martes, 31 de julio de 2012

Subrasantes expansivas - I

Para determinar la pérdida de serviciabilidad por hinchamiento de la subrasante se deben conocer: constante de hinchamiento, levantamiento potencial vertical y probabilidad de hinchamiento. 

Los suelos susceptibles de sufrir hinchamiento son finos, especialmente las arcillas, pero no todas ellas son expansivas. Se puede decir que las arcillas expansivas son aquellas que tienen un límite líquido mayor que 50%, y, en general, una relación LL/IP menor que 2.5 aproximadamente. 

Corresponden a los suelos CH según la Clasificación Unificada o a los A 7 6 según la clasificación de la AASHTO. Si se considera algún proyecto de rehabilitación, es necesario tener en cuenta que gran parte del hinchamiento ya ha ocurrido en los primeros años de construido el pavimento, por lo que es de prever un hinchamiento muy bajo para el diseño del refuerzo.

lunes, 30 de julio de 2012

EFECTO DE SUBRASANTES EXPANSIVAS Y CONGELANTES EN LA PÉRDIDA DE SERVICIABILIDAD

Introducción 
Se considerarán en esta sección las pérdidas de serviciabilidad por efecto del hinchamiento o congelamiento de subrasantes. Ambos fenómenos producen levantamientos diferenciales a lo largo del perfil longitudinal del camino, lo que se traduce en un aumento de la rugosidad. El criterio que se describirá a continuación no debe aplicarse si el hinchamiento producido es constante, lo que no producirá un aumento de rugosidad, como también si se emplean medidas preventivas. Ejemplo de estas últimas son: aislamiento de la subrasante expansiva frente a cambios de humedad, tratamiento con cal o reemplazo del material, o bien para subrasantes congelantes implementar un buen drenaje o dispositivos de control de congelamiento (colocación de un material que no sea susceptible al congelamiento).

domingo, 29 de julio de 2012

Análisis de drenaje - V

Las salidas laterales (lateral outlets) son muy importantes en el diseño de un sistema de drenaje. Están hechas de metal o de cualquier otro material rígido y se las coloca con una pendiente del 3%. La salida de este dispositivo debe estar al menos a 6" (15 cm) por encima del nivel del agua de la cuneta para el caudal correspondiente a una recurrencia de 10 años. El espaciamiento de estas salidas varía entre 75 y 90 m. En la Figura 7.16 se ve este dispositivo.

Una vez construido todo el sistema de drenaje, el mismo deberá estar sometido a trabajos de mantenimiento periódico. Se debe evitar que lo obstruya la vegetación, que se tapone con finos, etc.

sábado, 28 de julio de 2012

Análisis de drenaje - IV

El espesor mínimo de una base drenante debe ser 4" (10 cm) y debe extenderse al menos de 0.30 a 0.90 m (1 a 3 pies) por fuera del pavimento para asegurar una huella estable para la pavimentadora. Para capas de transición se recomienda un espesor mínimo de 4" (10 cm). En lo referente a tuberías de drenaje se puede decir que las hay de distinto tipo. Tienen una alta capacidad hidráulica, pero deben ser usados con cuidado si la capa que la rodea tiene más del 20% de finos. En la Figura 7.15 se muestran algunas aplicaciones de estos drenes.
Figura 7.15. Aplicaciones de tubos perforados y geotextiles

viernes, 27 de julio de 2012

Análisis de drenaje - IV

Figura 7.14. Secciones transversales de bases permeables

jueves, 26 de julio de 2012

Análisis de drenaje - III


Las bases drenantes estabilizadas pueden construirse con cemento o con asfalto. El asfalto se coloca en un 2 a 2.5% en peso y mezclado con un material de granulometría abierta. El cemento portland se coloca en una cantidad entre 80 a 170 Kg/m3.
En las bases no estabilizadas se debe tener mucho cuidado con el desplazamiento y la segregación del material durante la construcción y evitar la contaminación con finos luego de su colocación.

El propósito de la compactación de una base granular es hacer una capa durable y resistente sin disminuir sus propiedades drenantes. Esto puede lograrse con el paso de un rodillo liso de 4 a 10 Tn de peso, una a tres veces.

miércoles, 25 de julio de 2012

Análisis de drenaje - II


Las bases permeables son un medio excelente para permitir la rápida remoción del agua de la estructura de un pavimento antes de que el agua lo dañe. Pueden estar hechas con materiales estabilizados o no. En una buena base drenante, el agua libre no debe permanecer más de 2 horas desde el final de la precipitación.
En la figura 7.14 se ven diferentes secciones transversales de bases permeables.
Es conveniente prever un sistema de drenes colectores longitudinales cuyo diámetro y orificios serán función de la granulometría de la base. No conviene proyectar la base drenante para que drene directamente a la atmósfera.
Los agregados que forman una base drenante deben ser resistentes, durables, en general de piedra partida y sin finos. Se recomienda como mínimo una permeabilidad de 1000 pies/día (305 m/día = 0.35 cm/seg).

