6. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico – Imperio Romano
• Los romanos tomaron esta práctica y construyeron 87.000 km de vías,
con propósitos militares principalmente.
• 127.000 km de calzadas de todas las categorías.
• El diseño romano por sus carreteras primarias (calzadas), consistió en
cuatro capas (de abajo hacia arriba) de la siguiente manera :
Statumen: Dos o tres hileras de piedras planas establecidas en mortero
de cal.
Rudus: La tercera capa se compone de mampostería y piedras más
pequeñas también establecidas en mortero de cal.
Núcleo: Una especie de capa base compuesta de grava y arena con
cemento de cal.
Summa Crusta o pavimentum (superficie): Suave, bloques poligonales
acostados en la capa subyacente.
• Espesores entre 0,9 m y 1,5 m.
11. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• S.XVIII: Creación de la Escuela de Ponts et Chaussees.
• Hubert Gautier (1660 - 1737): Escribió en 1716 el “Traité des Ponts” y
en 1721 el “Traité de la Construction des Chemins”, considerados los
primeros tratados modernos sobre construcción de puentes y de
caminos.
Propuesta similar a la calzada romana, pero sin el nucleus y el statumen.
12. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• Pierre-Marie Jérôme Trésaguet (1716 - 1796): Consideró que el suelo
de fundación, y no las capas de la calzada, debería soportar las cargas y
desarrolló un sistema de construcción, mejorando el soporte con una
espesa capa de piedras uniformes, cubierta por otras dos capas de
partículas de menor tamaño y de bajo espesor.
• Thomas Telford (1757 – 1834): mejoró el soporte del pavimento,
mediante el empleo de piedras de diversos tamaños. Secciones de
pavimento de aproximadamente 350 a 450 mm de profundidad y
generalmente se especifica en tres capas.
13. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• Thomas Telford:
La capa inferior se compone de piedras de gran tamaño (100 mm) de
ancho y de 75 a 180 mm de profundidad)
En la parte superior de esta, se colocaron dos capas de piedras de 65
mm de tamaño máximo (aproximadamente 150 a 250 mm de espesor
total) seguida de una capa de rodadura de grava de hasta 40 mm de
espesor.
Se estima que este sistema podría soportar una carga correspondiente
a 88 N/mm (500 libras por pulg. de ancho).
14. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• John Loudon McAdam (1756 – 1836): Construyó caminos con una capa
de partículas de piedra partida de igual tamaño (según él, “ninguna
partícula que no quepa en la boca de un hombre puede ir en el
camino”). Usó agregado angular en vez de redondeado.
Tamaño máximo de agregado de 25 mm.
La carga admisible más grande para este tipo de diseño se estimó en
158 N/mm (900 libras por pulg. de ancho).
• En USA, uso del macadam con alquitrán.
15. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• Edmund J. DeSmedt: químico belga. El 29 de Julio de 1870, colocó el
primer verdadero pavimento asfáltico (Sheet Asphalt) en los Estados
Unidos de América, en Broad Street, al frente del City Hall de Newark
(New Jersey).
capa de rodadura de 40 a 50 mm de espesor compuesto de cemento
de asfalto y arena.
capa intermedia (alrededor de 40 mm de espesor) compuesta de
piedra y cemento de asfalto roto.
capa base de concreto hidráulico de cemento o escombros (bloques de
granito viejo, ladrillos, etc.).
• Frederick J. Warren: Patentó en 1900 las primeras mezclas asfálticas en
caliente para pavimentación, denominadas ―Warrenite-Bitulithic. Una
mezcla típica contenía aproximadamente el 6 por ciento de “cemento
bituminoso”, con proporción de vacíos de aire bajas.
16. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• En 1904, Clifford Richardson publicó “The Modern Asphalt Pavement.” Se
refirió a dos tipos de mezclas asfálticas: mezclas de superficie y concreto
asfáltico.
• USA: Primer pavimento de concreto asfáltico en la costa oeste se colocó en
1894. Además, entre 1914 y 1926, el 95 por ciento de tales pavimentos eran de
125 mm o menos de espesor total (75 - 87,5 mm de la base de asfalto y el 37,5
a 50 mm de concreto asfáltico superficie).
17. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• Colombia: Creación del Ministerio de Obras Públicas (MOP) en 1905. Se inició
la construcción de carreteras.
• El primer pavimento en Colombia se construyó en las calles del centro de
Bogotá y en el parque de la Plaza Bolívar entre 1890 y 1893.
• En 1929, el MOP pavimenta 5 km de la carrera 7ª entre San Diego y la Avenida
Chile (Bogotá), utilizando concreto asfáltico.
• La primera etapa del siglo se caracterizó por la construcción de vías dispersas,
aisladas, inconclusas y que no prestaban servicio alguno.
• En 1938, se autorizó la pavimentación de algunos tramos de carreteras
nacionales y se creó el programa “cambio de piso”. En 1939, el presidente
Eduardo Santos, ordenó pavimentar 900 km en un lapso de tres años con la
asesoría del Bureau of Public Roads y específicamente del experto Worth D.
Ross, quien recomienda especificaciones, toma de muestras y ensayos.
19. INTRODUCCIÓN
Desarrollo histórico
• Crecimiento de la red vial fue especialmente notorio en la década de
los cincuenta, en la cual el transporte automotor se convirtió en el
principal medio en el país, llegando a desplazar a otros establecidos
como el tren y el tranvía.
• En la década de los noventas, como consecuencia de la
reestructuración del estado colombiano, se liquidó el Ministerio y se
creó el Instituto Nacional de Vías (INVIAS), entidad que se encargó de
la administración de la red vial nacional y de la implementación de
políticas de conservación y mantenimiento.
• Sector privado – Esquema de concesión.
• Alianzas público privadas - APP.
20. ASPECTOS TEÓRICOS
1. Los Pavimentos
a) Pavimentos Flexibles.
b) Pavimentos Rígidos.
c) Pavimentos Semi-rígidos.
d) Pavimentos Articulados.
2. Funciones de las capas
a) En Estructuras Flexibles.
b) En Estructuras Rígidas.
c) En Estructuras Semi-rígidas.
d) En Estructuras Articuladas.
21. Base
Sub-base
PAVIMENTO
Estructura vial formada por una o varias
capas de materiales seleccionados, que se
construyen sobre la subrasante y que es
capaz de resistir:
Las cargas impuestas por el tránsito
La acción del medio ambiente
Transmitir al suelo de fundación esfuerzos
y deformaciones tolerables
y además proporcionar la circulación de los
vehículos con rapidez, comodidad,
seguridad y economía
Subrasante
Rodadura
22. CARACTERÍSTICAS DEL PAVIMENTO
• Capaz de resistir la acción de las cargas.
• Capaz de resistir acción de la intemperie.
• Tener textura apropiada.
• Ser durable y económico.
• Proporcionar superficie uniforme que garantice
economía, comodidad y seguridad al tránsito
vehicular.
