jueves, 31 de enero de 2013

Ensayos de suelos - IV

c) Ensayo de plato de carga (Valor k, AASHTO T-222) 

Este ensayo consiste en cargar un plato y medir la presión necesaria para producir una determinada deformación en el suelo, k es el cociente de dividir la presión (p) aplicada entre de la deformación (A) producida en el suelo. El valor k esta en función del plato de carga, ya que los de diámetro igual a 91.4 cm ( 36") se usan para pavimentos rígidos y los de 30.5 o 45.7 (12" a 18") para pavimentos flexibles.

miércoles, 30 de enero de 2013

Ensayos de suelos - III

Los valores que se obtienen en estos ensayos de laboratorio, han sido correlacionados con los ensayos de CBR, según se muestra en la Figura 4-1.

martes, 29 de enero de 2013

Ensayos de suelos - II

b) Valor de resistencia HVEEM (Valor R, AASHTO T-246)
Este ensayo consiste en preparar una muestra cilindrica de 4" de diámetro y 2.5" de alto envuelta en una membrana y sometida a carga vertical sobre la sección completa de la muestra a una presión dada; con esto se mide la presión horizontal resultante, que es la que sirve para calcular el valor R, para lo cual se utiliza la siguiente formula:

lunes, 28 de enero de 2013

Ensayos de suelos - I

Existen diferentes métodos para medir la resistencia de los suelos de la subrasante que han sido sometidos a cargas dinámicas de tránsito, entre los cuales están los siguientes: 
■ Relación de Valor Soporte de California (CBR, California Bearing Ratio) 
■ Valor de resistencia Hveem (Valor R) 
■ Ensayo de plato de carga (Valor k)
 ■ Penetración dinámica con cono 
■ Módulo de resiliencia (Mr) para pavimentos flexibles 
■ Módulo de reacción (Mk) para pavimentos rígidos 
a) Valor soporte California (CBR, AASHTO T-193) En este ensayo, se mide la resistencia que opone un suelo a la penetración de un pistón de 3 plg2. de área en una muestra de suelo de 6 plg. (15 cm) de diámetro y 5 plg. (12.5 cm) de altura, a una velocidad de 1.27 mm/min (0.5 plg./min). La fuerza necesaria para que el pistón penetre dentro del suelo se mide a determinados intervalos de penetración; estas fuerzas medidas, se comparan con las que se necesitan para producir iguales penetraciones en una muestra que sirve de patrón, la cual es piedra partida bien graduada; la definición del CBR es:
Relación que nos da un valor que se indica en porcentaje, el cual puede ser muy variable dependiendo de los suelos analizados; 2 a 4 % en arcillas plásticas hasta un 70 % o más en materiales granulares de buena calidad. Todos los suelos, tanto finos como gruesos o sus mezclas, se compactan a diferentes contenidos de humedad tanto arriba como bajo de su humedad óptima. Las muestras elaboradas bajo estos procedimientos, se sumergen en agua durante un período mínimo de 96 horas, antes de proceder a su ensayo, con el objeto de simular las condiciones de saturación a las cuales van a estar sometidos los suelos como la subrasante de una carretera, y en esta forma, obtener los CBR's de los suelos bajo las condiciones más críticas. En el ensayo y en inmersión, se colocan pesos sobre las muestras, con el objeto de simular las cargas tanto vehiculares, como de la estructura de pavimento, a las cuales van a estar sometidos los suelos de la subrasante. El método del CBR para diseño de pavimentos, fue uno de los primeros en utilizarse y se basa principalmente en que a menor valor de CBR de la subrasante es necesario colocar mayores espesores en la estructura de pavimento para protegerlo de la frecuencia de las cargas de tránsito.

domingo, 27 de enero de 2013

Clasificación de suelos - II

De lo descrito anteriormente, se concluye que para los suelos gruesos, la propiedad más importante es la granulometría y para los suelos finos son los límites de Atterberg. La relación entre la humedad y la densidad de un suelo compactado, es una situación muy importante que se requiere al analizar las propiedades del mismo. Para el efecto se desarrollaron los ensayos Proctor, AASHTO T-99 (estándar) y T-180 (modificado) y son los que permiten determinar la humedad óptima o sea la humedad ideal en la cual el suelo llega a su densidad máxima y a su vez alcanza sus mejores propiedades mecánicas. El valor de esta humedad óptima depende directamente de la cantidad de energía de compactación a la que se ha sometido el suelo; al ser mayor la energía de compactación, la humedad óptima será menor y la densidad seca será mayor.

