tiene un valor inferior al de diseño, será necesario efectuar el mejoramiento del suelo en base a un material transportado que muestre mejor capacidad portante. Para el caso de carreteras y autopistas, la carga máxima a distribuirse por efectos de un vehículo, en la masa de los suelos de fundación, corresponde a un eje cargado con 9,000 Kg, equivalente a 4,500 Kg en cada rueda. Esta carga transmite un esfuerzo de contacto de 5 Kg/cm2, el cual disminuye a un valor cercano al 10% considerado casi nulo en una profundidad aproximada de 1.50 m (Valle Rodas, R, 1982).
  • 65. Calculo del espesor de Mejoramiento de la Subrasante utilizando otros metodos. El Manual “Gravel Roads” editado por el Departamento de Transporte del Estado de Dakota del Sur, auspiciado por la Federal Highway Admistration dice “en caso de tenerse subrasante pobres y blandas existen dos alternativas el de sobreexcavar y reemplazar y el de colocar un geosintetico que separe y refuerce; este ultimo método es eficaz y bajo determinadas condiciones es más económico”.
  • 66. Calculo del espesor de Mejoramiento de la Subrasante utilizando otros metodos. Es conveniente introducir el mejoramiento de la subrasante con geomallas biaxiales que se basa totalmente en el concepto de distribución de carga, es decir, la malla distribuye la carga en una mayor área. Por esta misma razón disminuyen los esfuerzos verticales, los esfuerzos horizontales; se reducen las deflexiones verticales, se incrementan los módulos de reacción compuestos del sistema subrasante-pavimento. En términos generales existe un incremento en la capacidad de soporte de la subrasante con el uso de la geomalla en esta posición.
  • 68. UTILIZACION DE GEOMALLAS BIAXIALES EN SUELOS PANTANOSOS
  • 69.
  • 70. UTILIZACION DE GEOMALAS BIAXIALES EN SUELOS COLAPSABLES
  • 71. Metodología de diseño de Giroud-Han (2004) El método de diseño es utilizado para calcular los espesores de las capas que conformaran el relleno (mejoramiento) en la construcción de pavimentos sobre subrasantes débiles. La validación de los espesores alcanzados para reforzar el pavimento con las Geomallas Biaxiales, usando este método es alcanzado a través de la calibración de varios juegos de ensayos incluyendo los resultados obtenidos del trabajo emprendido por la Universidad del Estado de Carolina del Norte a los ensayos en pavimentos.
  • 72. Parámetros de Diseño REQUERIMIENTOS DE TRAFICO Calculo del Tráfico de diseño : Se refiere al Tráfico de Construcción Espesor de Corte : 0.50 m Longitud : 2000 m Volumen de Corte : 9000 m3 N° de Volquetes 15 m3 : 600 Ida y vuelta : 1200 viajes
  • 73. TIPO FC FRECUENCIA N18 Carga Simple 1.45 1200 1740 Carga Tandem 3.97 1200 4764 TOTAL 6,504 Para efectos de Diseño asumimos una frecuencia de 10,000 pasadas Propiedad Valores Carga Axial (Kips) 18 Trafico (ESAL’S) 10,000 Presión se Inflado (psi) 80 Máximo Ahuellamiento permitido (in) 1.5  PROPIEDADES DEL SUELO Propiedad Valor CBR del Material de Relleno (%) 20 CBR de Subrasante (%) 3
  • 74. Parámetro BX 1100 BX 1200 Tipo de Geomalla Formada integralmente, capa simple Formada integralmente, capa simple Forma Rectangular/Cuadrada Rectangular/Cuadrada Espesor de Costilla (in) 0.03 0.05 Estabilidad de la aperturas (m- N/degree) 0.32 0.65 Eficiencia de las Juntas (%) 90 90 Tamaño de Abertura (in) Dirección de Maquina Transversal a la Maquina 1.0 1.3 1.0 1.3 Factor de Ajuste de Espesor 1.0 1.0 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LA MALLA BIAXIAL
  • 75. Geosintetico Refuerzo Requerido (in) Ahorro en espesor (in) Ahorro de Agregado (%) Sin Refuerzo 21 NA NA Tensar BX 1200 6 15 71%
  • 76. Geosintetico Refuerzo Requerido (in) Ahorro en espesor (in) Ahorro de Agregado (%) Sin Refuerzo 21 NA NA Tensar BX 1200 6 15 71%
  • 77. Partida DESCRIPCIÓN METRADO PU MONTO S/. 220.00 Mejoramiento de Subrasante (0.40) 7,261.65 17.88 129,838.30 700.01 Material proveniente de Cantera D<=1 Km 7,261.65 4.88 35,436.85 700.02 Material proveniente de Cantera D>=1 Km 39,285.53 1.24 48,714.06 700.09 Transporte eliminac. a Botadero D<=1Km 7,261.65 4.88 35,436.85 700.10 Transporte eliminac. a Botadero D>=1Km 43,206.82 1.21 52,280.25 230.00 Material de relleno solo extracción 7,261.65 3.42 24,834.84 TOTAL MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE 326,541.16 GEOMALLA BIAXIAL 14,596.00 13.4 195,586.40 TOTALES 195,586.40 AHORROS POR USO DE GEOMALLA BIAXIAL 130,954.76 SUSTENTO ECONOMICO DEL USO DE LA MALLA BIAXIAL
  • 78. Conclusiones Se justifica técnicamente colocar una geomalla en sectores localizados en función, primero, de la baja capacidad portante del terreno de fundación segundo la presencia del nivel freático que agudizaría que los suelos que subyacen, sean susceptibles a asentamientos en función del tiempo, es decir por consolidación; a diferencia de los suelos granulares, que sometidos a cargas externas, están sujetos a asentamientos inmediatos. Con el fin de eliminar la ascensión capilar que por condiciones de presión hidrostática pudiese suscitarse, es recomendable, colocar una capa de material granular seleccionado tipo filtro en un espesor promedio de 20 cm, como parte del espesor de mejoramiento a construirse
  • 79. OBSERVESE LOS PROBLEMAS SUCITADOS POR LOS POSTES EN LA BERMA CENTRAL
  • 80. INSTALACION DE GEOMALLA BIAXIAL + GEOTEXTIL
  • 81. CONSTRUCCION DE ZANJA DE SUBDRENAJE KM 7 +620
  • 82.
  • 84. CONSTRUCCION DE BERMA CENTRAL KM 8+570
  • 85. PROCESO DE COLOCACION DE MEZCLA ASFALTICA
  • 86. SECTOR DE ACOLLA CON OBRAS CULMINADAS
  • 87. VISTA PANORAMICA DE LA CARRETERA JAUJA – TARMA