23. TIPOS DE PAVIMENTOS
Subbase Subbase Subbase
Capa
Estabilizada
Subbase
Subrasante
Base
Semirígido
CA
PCC
CA
Base
Adoquín
Rígido
Flexible Articulado
24. PAVIMENTO FLEXIBLE
Son aquellos que están formados por una carpeta bituminosa apoyada
sobre una o varias capas de gran flexibilidad (bases y subbases), que
transmiten los esfuerzos al terreno de soporte mediante un mecanismo de
disipación de tensiones, las cuales van disminuyendo con la profundidad.
capa asfáltica
Base
Subbase
Esfuerzo (Q)
p
r
o
f
u
n
d
i
d
a
Subrasante
Profundidad
(z)
27. PAVIMENTO RÍGIDO
Son aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa de
concreto de gran rigidez, apoyada sobre la subrasante o una capa de
material seleccionado (subbase o estabilizada), que transmiten los
esfuerzos al terreno de soporte mediante un mecanismo de distribución.
Losa de
concreto
Subbase
Esfuerzo Q
r
o
f
u
n
d
i
d
a
Subrasante
Profundidad
(z)
29. COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS
•Pavimento Flexible •Pavimento Rígido
C.A
Base y
Subbase
Subrasante
Grandes
Deformaciones
Grandes
Tensiones
Subbase
Losa
Subrasante
Pequeñas
Deformaciones
Pequeñas
Tensiones
30. PAVIMENTO SEMIRÍGIDO
Son los que conservando la estructura esencial de un pavimento flexible,
tienen una o más capas rigidizadas artificialmente (con cal, cemento,
asfalto, etc.). La transmisión de esfuerzos al suelo de soporte se hace por
disipación y repartición, por eso se asume que tiene un comportamiento
mixto.
Capa asfáltica
Esfuerzo Q
Subrasante
Profundidad
Subbase
Capa
estabilizada
31. PAVIMENTO ARTICULADO
Está formado por elementos prefabricados de pequeñas dimensiones
que individualmente son muy rígidos y se asientan sobre una capa de
arena, la cual se apoya sobre una capa de subbase. Transmiten los
esfuerzos al terreno de soporte mediante un mecanismo de disipación de
tensiones.
Adoquines
Arena de sello
Subrasante
51. DESARROLLO HISTÓRICO DEL DISEÑO DE
PAVIMENTOS
1. Métodos Previos a Ensayo de Road Test.
2. Métodos de Diseño Basados en Ensayos de Road
Test.
3. Métodos Mecanicistas.
4. Método AASHTO 2002.
5. Ensayos acelerados e Instrumentación.
52. MÉTODOS PREVIOS A ENSAYO ROAD TEST
1. Métodos basados en mecánica de suelos
Método del índice de grupo.
Métodos edafológicos.
2. Métodos basados en la Resistencia
Métodos del CBR y Método del R de Hveem.
Métodos con ensayos de carga/deformación, K.
53. MÉTODOS PREVIOS A ENSAYO ROAD TEST
Método del índice de grupo
Se basa en la clasificación del suelo de la subrasante desde muy malo a
Excelente según el Índice de Grupo que le corresponda dentro de la
clasificación AASHTO y del tipo de tránsito, que a su vez se clasifica en
Liviano, Medio y Pesado.
Métodos edafológicos
Están basados en la clasificación de la formación de suelos. Se basan en
el principio de que los suelos del mismo origen y con condiciones
climáticas similares, tendrán propiedades ingenieriles parecidas.
59. MÉTODOS DE DISEÑO BASADOS EN ENSAYOS
DE ROAD TEST
1. ROAD TEST BATES 1922-1923
2. ROAD TEST MARYLAND 1950
3. ROAD TEST WASHO (IDAHO)1953-1954
4. ROAD TEST AASHO (Illinois) 1958-1960
60. 1. BATES ROAD TEST (1920)
•1922-1923.
•División de carreteras
de Illinois.
• Longitud = 4 Kms.
• 63 Secciones con
diferentes materiales
(CA, CH, Ladrillo).
61. 1. BATES ROAD TEST (1920)
•Secciones Ladrillo: 22, solo
1 soportó las cargas.
•Secciones CA: 17, solo 3
pasaron la prueba de
resistencia.
•Secciones CH: 24, 10
pasaron la prueba.
•Uso de juntas
longitudinales.
62. 2. ROAD TEST MARYLAND (1950)
• Pavimento rígido (hs: 7” - 9”).
• Juntas: Contracción = 12,2 m Expansión = 36,6 m.
• Cargas: Simples (80,1 y 100 KN), Tándem (142,2 y 200 KN).
• Longitud: 1,8 km.
63. 2. ROAD TEST MARYLAND (1950)
Resultados del ensayo:
• Fisuración de la losa y asentamiento en juntas aumentó de acuerdo a la
magnitud de las cargas.
• Se presentó bombeo en subrasantes finas, más no en las granulares.
• El alabeo térmico produjo tensiones y deflexiones en las esquinas.
• La equivalencia entre ejes tándem y simples dependía de la ubicación de
la carga.
65. 3. WASHO Road Test (IDAHO) 1952-1954
•Cargas: Simples (80 y 100 KN), Tándem(142 y 178 KN)
•Pistas = 2
•Longitud = 580 m c/u
•Secciones= 5 de 92 m c/u
•Transición= 30 m
•Espesores totales de pavimento de 6” a 22”
66. 3. WASHO Road Test (IDAHO) 1952-1954
•238.000 circulaciones en total.
•Pistas = 2
•Construidas sobre un limo A-4.
Resultados obtenidos:
• El daño en el pavimento se incrementaba en el siguiente orden: 80 KN
(simple), 142 KN (tándem), 100 KN (simple) y 178 KN (tándem).
• El comportamiento del pavimento con 10 cm (4 pulg) de concreto asfáltico
fue muy superior a uno de igual espesor, pero con 5 cm (2 pulg) de concreto
asfáltico.
• De acuerdo a las fallas producidas al pavimento:
Fatiga: Eje tándem 1,5 veces carga de eje simple.
Deformaciones: Eje tándem 1,8 veces carga de eje simple.
68. 4. ROAD TEST AASHO (Illinois) 1958-1960
Asociación Americana de Carreteras de USA
Secciones = 836
Flexibles = 486
Rígidas = 368
Circuitos = 6 (4 Grandes, 2 Pequeños)
Longitud recta = 2073, 1341, 610 m
Cargas: Simples (9 a 133 KN), Tándem (107 a 214 KN)
Se tomaron medidas de:
• Regularidad y auscultación visual.
• Deflexiones.
• Serviciabilidad del pavimento (PSI).
79. MÉTODO AASHTO
1. Guía provisional basada en Ensayo Vial AASHO
(1961-1962).
2. Interim Guide 1972: Revisado Capítulo III
Pavimentos Rígidos.
3. Método AASHTO 1986.
4. Método AASHTO 1993 (se involucraron conceptos
de rehabilitación de pavimento).
80. MÉTODO AASHTO
VARIABLES DE DISEÑO (PAVIMENTO FLEXIBLE)
1. Tránsito (N8,2 ton)
2. Serviciabilidad (ΔPsi = P0 - Pt)
3. Confiabilidad (R, Zr, S0)
4. Resistencia de la subrasante (Mr)
5. Propiedades de los Materiales (E, ai)
6. Drenaje (mi)
7. Número Estructural (SN)
8. Efectos Ambientales
81. FÓRMULA GENERAL MÉTODO AASHTO
,
1. Suplemento Método AASHTO 1998: en esta etapa de
la guía se introdujeron los principios del método
mecanicista.