sábado, 26 de enero de 2013

Clasificación de suelos - I

La clasificación de suelos es el indicador de las propiedades físico - mecánicas que tienen los suelos. La clasificación que mejor describe y determina las propiedades de un suelo a usarse como subrasante es la clasificación de AASHTO M-145; las primeras variables son: la granulometría y la plasticidad. En términos generales, un suelo conforme a su granulometría se clasifica así: 
■ Grava: de un tamaño menor a 76.2 mm (3") hasta tamiz No. 10 (2 mm) 
■ Arena Gruesa: de un tamaño menor a 2 mm hasta tamiz No. 40 (0.425 mm) 
■ Arena Fina: de un tamaño menor a 0.425 mm hasta tamiz No. 200 (0.075 mm) 
■ Limos y Arcillas: tamaños menores de 0.075 mm Conforme AASHTO, un suelo fino es el que tiene más del 35% que pasa el tamiz No. 200 (0.075 mm), los cuales se clasifican como A-4, A-5, A-6 o A-7. Dos suelos considerados finos que tengan granulometrías similares, pueden llegar a tener propiedades diferentes dependiendo de su plasticidad, cualidad que se analiza en el suelo que pasa el tamiz No. 40; dichas propiedades de plasticidad, se analizan conforme las pruebas de límites de Atterberg, las cuales son: 
■ Límite Líquido o LL2: Es el estado de un suelo, cuando pasa de un estado plástico a un estado semilíquido. 
■ Límite Plástico o LP2: Es la frontera entre el estado plástico y el semisólido de un suelo. 
■ índice Plástico o IP2: es la diferencia entre LL y LP, que nos indica la plasticidad del material.

viernes, 25 de enero de 2013

Propiedades físico-mecánicas de los suelos para subrasante

La subrasante es definida como el suelo preparado y compactado para soportar la estructura de un sistema de pavimento. Estas propiedades de los suelos que constituyen la subrasante, son las variables más importantes que se deben considerar al momento de diseñar una estructura de pavimento. Las propiedades físicas se mantienen invariables aunque se sometan a tratamientos tales como homogenización, compactación, etc., Sin embargo, ambas propiedades cambiarían cuando se realicen en ellos procedimientos de estabilización, a través de procesos de mezclas con otro materiales (cemento, cal, puzolanas, etc.) o mezclas con químicos. Para conocer las propiedades de los suelos en un proyecto, es necesario tomar muestras en todo el desarrollo del mismo (calicatas), posteriormente en el laboratorio se determinarán sus propiedades: 

■ Granulometría 
■ Limites de Atterberg (líquido e índice plástico) 
■ Valor Soporte (CBR) 
■ Densidad (Proctor) 
■ Humedad 

Con los datos obtenidos, se elabora un perfil estratigrafía) en el cual se detallan los distintos tipos de suelos y su profundidad.

jueves, 24 de enero de 2013

EVALUACIÓN DE SUBRASANTES

Introducción La Subrasante es la capa en la que se apoya la estructura del pavimento y la característica especial que define la propiedad de los materiales que componen la subrasante, se conoce como Módulo de Resiliencia (Mr). Inicialmente cuando se comenzaron a efectuar los primeros diseños de pavimento, este concepto estaba basado en las propiedades de la subrasante tales como: 
■ Granulometría 
■ Plasticidad 
■ Clasificación de suelos 
■ Resistencia al corte 
■ Susceptibilidad a las variaciones de temperatura 
■ Drenaje 
Posteriormente se tomaron en cuenta las propiedades básicas de la subrasante y se analizaron otro tipo de ensayos que permitieran conocer en mejor forma el comportamiento de estos suelos. Se efectuaron ensayos utilizando cargas estáticas o de baja velocidad de deformación tales como el CBR, ensayos de compresión simple. Estos se cambiaron por ensayos dinámicos y de repetición de cargas como el del módulo de resiliencia, que son pruebas que demuestran en mejor forma el comportamiento y lo que sucede debajo de los pavimentos en lo que respecta a tensiones y deformaciones. Las propiedades fisico-mecánicas son las características utilizadas para la selección de los materiales, las especificaciones de construcción y el control de calidad.
La calidad de los suelos en el caso de las subrasantes, se puede relacionar con el módulo de resiliencia, módulo de Poisson1, valor soporte del suelo (CBR) y el módulo de reacción de la subrasante.

martes, 22 de enero de 2013

Factor de distribución por carril

Se define por el carril de diseño aquel que recibe el mayor número de ESAL's. Para un camino de dos carriles, cualquiera de las dos puede ser el carril de diseño, ya que el tránsito por dirección forzosamente se canaliza por ese carril. Para caminos de varios carriles, el de diseño será el externo, por el hecho de que los vehículos pesados van en ese carril, ver tabla 3-22.
En las tablas 3-21 y 3-22, de existir un estudio especifico para el proyecto, deberá usar los valores obtenidos en el mismo. En la tabla 3-23 se dan valores de equivalencia entre las cargas sobre un eje, entre kN y Ibs.

domingo, 20 de enero de 2013

Factor de distribución por dirección

Es el factor del total del flujo vehicular censado, en la mayoría de los casos este valor es de 0.5; ya que la mitad de los vehículos va en una dirección y la otra mitad en la otra dirección. Puede darse el caso de ser mayor en una dirección que en la otra, lo cual puede deducirse del conteo de tránsito efectuado. Lo más importante de esto, será la diferencia de peso entre los vehículos que van en una y en otra dirección; como puede suceder por la cercanía de una fábrica, puerto, etc. Ver tabla 3-21

sábado, 19 de enero de 2013

Hoja de trabajo HT - 02 Ejemplo para calcular el equivalente de 18 Kips en carga de ejes simples