martes, 24 de julio de 2012

Análisis de drenaje - I


En un análisis de drenaje se deben estudiar las granulometrías y permeabilidades de los distintos materiales presentes en el proyecto. La permeabilidad puede determinarse in situ o en laboratorio.
También debe calcularse la capacidad de los drenes longitudinales. Por ejemplo para una base permeable, una zanja drenante envuelta con geotextiles con una tubería de 4" (10 cm) de diámetro es un buen dispositivo de drenaje. En general, los drenes deben diseñarse para drenar el agua dentro de las 2 horas desde la terminación de la lluvia. En un buen sistema de drenaje, la capacidad drenante tiene que ir aumentando desde el material aguas arriba hacia aguas abajo.
En lo que respecta al geotextil usado como filtro en capas drenantes se debe cumplir:
·                Retención de suelo
·                Permeabilidad
·                Potencial de taponamiento
·                Composición química
·                Condiciones de puesta en obra y de durabilidad

lunes, 23 de julio de 2012

Coeficientes de drenaje AASHTO

Aparecen en la versión 86 del método de diseño. Estos coeficientes son mayores, iguales o menores que 1, dependiendo de la bondad de las capas de drenaje estructurales de menor espesor. Si el drenaje no es bueno, el coeficiente será menor que 1 y obligará a hacer un paquete estructural de mayor espesor para resistir iguales condiciones de tránsito. Es necesario aclarar que ese paquete de mayor espesor no es un sustituto de un buen drenaje

domingo, 22 de julio de 2012

FHWA TECHNICAL PAPER 90 01. DRENAJE DE PAVIMENTOS

El objetivo de esta guía es considerar el análisis de drenaje en el diseño de pavimentos a los efectos de eliminar la posibilidad de una reducción de la vida útil de los mismos por efecto del agua que puede presentarse en el paquete estructural. En todos los casos donde sean de preverse problemas de humedad deben diseñarse dispositivos de drenaje que consistirán en una base drenante, drenes colectores longitudinales y filtros de transición hechos con material granular o geotextiles.

sábado, 21 de julio de 2012

Ejemplo - IV

Se hace también una verificación de la granulometría de los materiales en lo que concierne a condiciones de filtro:
Como puede verse, el filtro es adecuado.

viernes, 20 de julio de 2012

Ejemplo - IV

Luego se calcula
El tiempo para drenar esta capa es:

t=T x m x 24   =   0.245 x 0.144 x 24 = 0.85 horas
Suponiendo que hay 19 días de deshielo en primavera y 22 días con lluvia, el tiempo en que el pavimento está próximo a la saturación es:
Como el tiempo para drenar es 0.85 horas y la calidad del drenaje es excelente, se debe usar un coeficiente de drenaje para un P= 11% igual a Cd=1.13.

jueves, 19 de julio de 2012

Ejemplo - III

En primer lugar se determina el factor de pendiente S1:
Con este S1, factor de tiempo T50 es 0.245 (Figura 7.13).
Figura 7.13 Factor de tiempo para un drenaje del 50%

miércoles, 18 de julio de 2012

Ejemplo - II


Además:
Pendiente resultante:                                 SR = 0.02mm/rn
Longitud resultante:                                   LR = 7.3m (20 pies)
Espesor de base:                                       H = 152mm (6")
Porosidad efectiva:                                    Ne = 0.25
Coeficiente de permeabilidad                      k = 610 m/día (2000pies/día)
Volumen de vacíos:                                    VV = 0.30
En base a esta información calcular:
1.     El tiempo de drenaje para el material de la base
2.     Estimar el tiempo en que esta base estará saturada.
3.     Determinar el coeficiente de drenaje para un pavimento rígido.
4.     Examinar el diseño del filtro.

martes, 17 de julio de 2012

Ejemplo - I

Se trata de un camino de cuatro carriles con separador central. El pavimento es de hormigón simple con juntas transversales separadas 4.9 m (15 pies). La subrasante es un suelo A 6 (19). La profundidad de nivel freático oscila entre 1.2 a 1.8 m (4 a 6 pies) y estacionalmente puede llegar al nivel de camino. Las características granulométricas de las capas están en esta tabla:


Tamiz
% que pasa
Subrasante
filtro
Base permeable
1 ½”
100
100
100
1”
100
98
94
¾”
100
95
87
½”
100
90
78
N°4
100
72
44
N°40
77
25
25
N°200
32
7
5

lunes, 16 de julio de 2012

Porcentaje de tiempo en que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación

En el cálculo del porcentaje de tiempo en que el pavimento está próximo a la saturación debe excluirse el período de tiempo en el año en el cual el pavimento está congelado. El tiempo durante la estación seca del año también debe ser eliminado, dado que una eventual lluvia durante este período sólo incrementa un poco el contenido de humedad de un suelo seco y no provoca saturación. El índice de Thomthwaite puede ser una ayuda para determinar los niveles de humedad; los valores negativos indican largos períodos secos, mientras que valores positivos indican períodos secos cortos. 