2. Método AASHTO 2002: guía MEPDG
Basada en la teoría de la elasticidad y la aplicación de
modelos de deterioro del pavimento.
82. MODELOS MECANICISTAS (1962)
1. Determinación de propiedades elásticas y
viscoelásticas de materiales.
2. Métodos de análisis de cálculo de esfuerzos y
deformaciones.
3. Establecimiento de criterios de falla (Fatiga,
Ahuellamiento, Fisuración Térmica).
4. Ecuaciones de diseño (Shell, Nottingham, LCPC, CRR,
NITRR, INA, FHA, NCHRP, etc).
85. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
FLEXIBLES
Axle Load/Type
Circular Radius of Contact
Tire Pressure
st ; et
AC Layer
E1 u1
Base Layer
E2 u2
h2
Subbase Layer
E3 u3
h3
Subgrade
E4 u4
h1
sv ; ev
86. NCHRP 1-37A
Design Guide
Design Guide
Mechanistic Principals
Mechanistic Principals
et
ec
d
Based on the assumption that pavement
can be modeled as a multi-layered elastic
Structure or elastic slab system.
88. DATOS DE SALIDA DE MODELO MULTICAPA
sr1
P
ez4
P
Concreto
Asfáltico
a
E1,μ1
a
E3,μ3
E2,μ2
Base
Granular
Subbase
H1
H2
sz2
sz1
sr2
er1
sr3
Q Q
Subrasante E4,μ4
H3
sz3
90. NCHRP 1-37A
Design Guide
Design Guide
Basic Fatigue Equation
Basic Fatigue Equation
3
2
1
1
1
k
k
t
f
E
K
N
e
Nf = number of repetitions to fatigue cracking
et = tensile strain at the critical location
E = stiffness of the material
K1, k2, k3 = laboratory calibration parameters
3
2
)
(
)
(
1
k
k
t E
K
e
91. MODELACIÓN DE LA ESTRUCTURA
CÁLCULO DE s y e
COMPARACIÓN DE N diseño vs N admisibles
E1
E2
E3
h1
h2
h3
N N
s e
93. The Strategic Highway Research
Program (SHRP)
• En 1987, el Congreso de los Estados Unidos autorizó el Programa
Estratégico de Investigación de Carreteras (SHRP), una iniciativa de
investigación aplicada de cinco años de duración, para desarrollar y
evaluar técnicas y tecnologías para combatir el deterioro de las
carreteras nacionales y mejorar su rendimiento, durabilidad,
seguridad y eficiencia.
• La investigación, realizada bajo contrato con organizaciones privadas
y universidades, se concentró en cuatro áreas:
Asfalto.
Concreto y estructuras.
Operaciones de la carretera (mantenimiento y seguridad de la zona de
trabajo).
Rendimiento del pavimento (long-term pavement performance study -
LTPP).
94. The Strategic Highway Research
Program (SHRP)
• Resultados:
Método SUPERPAVE, para clasificación de asfaltos y diseño de mezclas.
Base de datos del comportamiento de los pavimentos en los Estados
Unidos, bajo el programa LTPP.
Pautas sobre estrategias de mantenimiento preventivo y métodos de
reparación de pavimentos.
95. GUIDE FOR MECHANISTIC- EMPIRICAL
DESIGN
• Para estructuras de pavimento nuevas y rehabilitadas.
• Debido a la necesidad de tener en cuenta los cambios en
las condiciones de carga, clima, materiales, etc.
• En el “Workshop on Pavement Desing” (1996), se
establecieron los lineamientos para el desarrollo de la
guía.
• NCHRP Project 1-37A. Para el año 2002.
• Basado en modelos, tratando de predecir el
comportamiento del pavimento durante su periodo de
servicio.
96.
97. PRODUCTOS DEL PROYECTO
• Texto de la Guía 2002.
• Software de Apoyo.
• Procedimientos de ensayo y evaluación de
materiales.
• Reportes técnicos.
99. ENFOQUE EMPÍRICO MECANICISTA
• Calcula esfuerzos, deformaciones y deflexiones
debidas al tránsito y al clima.
• Relaciona el número de repeticiones con los
deterioros tales como fisuramiento, ahuellamiento,
etc.
• Calibrado con observaciones de comportamiento.
100. Entradas
Estructura Materiales Clima Tránsito
Se requiere la media y la desviacion estándar
Selección del diseño inicial
Respuestas Estructurales (s, e, d)
Predicción del desempeño
Fallas Regularidad
Verificación del desempeño
Criterios de falla
Confiabilidad
del Diseño
Requisitos
de Diseño
¿Satisfecho? No
Si
Diseño Final
Diseño
inicial
revisado
101. Pavement types considered in the new Guide.
• New flexible pavements
• New semi-rigid pavements
• New rigid pavements (JPCP,CRCP)
• Rehabilitation, HMAC over flexible
• Rehabilitation, HMAC over fractured PCC
• Rehabilitation, HMAC over rigid
• Restoration of existing rigid pavements
• Rehabilitation, PCC over existing rigid
• Rehabilitation, PCC over existing flexible
PROCESOS DE DISEÑO
104. DAÑOS CONSIDERADOS PARA EL
PAVIMENTO FLEXIBLE
• IRI inicial y futuro.
• Agrietamiento longitudinal.
• Agrietamiento por fatiga.
• Ahuellamiento.
105.
106. ENSAYO ACELERADO DE PAVIMENTOS
Aplicación controlada de carga rodante, a un nivel igual
o mayor que el límite legal de carga, sobre un sistema
de pavimento (tradicional o experimental), para
determinar sus respuestas en condiciones de rápida
acumulación de daño.
https://www.youtube.com/watch?v=LIXcj9uqHlU
Problema
(no)
tradicional
Solución
(no)
tradicional
119. Ensayo Acelerado
Ensayos de laboratorio
Análisis en computador
Tiempo
Confiabilidad
de
los
resultados
Evaluación
de largo plazo
Costos ESTUDIOS DE PAVIMENTOS
120. NORMATIVA COLOMBIANA
• 1992 – Creación del INVIAS.
• 1998 - Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios
y altos volúmenes de tránsito.
Catálogos.
• 2007 - Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con bajos
volúmenes de tránsito.
• 2008 - Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación
de pavimentos asfálticos de carreteras.
• 2013 - Especificaciones generales de construcción de carreteras y
normas de ensayo para materiales de carreteras
• 2018 - Nueva versión de los manuales (en revisión).
122. • Nuevo manual
Bajos volúmenes: hasta 500.000 ejes equivalentes.
Manual 2007: R=70%
NORMATIVA COLOMBIANA
123.
124. “Structural engineering is the art and science of molding materials we do
not fully understand into shapes we cannot precisely analyze to resist
forces we cannot accurately predict, all in such a way that the society at
large is given no reason to suspect the extent of our ignorance.”
“Es el arte de utilizar materiales que no entendemos completamente, en
formas que no podemos analizar con precisión, para que soporten cargas
que no sabemos predecir, de tal forma que nadie sospeche de nuestra
ignorancia”.
Matthew W. Witczak
INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
127. •Tipo de Vehículo.
•Peso Total del Vehículo.
•Tipo de Eje.
•Carga Por Eje.
•Presión y Área de Contacto.
•Velocidad de Aplicación de Cargas.
•Impacto.
•Número de repeticiones de carga.
Eje estándar de 8,20 toneladas.
Espectro de cargas.
TRÁNSITO
135. Discriminación de cargas por eje
5,2 Ton 18,3 Ton 28,5 Ton
1 eje simple RS de 5,2 Ton
1 eje tándem RD de 18,3 Ton
1 eje tridem RD de 28,5 Ton
C3-S3
52 Ton
136. CARGAS POR EJE FACTOR DAÑO (FD)
Magnitud de Carga
Carga de referencia
FD = Σ
n
TIPO DE EJE CARGA DE REFERENCIA (Ton)
Eje Simple de Rueda Simple 6,6
Eje Simple de Rueda Doble 8,2
Eje Tándem 15
Eje Tridem 23
139. P
PRESIÓN Y ÁREA DE CONTACTO DE LAS LLANTAS
P = 2050Kg
Q = 5,6 k/cm2
R
Presión Q = P / AREA
Area = p R2
10,8cm
5,6
π
2050
Q
π
P
R
Q
140. VELOCIDAD DE APLICACIÓN DE LAS CARGAS
Desgaste superficial
Frecuencia de
Solicitación
de las Cargas
141. TIEMPO Y FRECUENCIA (F) DE APLICACIÓN
DE CARGAS
T = Tiempo de aplicación de carga en s.
h = Espesor de la capa en cm.
V = Velocidad del vehículo en km/h.
Log t = 0,005 h – 0,2 – 0,94 Log V
(S.F Brown y Barksdale)
F = 1 / (2*π* t)
143. IMPACTO
•Se contempla en sitios
donde los pavimentos se
unen a otras estructuras,
y se puede originar su
deterioro.
144. REPETICIONES DE CARGA
• Número de repeticiones de eje
equivalentes a una carga
patrón.
• Repeticiones de carga de
diferente magnitud en cada
tipo de eje.
P = 8,2 Ton
145. TRÁNSITO EQUIVALENTE
Número acumulado de ejes
equivalentes a (P) ton en el
carril de diseño durante el
periodo de diseño.
Eje estándar
de (P) Ton.
(P)
Ton.
149. CONTENIDO
2.1 Introducción
2.2 Componentes del Tránsito
2.3 Clasificación del Tránsito
2.4 Conteo de Vehículos
2.5 Distribución Porcentual General de Tránsito
2.6 Factor de Distribución Direccional
2.7 Cálculo de Tránsito en Ejes Equivalentes
2.8 Factor de Daño por Vehículo Comercial
2.9 Proyección del Tránsito y Cálculo de Número de Ejes Equivalentes
2.10 Niveles de Tránsito
150. 2.1 INTRODUCCIÓN
La cuantificación del tránsito es de gran importancia y busca la
obtención de ejes equivalentes acumulados de 80 KN en el carril de
diseño y en un determinado periodo de diseño. Para esto se requiere:
• Tránsito promedio diario (TPD)
• Clasificación vehicular
• Configuración y cargas máximas legales
• Factores de equivalencia de carga por eje para cada tipo de vehículo
• Distribución direccional y por carril de vehículos comerciales
• Serie histórica de tránsito
• Tendencia de crecimiento del tránsito
• Información adicional requerida por la metodología de diseño
152. 2.2 COMPONENTES DEL TRÁNSITO
El tránsito tiene los siguientes componentes:
• Tránsito normal.
• Tránsito atraído.
• Tránsito generado.
Estos parámetros serán determinados por medio de un estudio
específico de ingeniería de tránsito y sirven de referencia para
cuantificar la variable en el periodo de diseño.
153. 2.3 CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO
Los vehículos se clasifican en forma general
en tres categorías:
• Autos (A)
• Buses (B)
• Camiones (C)
Solo se tienen en cuenta las cargas
generadas por los vehículos pesados (B y C)
para la determinación del tránsito
equivalente.
155. 2.4 CARGAS MÁXIMAS LEGALES
El Ministerio de
Transporte dicta las cargas
máximas legales de los
vehículos de carga.
Resolución 1782 de Mayo
de 2009 .
156. 2.4 CARGAS MÁXIMAS LEGALES
Las cargas máximas por tipo de
eje vigentes en Colombia según
la Resolución 4100 expedida por
el Ministerio de Transporte el 28
de Diciembre de 2004.
157. 2.5 MÉTODOS DE CONTEO VEHICULAR
Los conteos vehiculares se pueden realizar mediante las siguientes
metodologías:
• A través de conteos manuales.
• Utilizando contadores mecánicos.
• Pesaje de vehículos en movimiento (WIM).
El INVIAS realiza conteos manuales anualmente en los sectores de la
Red Vial Nacional desde el año 1968.
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
5 CALLE 232-LA CARO 45A04 7 43.487 59.593 53.739 54.449 47.431 55.172 74.768 39.449 43.915 41.984 67.943 61.085 79.482 65.670 77.853 73.468 56.312 68.191 103.679 101.436
77-09-14 85-07-08 82-09-09 82-10-08 78-13-09 79-11-10 82-03-15 74-13-13 76-13-11 72-13-15 79-10-11 79-09-12 76-13-11 70-12-18 79-09-12 76-11-13 78-10-12 78-10-12 83-08-09 84-08-08
6 LA CARO-BRICEÑO 5501 13 17.538 18.731 15.246 14.498 14.677 19.444 22.348 20.012 21.820 20.973 24.179 27.200 25.022 54.692 24.213 29.275 31.176 33.130 46.982 43.466
65-08-27 74-07-19 67-08-25 68-09-23 66-10-24 69-10-21 64-09-27 59-13-28 66-10-24 58-13-29 63-12-25 67-11-22 64-12-24 76-11-13 56-15-29 52-13-35 75-10-15 65-10-25 48-10-42 53-11-36
7 SALITRE-SOPÓ-BRICEÑO 50CN03 15 5.318 5.422 3.907 5.800 5.571 5.992 6.603 6.643 7.379 8.030 7.594 7.847 7.717 8.512 11.355 11.976 9.743 10.620 9.923 20.263
68-06-26 77-05-18 64-17-19 77-06-17 70-14-16 68-13-19 75-06-19 65-15-20 69-15-16 57-16-27 69-13-18 68-13-19 64-14-22 69-11-20 60-13-27 62-14-24 72-11-17 69-13-18 70-14-16 62-13-25
SERIE HISTÓRICA Y COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO
TERRITORIAL CUNDINAMARCA
LONGITUD
(KM)
ESTAC.
No.
SECTOR
CODIGO
VIA
159. 2.6 PESAJE DE VEHÍCULOS
• Para vías no concesionadas, el INVIAS realiza mediciones de pesaje a los
vehículos de carga mediante estaciones portátiles.
• Para el caso de las vías concesionadas, se establecen dispositivos de
pesaje fijos, los cuales recolectan un volumen de información mucho
más extenso.
Sistema WIM
160. 2.7 DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL GENERAL DE
TRÁNSITO
Se debe realizar la
caracterización de los
vehículos aforados de
acuerdo a las categorías
mencionadas anteriormente.