El período de deshielo de primavera comprende parte del tiempo próximo a la saturación para pavimentos construidos en áreas húmedas y frías. El número de días de lluvia puede obtenerse de datos meteorológicos y el porcentaje de tiempo en que el pavimento está próximo a la saturación es:



donde:
P = porcentaje de tiempo en que el pavimento está próximo a la saturación
S = días de deshielo de primavera
R = días con lluvia si el pavimento puede drenar hasta el 85% del grado de saturación en 24 horas o menos. Si el tiempo de drenaje excede 24 horas, deben usarse los días de lluvia multiplicados por el tiempo de drenaje en días.

domingo, 15 de julio de 2012

Método del caudal constante - II


donde:
qn = caudal neto de entrada
q= caudal de infiltración
qg = caudal de entrada por gravedad
qa = caudal de entrada por flujo artesiano
qm = caudal por derretimiento de hielo
qv = caudal de salida por flujo vertical
El libro "Highway Subdrainage Manual (Moulton‑ 1980) es una buena guía para consultar en lo que respecta al uso de esta ecuación.

sábado, 14 de julio de 2012

Método del caudal constante - I

En este método se supone que hay un caudal uniforme de filtración y que el sistema de drenaje puede ser diseñado para drenar esa agua. Uno de los mayores defectos de este método es la dificultad para determinar los caudales de entrada y salida. Una aproximación rigurosa debería considerar todas las fuentes de agua en el pavimento. Así se tiene: 

qn = qi + qg + qa + qm qv

viernes, 13 de julio de 2012

Ecuaciones del tiempo para drenar VII

Los valores de t en horas y el porcentaje de saturación se grafican para determinar la capacidad de la base como elemento drenante. De acuerdo a la clasificación podrá ser "aceptable", “marginal" o "inaceptable" (Figura 7.12).

miércoles, 11 de julio de 2012

Ecuaciones del tiempo para drenar VI


1.     Para cada periodo de tiempo, se debe computar la cantidad de agua remanente en la muestra sustrayendo el agua drenada durante cada período (Ne * U) del volumen de agua que llenaría completamente los vacíos de la capa drenante (Vv).
2.     Determinar el nivel de saturación (%) de la capa drenante en cada intervalo de tiempo haciendo:
(Vv - NeU)/Nemáx  * 100                                                                                                                    (7.20)
A continuación se muestra una planilla para hacer los cálculos indicados:
Sección del pavimento                  Tipo de finos
Porcentaje de finos                      gd (pcf o Kg/m3)
D10 (mm)                                    k (pies/dia ó cm/seg)
Gs W                                           (pies ó m)
H (pies o m)                                Sx  (pies/pies ó m/m)
S (pies/pies o m/m)                     SR = (S2+Sx2)0.5
Le = W((S/SX)2+1)0.5                            m = Ne LR/H k
S1 = LRSR/H
Vt = 1.0 cm3
WS = gd/62.5  ó  gd
VS = WS/GS
VV = 1.0-VS
C (%)
Ne =<Nemáx C/100
U
T
t dias = T m
thoras = T m 24
Ne U
VW=VVNeU
S=VW/VV100
0.1






0.2






0.3






0.4






0.5






0.6






0.7






0.8






0.9







martes, 10 de julio de 2012

lunes, 9 de julio de 2012

Ecuaciones del tiempo para drenar IV

Figura 7.10. Ábaco Para estimar la permeabilidad
 

domingo, 8 de julio de 2012

Ecuaciones del tiempo para drenar III


Material
predominante
Cantidad de finos
<2.5 %
5%
10%
Tipo de finos
Tipo de finos
Tipo de finos
Filler
Limo
Arcilla
Filler
Limo
Arcilla
Filler
Limo
Arcilla
grava
70
60
40
60
40
20
40
30
10
arena
57
50
35
50
35
15
25
18
8

1.     Calcular la porosidad efectiva: Ne = Nemáx C/ 100                                                                   (7.17)
La porosidad efectiva es un concepto muy importante, es la relación entre el volumen de agua que drena de un material bajo la acción de la gravedad y el volumen total de ese material. Es una medida de la cantidad de agua que puede ser drenada de un suelo.
2.     Calcular m:  m = Ne LR2 /H k                                                                                               (7.18)
La permeabilidad k se puede determinar con el ábaco de la Figura 7.10. El tiempo de drenaje y los niveles de saturación se determinan de esta manera:
3.     De la Figura 7.11 se selecciona un factor de tiempo T, función de S, y de los grados de drenaje U.
4.     Se calcula el tiempo de drenaje t en horas:
t = T m 24                                                                                                                        (7.19)
5.     Se computa el agua drenada durante cada período de tiempo multiplicando la porosidad efectiva Ne por U.