La siguiente tabla muestra
distribuciones de referencia
obtenidas de la Red Vial
Nacional para diferentes
categorías de tránsito.
161. 2.8 FACTOR DE DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL
El factor direccional corresponde a la distribución porcentual de los
vehículos pesados en cada sentido de circulación obtenidos de los
resultados de un conteo o por observación directa en el campo.
Si no se dispone de información, generalmente se asume igual al 50%.
162. 2.9 FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL
Este parámetro corresponde a la distribución de camiones entre los
carriles con el mismo sentido. Los siguientes valores recomendados
fueron determinados por la guía del National Cooperative Highway
Research Program (NCHRP).
163. 2.10 CUANTIFICACIÓN DE LA VARIABLE
TRÁNSITO EQUIVALENTE
Para determinar el número de repeticiones de una carga estandarizada
de 80 KN (8,20 ton) equivalente al tránsito real, se debe hacer uso del
factor de equivalencia de carga.
Los métodos para determinar este factor son:
• El método AASHTO.
• El método de la Cuarta Potencia.
• El método Mecanicista.
164. 2.10 CUANTIFICACIÓN DE LA VARIABLE
TRÁNSITO EQUIVALENTE
AASHTO
Esta metodología incorpora características del tipo de eje y de la
estructura de pavimento para determinar el Factor de Equivalencia de
Carga.
165. 2.10 CUANTIFICACIÓN DE LA VARIABLE
TRÁNSITO EQUIVALENTE
AASHTO
Gt = Función representativa de la pérdida de capacidad de servicio
Pt = Índice de serviciabilidad final, que varía según la importancia del pavimento, tal como lo
establecen los valores sugeridos por la guía AASHTO 1993.
FEC: Factor de equivalencia de carga por eje
Wtx: Es el número de aplicaciones de carga por eje de magnitud X Kips en el tiempo t.
Wt18: Es el número de aplicaciones de carga por eje de magnitud 18 kips en el tiempo t.
ßx : Es la pendiente de la curva de serviciabilidad para una carga X cualquiera. Se calcula con
la siguiente expresión: (AASHTO, 1972)
ß18: Es el valor de ß cuando la magnitud de la carga es igual a 18 Kips y L2 es igual a la unidad
(1).
Lx: Magnitud de carga por eje (Kips).
L2: Código por eje (1 para eje simple de rueda doble, 2 para eje tándem, 3 para eje Trídem).
167. 2.10 CUANTIFICACIÓN DE LA VARIABLE
TRÁNSITO EQUIVALENTE
MECANICISTA
Está basado en la utilización de un modelo de respuesta estructural,
que permite calcular esfuerzos, deformaciones y desplazamientos en
diferentes puntos de la estructura.
Uso de leyes de fatiga.
168. 2.10 CUANTIFICACIÓN DE LA VARIABLE
TRÁNSITO EQUIVALENTE
FACTOR DE DAÑO
POR VEHICULO
COMERCIAL
Se realiza una
sumatoria del factor
de equivalencia de
carga para
determinar el factor
de daño para cada
vehículo. La siguiente
imagen ilustra el
cálculo para un
vehículo tipo C3S3.
169. 2.10 CUANTIFICACIÓN DE LA VARIABLE
TRÁNSITO EQUIVALENTE
ESPECTRO DE CARGA
Se determina por medio del
procesamiento de información
de pesaje de vehículos.
• Tipo de eje
• Rango de carga por eje
• Valor medio del rango
• Frecuencia de repeticiones de
carga
170. 2.11 CUANTIFICACIÓN DEL TRÁNSITO EN VÍAS
NT2
Tránsito entre 0,5 y 5 millones de ejes equivalentes.
Calcular N8,2 ton:
• Con series históricas.
• Sin series históricas.
2.12 CUANTIFICACIÓN DEL TRÁNSITO EN VIAS
NT3
Tránsito mayor a 5 millones de ejes equivalentes de 8,2 toneladas.
Se recomienda la implementación de espectros de carga producto de información
de pesajes.
Para las vías pertenecientes a la categoría alta (NT3), en las cuales se dificulte la
posibilidad de obtener la información de pesajes necesaria para determinar los
espectros de carga, se podrá estimar el tránsito de diseño en términos de ejes
equivalentes de 80 kN.
171. CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
CON SERIES HISTÓRICAS
La serie debe tener información continua de mínimo 11 años, con la
distribución vehicular y los factores de daño de los vehículos.
El procedimiento para determinar el tránsito equivalente es:
• Identificación de la serie histórica de TPDS.
• Conversión de la serie histórica del tránsito a serie histórica de ejes
equivalentes de 80 KN.
172. CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
CON SERIES HISTÓRICAS
• Conversión de la serie histórica del tránsito a serie histórica de ejes equivalentes de 80 KN.
Dónde:
N8,2t:Número acumulado de ejes de 8,2 T que circularon en el año i, en el carril de diseño.
Año i: es uno de los años de la serie histórica.
TPDSi: Tránsito promedio diario semanal medido en el año i de la serie histórica.
%VCi: Es el porcentaje de buses + camiones que se midió en el año i de la serie histórica.
Fcañoi: Es el factor de equivalencia global para vehículos comerciales o factor camión global del
año i.
FDvehículo i : Factor daño del vehículo i
Fd :Factor de distribución direccional de los vehículos comerciales
Fca :Factor de distribución por carril.
173. CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
CON SERIES HISTÓRICAS
El procedimiento para determinar el tránsito equivalente es:
• Realizar un análisis de regresión de los registros de conteos
vehiculares. Análisis estadístico para establecer un modelo
representativo del crecimiento del tránsito.
• Definir el modelo de crecimiento factible: R2.
• Estimar el tránsito futuro, con base en el modelo seleccionado.
176. CON SERIES HISTÓRICAS - EJEMPLO
Definir el modelo de crecimiento de tránsito factible. La selección final de
cualquier modelo de pronóstico se debe realizar sobre la base de los
resultados de los coeficientes estadísticos el análisis (ej. el coeficiente de
determinación R2).
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
177. CON SERIES HISTÓRICAS
Estimar el tránsito futuro diario equivalente en cada uno de los años del
periodo de diseño con base en el modelo seleccionado.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
178. CON SERIES HISTÓRICAS
Modelo lineal: y = 28,717 x - 57456
Confiabilidad????
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
Año N diario
2020 552
2021 581
2022 610
2023 638
2024 667
2025 696
2026 725
2027 753
2028 782
2029 811
2030 840
179. TRÁNSITO CON NIVEL DE CONFIABILIDAD
Corregir el tránsito proyectado para garantizar una confiabilidad superior al 50% en la
determinación del tránsito futuro.
• Cálculo del error estándar en el modelo de predicción.
Dónde:
σ : Es el error estándar del modelo utilizado
Yi: Es el valor observado o medido en el año i
Y modelo i: Es el valor estimado con el modelo en el año i.
n´: Es el número de puntos analizados en la serie
i: varia de 1 a n´.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
180. TRÁNSITO CON NIVEL DE CONFIABILIDAD
Corregir el tránsito proyectado para garantizar una confiabilidad superior al 50% en la
determinación del tránsito futuro.
• Cálculo del error estándar en el modelo de predicción.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
Año
N observado
(Yi)
N estimado
(Y modelo i)
(Yi – Y modelo i)2
2006 266 150 13473
2007 95 179 7055
2008 269 208 3707
2009 225 236 133
2010 176 265 7903
2011 257 294 1387
2012 246 323 5808
2013 364 351 149
2014 434 380 2909
2015 434 409 625
2016 458 437 441
Σ 43591
σ 69,60
181. TRÁNSITO CON NIVEL DE CONFIABILIDAD
• Calculo de error estándar en la predicción de tránsito año por año.
Donde:
(spronóstico )j: Es el error estándar de la estimación de Yj en el año Xj.
s : Es el error estándar del modelo utilizado.
Xj: Es el valor de la variable independiente (años) correspondiente a la predicción Nj.
Xi : Es el valor de la variable independiente (años) observado o de la serie histórica utilizada en
la definición del modelo.
ẋ: Es el valor de la media de la variable independiente (años) observada o el valor del año
medio de la serie histórica utilizada en la definición del modelo.
n: Es el número de puntos analizados en la proyección o sea el número de años del período de
diseño.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
182. TRÁNSITO CON NIVEL DE CONFIABILIDAD
• Calculo de error estándar en la predicción de tránsito año por año.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
Año
medición
(xi)
Año
proyección
(xj)
Año
Promedio
(x)
(xi -x)2
(xj -x)2 σ
pronostico
2006 2020 2011 25 81 63,3
2007 2021 2011 16 100 69,6
2008 2022 2011 9 121 75,9
2009 2023 2011 4 144 82,3
2010 2024 2011 1 169 88,8
2011 2025 2011 0 196 95,2
2012 2026 2011 1 225 101,7
2013 2027 2011 4 256 108,2
2014 2028 2011 9 289 114,7
2015 2029 2011 16 324 121,3
2016 2030 2011 25 361 127,8
Σ 110
183. TRÁNSITO CON NIVEL DE CONFIABILIDAD
• Determinación de los valores de corrección para la estimación del
tránsito, basado en el nivel de confianza deseado.
Nj: Ejes equivalentes estimados por el modelo en el año j.
Cj: Corrección en ejes equivalentes para el año j.
N’j: Ejes equivalentes corregidos en el año j.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
184. TRÁNSITO CON NIVEL DE CONFIABILIDAD
• Determinación de los valores de corrección para la estimación del
tránsito, basado en el nivel de confianza deseado.
Confiabilidad = 90%
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
Año
proyección
N diario
(Nj)
Zr
σ
pronostico
Cj N'j
2020 552 1,282 63,3 81,2 633,5
2021 581 1,282 69,6 89,2 670,3
2022 610 1,282 75,9 97,4 707,1
2023 638 1,282 82,3 105,6 744,1
2024 667 1,282 88,8 113,8 781,0
2025 696 1,282 95,2 122,1 818,0
2026 725 1,282 101,7 130,4 855,1
2027 753 1,282 108,2 138,7 892,1
2028 782 1,282 114,7 147,1 929,2
2029 811 1,282 121,3 155,5 966,3
2030 840 1,282 127,8 163,9 1003,4
Σ 9000,0
185. TRÁNSITO CON NIVEL DE
CONFIABILIDAD
• Acumular los ejes equivalentes
en el periodo de diseño.
• Calcular el valor de N de
diseño.
• N8,2 ton = 3.284.987
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
187. SIN SERIES HISTÓRICAS
Realizar aforos durante una semana para establecer el TPD.
En caso de ser una vía nueva, se requieren encuestas Origen - Destino.
La siguiente ecuación determina el número de ejes equivalentes de 80KN en el
carril de diseño para el periodo de diseño.
( )
Modelo exponencial (AASHTO)
Donde:
N : Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t que circularán por el carril de diseño durante el
período de diseño (n).
No: Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t que circularán por el carril de diseño en el año
base o de puesta en servicio del pavimento.
r: Es la tasa de crecimiento anual de tránsito de vehículos comerciales.
n: Número de años del período de diseño.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
188. SIN SERIES HISTÓRICAS
Realizar aforos durante una semana para establecer el TPD.
En caso de ser una vía nueva, se requieren encuestas Origen - Destino.
La siguiente ecuación determina el número de ejes equivalentes de 80KN en el
carril de diseño para el periodo de diseño.
Modelo lineal (INVIAS)
Donde:
N : Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t que circularán por el carril de diseño durante el
período de diseño (n).
No: Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t que circularán por el carril de diseño en el año
base o de puesta en servicio del pavimento.
r: Es la tasa de crecimiento anual de tránsito de vehículos comerciales.
d = diferencia común = No*r
n: Número de años del período de diseño.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
189. SIN SERIES HISTÓRICAS
De la siguiente ecuación se puede determinar el número de ejes equivalentes de
80KN para el año base (N0).
Nc es el número de ejes equivalentes ya soportados por el carril de diseño durante
la construcción.
Donde:
No: Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t que circularán en el carril de diseño en el año
base o de puesta en servicio del pavimento.
Ni: Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t en el año de la medición del tránsito o
proyecto del pavimento, corregido por el tiempo transcurrido entre éste y la puesta en
servicio del pavimento.
Na: Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t en el año base o de puesta en servicio, atraído
de otras carreteras.
Ng: Es el número de ejes equivalentes de 8,2 t en el año base o de puesta en servicio,
generados por la mejora de la carretera.
Fd: Factor de distribución direccional.
Fca: Factor de distribución por carril.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
190. Esta tasa depende de
parámetros macroeconómicos
como:
• Producto interno bruto.
• Crecimiento del parque
automotor.
• Desarrollo económico de la
región afectada.
Como referencia el manual
dicta los siguientes valores.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
ESTIMACIÓN DE LA TASA DE CRECIMIENTO DE LOS VEHÍCULOS
COMERCIALES
191. Se debe corregir el tránsito para garantizar una confiabilidad adecuada.
,
Dónde:
N´: Es el tránsito equivalente corregido para proporcionar un determinado nivel de confianza.
Zr: El valor del coeficiente correspondiente a una distribución normal y a la confiabilidad
deseada.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
192. Criterios para vías de bajos volúmenes
CÁLCULO DEL NÚMERO DE EJES
EQUIVALENTES
193. TRÁNSITO MAYOR A 5 MILLONES DE EJES EQUIVALENTES DE 8,2 TONELADAS.
Para cuantificar el tránsito de diseño utilizando la información de los espectros
de carga se debe tener:
• Tránsito promedio diario semanal (TPDS).
• Proyección del TPDS en el periodo de diseño.
• Clasificación de los vehículos.
• Distribución direccional.
• Distribución por carril.
• Discriminación de las magnitudes de carga por eje.
• Determinar el número total de vehículos.
• Determinar distribución de vehículos comerciales.
• Asignar para cada vía, información de espectros de carga.
• Discriminar las repeticiones de carga.
CÁLCULO DE ESPECTROS DE CARGA
194.
195. FACTORES CLIMÁTICOS Y AMBIENTALES
En general, las propiedades de la estructura del pavimento, están
constantemente cambiando en el tiempo debido a fuerzas químicas y
físicas sobre los materiales que lo conforman, debido a la influencia del
clima.