sábado, 7 de julio de 2012

Ecuaciones del tiempo para drenar II



En lo que respecta a las propiedades del material a usar en la base drenante se debe conocer el porcentaje y tipo de finos.
Si son inertes, el IP debe ser menor del 1 %
Si son limosos, el IP es mayor del 1%, pero por debajo de la línea "A" del gráfico de plasticidades.
Si son arcillosos, el IP es alto, y se encuentran sobre la línea "A".
·                D10
·                Densidad seca
·                Gravedad específica de los sólidos Gs=Ws/Vs                                                                          (7.16)
Los cálculos a realizar para cuantificar las propiedades drenantes del pavimento son:
1.     Suponer Vt (volumen total) = 1
2.     Calcular Vs = Ws/Gs
3.     Calcular Vv (volumen de vacíos) = Vt - Vs = Nemáx  (volumen de agua que llena complemente los vacíos del material).
4.     Con la tabla 7.4 se selecciona la pérdida de agua C:

viernes, 6 de julio de 2012

Ecuaciones del tiempo para drenar I


Se considera que el agua proveniente de una lluvia se infiltra a través de la superficie del pavimento hasta que la base se satura completamente. A partir de este momento no entra más agua dentro de la estructura del pavimento y la que cae simplemente escurre sobre su superficie. El proyectista debe diseñar la capa de base teniendo en cuenta que una vez que cesa la lluvia, la base permeable drenará rápidamente para evitar daños.

El tiempo considerado adecuado para remover el agua depende del daño admisible y de las condiciones climáticas del lugar. Por ejemplo, en zonas de congelamiento, los pavimentos deben ser drenados en media o en una hora para minimizar el efecto a largo plazo de la presencia de humedad. Como comparación, una estructura de pavimento sin un drenaje efectivo requiere para drenar de 20 a 50 horas.

Los datos de entrada (Figura 7.9) para este análisis en lo que respecta a la geometría de la base permeable son: Pendiente longitudinal S; Pendiente transversal Sx; Espesor de capa drenante H y Ancho de base permeable W.

jueves, 5 de julio de 2012

Tiempo de drenaje


Hay dos maneras para determinar el tiempo de drenaje para una capa de un pavimento. Estas son: el método del tiempo para drenar (time to drain) y el del estado de flujo constante (steady state flow). En esta última se consideran las fuentes de ingreso y egreso, las mismas son cuantificadas y la base permeable se dimensiona para conducir los caudales de diseño. En el método del tiempo para drenar se considera solamente el agua que infiltra.

miércoles, 4 de julio de 2012

Consideraciones de drenaje en el diseño de pavimentos según AASHTO II

Para el diseño de pavimentos rígidos se usan los coeficientes de drenaje Cd que ajustan la ecuación de diseño que considera la resistencia de la losa, las tensiones y condiciones de soporte (Tabla 7.3).
Tabla 7.3. Coeficiente de drenaje para pavimentos rígidos

Para elegir alguno de los coeficientes presentes en estas tablas se deben seguir estos pasos:
1.     Calcular el tiempo de drenaje de cada capa no ligada para pavimentos flexibles o de la base combinada con subrasante para los rígidos.
2.     Seleccionar una calidad de drenaje en función del tiempo de drenaje calculado.
3.     Estimar el tiempo en que la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.
4.     Con la calidad de drenaje y el porcentaje de tiempo en que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación, se elige el coeficiente de drenaje mi o Cd según el caso.

lunes, 2 de julio de 2012

Consideraciones de drenaje en el diseño de pavimentos según AASHTO I

Un buen drenaje aumenta la capacidad portante de la subrasante (el módulo resiliente aumenta cuando baja el contenido de humedad), mejorando la calidad del camino y permitiendo el uso de capas más delgadas.
En la tabla 7.1 se indican los tiempos de drenaje recomendados por AASHTO. Estas recomendaciones están basadas en el tiempo requerido para drenar la capa de base hasta un grado de saturación del 50%. Sin embargo, el criterio del 85% de saturación reduce en forma significativa el tiempo real usado para seleccionar la calidad del drenaje.

Esta calidad de drenaje se expresa en la fórmula del dimensionamiento (Número estructural) a través de unos coeficientes de drenaje mi que afectan a las capas no ligadas (Tabla 7.2)
 Tabla 7.2. Coeficientes de drenaje para pavimentos flexibles