196. FACTORES CLIMÁTICOS Y AMBIENTALES
El comportamiento de estas variables esta intrínsecamente ligado a
condiciones ambientales que deben ser consideradas para una completa
evaluación de la afectación climática a la estructura del pavimento. Estas
variables climáticas principalmente son:
1. Precipitación (P)
2. Temperatura (T)
3. Velocidad del viento (V)
4. Brillo Solar (BS)
5. Humedad relativa (RH)
200. UNIDAD DE DISEÑO
• HOMOGENEIDAD EN CONDICIONES:
Geológicas
Topográficas
De suelos
De drenaje
Ambientales
• BASES DEL ESTUDIO
Estudios de la zona.
Fotografías aéreas.
Exploraciones preliminares.
201. ESTUDIOS EN UNIDAD DE DISEÑO
• Clasificación Geológica.
• Clasificación Geotécnica Preliminar.
• Resistencia (Geotecnia Definitiva).
• Estabilidad Volumétrica.
• Condiciones de Drenaje.
• Posibilidad o necesidad de Mejoramiento.
204. EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DEFINITIVA
APIQUES
Espaciamiento:
• Perfil estratigráfico deducido
• Condiciones de consistencia
• Condiciones de los suelos
(%w, Plast).
• Condiciones excepcionales.
S
H
=
1,50m
Área
1-2 m2
S
GEOMETRIA: Prof. = 1,50 m debajo de subrasante
Área= 1 a 2 m2
205. EVALUACIÓN GEOTECNICA DEFINITIVA
APIQUES
MUESTREO Y ENSAYOS
• Condiciones de humedad y plasticidad.
• Condiciones granulométricas.
• Condiciones de compactación.
• Densidad de Campo.
• Condiciones de Resistencia.
210. EVALUACIÓN GEOTÉCNICA
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
• Descripción y ubicación del sondeo.
• Cuadros resúmenes de resultados.
• Perfil estratigráfico.
• Perfil de humedades.
• Análisis de consistencia.
• Análisis en carta de plasticidad.
211. SONDEO N°
LOCALIZACION: HOJA: 1 de 1
COTA SUPERFICIE: 150.00 m COTA N.A.F. 149.00 m ROCA: INFORME:
FECHA DE INICIACION: FECHA DE FINALIZACION:
PERFORISTA: X.Y.Z. INSPECCIONO: C.A.B.B. ING. RESIDENTE: T.S.V.R
EQUIPO USADO: BARRENOS MANUALES
OBSERVACIONES:
DE
LA
CAPA vegetal
PROYECTO:
OBSERVACIONES
0.0-0.25
NO
ESTRATOS
MUESTRA
N°
profundidad
MUESTRA
[m]
[mts.]
DESCRIPCION DEL
MATERIAL
STP
N.
GOLPES/PIE
PROFUNDIDAD
0.25-1.0
0,50
N.A.F.
1,50
ARENA arcillosa amarilla,
gruesa poco plástica
1,00
2,00
FIN PERFORACION
ARCILLA amarilla con vetas
grises, muy plástica
REGISTRO DE EXPLORACION SUB SUPERFICIAL
1.0-2.0
2,50
3,50
3,00
COTA
0,00
R
E
G
I
S
T
R
O
D
E
E
X
P
L
O
R
A
C
I
Ó
N
212. INFORMACIÓN DE SONDEOS Y APIQUES
Sondeo
No
Abscisa
Prof
(m)
Gradación
% Pasa
LL
%
LP
%
IP
%
W
%
Clasificación
¾” No.4 No.200
1
K0+
150
2
219. RESISTENCIA DE LA SUBRASANTE
Es una medida indirecta de resistencia al esfuerzo cortante
de un suelo bajo condiciones controladas de densidad y
humedad, que se expresa como la relación porcentual entre
el esfuerzo requerido para penetrar un pistón de 3 pul2 de
área, dentro de una probeta de 6 pulg de diámetro y 5 pulg
de altura, a una velocidad de 0,05 pul/min y el esfuerzo
requerido para introducir el mismo pistón hasta la misma
profundidad en una muestra patrón.
DEFINICIÓN DE CBR
221. MEDICION DE CBBR
Velocidad de
deformación
0,05 pulg / minuto
CURVA ESFUERZO - PENETRACIONCBR INSITU
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
PENETRACION (Pulg)
E
S
F
U
E
R
Z
O
(
P
S
I
)
223. EXPRESIÓN DE CBR
CBR (0,1” o 0,2”) = --------------------------------------------- * 100
σ que produce una deformación
de 0,1” o 0,2” en el suelo
σ que produce una deformación
de 0,1” o 0,2” en la muestra patrón
227. MODALIDADES DEL ENSAYO CBR
CBR DE LABORATORIO: Se recomienda su
ejecución cuando las condiciones en la subrasante
se van a alterar durante la construcción.
CBR CON MUESTRA INALTERADA: Se recomienda
sobre suelos finos y arenosos cuando las
condiciones de la subrasante no se van a alterar.
CBR DE CAMPO: Se realiza directamente en el sitio
sobre suelos finos y arenosos, cuando las
condiciones de la subrasante no se van a alterar
durante la construcción.
228. ETAPAS DEL ENSAYO CBR LABORATORIO
1. Preparación de la muestra
2. Compactación
3. Curado
4. Penetración
5. Procesamiento de la información
237. 5 cm
25 cm
s = 2,3*0,05+2*0,25 = 0,61 T/m2 = 0,87 psi
s = W /p(3”) 2 W = 24,6 Lbs = 5 pesas
2,3 T/m3
2,0 T/m3
Ensayo CBR. Cálculo de Sobrecarga
Subrasante
W
238. 4. ETAPA DE PENETRACION
Velocidad de
deformación
0,05 pulg / Minuto
CURVA ESFUERZO - PENETRACIONCBR INSITU
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
PENETRACION (Pulg)
E
S
F
U
E
R
Z
O
(
P
S
I
)
243. CBR Suelo fino. Etapa 5.
Representación gráfica de la información
244. ETAPAS DEL ENSAYO CBR
1. Preparación de la muestra
2. Compactación
3. Curado
4. Penetración
5. Procesamiento de la información
ENSAYO CBR SUELO GRANULAR
245. CBR suelo Granular
Etapa 1. Preparación de la muestra
T 2 “
T 3/4”
T # 4
A B
T 3/4”
A B
50 Kg
Muestra de
Ensayo= 50Kg
Pasa 3/4”
251. CBR Suelo Granular.
Etapa 5. Procesamiento de datos
ENERGIA 1
Molde 1
Densidad 1
W. Optima
CBR 1
ENERGIA 2
Molde 2
Densidad 2
W. Optima
CBR 2
ENERGIA 3
Molde 3
Densidad 3
W. Optima
CBR 3
DATOS RESUMIDOS
252. CBR Suelo Granular.
Etapa 5. Procesamiento de datos
REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA INFORMACIÓN
1
2
3
4
W Optima
w
γ GC=100 %
GC= X %
γ
CBR
CBR
=
A%
CBR
=
B%
253. CBR IN SITU
CURVA ESFUERZO - PENETRACION CBR IN SITU
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
PENETRACION (Pulg)
E
S
F
U
E
R
Z
O
(P
S
I
)
254. Ensayo CBR De Campo o CBR In Situ
Se realiza directamente en el sitio sobre suelos finos y arenosos,
cuando las condiciones de la subrasante no se van a alterar durante la
construcción.
258. SELECCIÓN DEL CBR DE DISEÑO
1.Determinar el tránsito de diseño N8,2.
2.Ordenar de menor a mayor todos los valores de CBR.
3.Determinar en cada cambio de valor de CBR, el # total de
valores >= a este valor y expresarlo en % con relación al
total.
4. Elaborar un gráfico CBR vs % valores mayores o iguales.
5. Obtener de la anterior curva el CBR de diseño teniendo en
cuenta el % que determine el tránsito de diseño.
259. LÍMITES DE DISEÑO DE LA SUBRASANTE
Clase de
Tránsito
Nivel de
tránsito (N)
Valor de
diseño %
Liviano 104
o menos 60 %
Mediano 104
- 106
75 %
Pesado mayor de 106
87,5 %
262. DETERMINACIÓN DEL CBR DE DISEÑO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
3 4 5 6 7 8 9 10 11
VALORES DE CBR %
%
DE
VALORES
MAYORES
O
IGUALES
TTO PESADO
TTO MEDIANO
TTO LIVIANO
263. ENSAYO DE PLACA
OBJETIVO: Evaluar la capacidad portante de subrasantes y
capas granulares, mediante la determinación del módulo de
reacción K.
DEFINICION K: Parámetro que relaciona la proporcionalidad
entre la presión vertical aplicada sobre un disco metálico y la
deflexión del disco.
K = -------------------
Presión
Deformación
265. ENSAYO DE PLACA (EQUIPO)
Sistema de carga: Gato hidráulico con manómetro, juego de
placas circulares de espesor 1” y diámetros entre 6” a 30”.
Sistema de Reacción: Estructura rígida o equipo pesado con
peso de 12 a 20 ton.
Sistema de Deformación: 2 a 4 deformímetros con
aproximación de 0,001” y hasta 1” de deformación.
273. ENSAYO DE PLACA (SITIO DE ENSAYO)
El sitio en el cual se va a ejecutar el ensayo debe estar
nivelado, de tal manera que sea uniforme en todos sus
puntos. Es conveniente colocar una capa de arena no
mayor de 2mm para que el contacto entre la placa y la
subrasante sea perfecto.
2mm
Arena
275. Ensayo de Placa
Procedimiento de carga
s s1 s2 s3 ------------ sn
Δ Δ1 Δ2 Δ3 ------------- Δn
1. Aplicar carga con incrementos uniformes a una rata
moderadamente rápida.
• Cargar hasta lograr d total o Q total escogida o hasta
lograr la capacidad del equipo.
• Deformación final estabilizada si Dd < 0,001”/min.
288. ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA DE LA
SUBRASANTE
• La inestabilidad volumétrica y deformabilidad perjudican las
capas inferiores del pavimento.
• Controlar fenómenos de expansión y contracción.
• Ensayos para estimar los cambios volumétricos.
Relaciones con IP, LC, LL, Actividad.
Presión de Expansión de Lambe.
Expansión Libre.
Expansión CBR.
289. RELACIÓN DE LÍMITES CON POTENCIAL DE
CAMBIO VOLUMÉTRICO
< 10
> 50
> 30
Alto
10 - 12
30 - 50
15 - 30
Moderado
> 12
0 - 30
0 - 15
Bajo
Zonas
Húmedas
Zonas
Secas
Límite de
Contracción
%
Índice Plástico %
Potencial de
Cambio
Volumétrico
290. CLASIFICACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS
(Holtz y Gibbs)
Potencial de
expansión
Expansión en
consolidómetro
bajo presión de
0,07K/cm2
LC (%) IP (%)
Coloides
% part.
<1micra
Expansión
libre (%)
Muy alto >30 < 10 > 32 > 37 100
Alto 20 - 30 6 - 12 23-45 18 -37 100
Medio 10 - 20 8 - 18 12-34 12 -27 50-100
Bajo <10 >13 < 20 < 17 < 50
291. CLASIFICACIÓN DE SUELOS DE ACUERDO A SU
TENDENCIA A LA EXPANSIÓN (SKEMPTON)
AC =
Índice Plástico
% Partic <0,2mm
Actividad Categoría
< 0,75 Inactivo
0,75 – 1,25 Normal
> 1,25 Activo
292. CONDICIONES DE DRENAJE
• Determinante en el comportamiento del pavimento.
• Fuentes del agua en los pavimentos:
Ascensión capilar
Infiltración vertical
Flujo interno
• Efectos de los cambios de Humedad:
Variaciones en la resistencia
Deformabilidad
Inestabilidad volumétrica
Fenómeno de Bombeo
• Contemplar Diseño de Obras de Drenaje.
295. MÉTODOS DE MEJORAMIENTO DE LOS SUELOS
MÉTODOS
FÍSICOS
QUÍMICOS
MECÁNICOS
Confinamiento (Suelos Friccional)
Consolidación previa (S. Fino)
Mezclas de suelos
Con sal
Con cemento
Con asfalto
Con cal
Con otras sustancias
Compactación
Con geosintéticos
298. CASOS DE EVALUACIÓN DE SUBRASANTE
1. Capa subrasante conformada por el suelo natural de
fundación .
2. Remoción parcial del suelo de fundación para conformar la
capa subrasante con un suelo de préstamo.
3. Tratar el suelo de fundación mediante compactación o
estabilización química para conformar una capa de
subrasante con el suelo mejorado in situ.
4. Subrasantes correspondientes a coronas de terraplén.
5. Suelos de fundación considerados especiales (Suelos
expansivos, muy blandos o sensitivos).
299. Caso 1. Capa subrasante conformada por el
suelo natural o de fundación.
Cuando en el estudio preliminar se detecte una
subrasante de consistencia dura o muy dura, se
efectuará un muestreo inalterado para pruebas de Mr
o CBR por cada tipo de suelo.
R1 R2 R3 Rn
Inalterado
300.
301. Estudio de suelos. Chequeo de la densidad
para ratificar o modificar espesores
303. Caso 2. Remoción parcial de la fundación para
conformar la capa subrasante con un suelo
importado .
Préstamo
INV 220
R1 Rn
Laboratorio
W, γ
Obra
min
0,50 m
Suelo con Mr < 300Kg/cm2 y
no es susceptible de estabilizar
en el sitio.
305. Caso 3. Tratar el suelo de la fundación mediante
compactación o estabilización para conformar una
capa de subrasante con el suelo mejorado in situ.
Escarificar y compactar
R1 R3 Rn
R2
Laboratorio W y γ Obra
306.
307. Caso 4. Subrasantes correspondientes a coronas de
terraplén.
Corona
Terraplén
Préstamo INV 220
R1 Rn
W,γ
Obra
308. Caso 5. Suelos de fundación considerados
especiales
Suelo problemático
>
0,50m
Suelo existente
Capa Subrasante
W,γ
Obra
Préstamo INV 220
R1 Rn
Exp, bla, sens
Delimitar la zona problemática L y V
309. Caso 5. Suelos de fundación considerados
especiales
Suelo problemático
>
0,50m
Suelo existente
estabilizado
W,γ
Obra
R1 Rn
Exp, bla, sens
Delimitar la zona problemática L y V