Para determinar los ESAL's de diseño, se hará uso de la siguiente hoja de trabajo.
En la columna "A" se pondrá la cantidad diaria de cada tipo de vehículo especificado y del cual se tenga el conteo correspondiente. En la columna "B" se colocará el correspondiente factor de crecimiento para cada tipo de vehículo, el cual depende de la tasa de crecimiento asumida para cada tipo de vehículo y el período de diseño considerado, cada tipo de vehículo puede tener una tasa de crecimiento distinta, ya que no todos los tipos de vehículos tienen que crecer a la misma tasa, según la tabla 3-20. En la columna "C" se coloca el producto de las columnas "A" y UB" multiplicado por 365 (días del año). En la columna "D" se coloca el factor de ESAL9, que depende de cada peso y configuración o tipo de camión ( ejes simples, tándem o tridem ) y los valores asumidos de índice de serviciabilidad final y el número estructural (SN para pavimentos flexibles) o espesor de losa para pavimentos rígidos, conforme la hoja de trabajo HT - 01. La columna "E" es el producto de la "C" por la "D", y la suma de esta columna "E" es el número total de ESAL's para el diseño del pavimento considerado y el cual debe afectarse por el factor de distribución por dirección y el factor de distribución por carril.

miércoles, 16 de enero de 2013

Determinación y cálculo de ejes equivalentes de diseño - II

A continuación se usa la hoja de trabajo HT-01 para el cálculo de ESAL's, en la cual se describen los valores particulares del factor de camión en función del factor de carga equivalente; Dichos valores son los que se colocan en la columna "D" de la hoja de trabajo HT - 02.

martes, 15 de enero de 2013

Determinación y cálculo de ejes equivalentes de diseño - I

Para la determinación y cálculo de los ejes equivalentes se requiere el uso de factores de camión para cada clase particular de vehículo, principalmente para camiones pesados. Esto debe hacerse usando los pesos límites de cada vehículo conforme se establece en la tabla 3-19.
Seguidamente en la tabla 3-20, se tiene el porcentaje de la tasa anual de crecimiento vehicular, que se usará y el período de diseño de la estructura de pavimento, lo que nos da el factor de crecimiento de tránsito. Hay que tener presente que el porcentaje de la tasa anual de crecimiento de vehículos, se puede cambiar utilizando diferentes porcentajes, dependiendo del tipo de vehículo que se considere que va a aumentar o disminuir más que los otros. Al tomar en cuenta lo escrito en el párrafo subrayado del numeral 3.1 de esta sección, se deduce lo importante que es el tener un buen conteo del tránsito de la carretera en estudio.

miércoles, 9 de enero de 2013

Consideraciones para el cálculo de ejes equivalentes - IV

Entonces, para calcular los ESAL's que se aplicarán a una estructura de pavimento es necesario asumir en primera instancia, para pavimentos flexibles el número estructural (SN) que se considere adecuado a las cargas y para pavimentos rígidos el espesor de la losa que se necesita para las cargas que se van a imponer; también se tendrá que asumir el índice de serviciabilidad final aceptable, de acuerdo con los programas de mantenimiento que se considere necesario según el tipo de carretera. Las siguientes tablas indican los diferentes LEFs para distintos tipos de cargas por eje, para distintos tipos de pavimentos y distintos índices de serviciabilidad finales.

martes, 8 de enero de 2013

Consideraciones para el cálculo de ejes equivalentes - III

En la Figura 3-1, se presenta la correlación entre PSI e IRI, en la cual ya se ha hecho la conversión a metros por kilómetro.
Por lo anteriormente expuesto, el Factor Equivalente de Carga ( LEF ), es el valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de serviciabilidad causada por la carga de un tipo de eje de 80 kN y la producida por un eje estándar en el mismo eje.
Como cada tipo de pavimento responde de manera diferente a una carga, los LEFs también cambian en función del tipo de pavimento. Por lo que, los pavimentos rígidos y flexibles tienen diferentes LEFs y que también cambia según el SN ( Structural Number, número estructural) en pavimentos flexibles y según el espesor de la losa en pavimentos rígidos, además que también cambia según el valor del índice de serviciabilidad asumido para el diseño.

lunes, 7 de enero de 2013

Consideraciones para el cálculo de ejes equivalentes - II

Los valores que se recomiendan dependiendo del tipo de pavimento son los siguientes:
El índice de serviciabilidad de un pavimento, es un valor de apreciación con el cual se valúan las condiciones de deterioro o confort de la superficie de rodadura de un pavimento; actualmente para medir este deterioro se utiliza el IRI, índice Internacional de Rugosidad (International Roughness Index), para lo cual se utiliza un equipo sofisticado montado en un vehículo, el que al pasar sobre la superficie de una carretera, va midiendo los altibajos y los suma, por lo que al final se obtiene un valor acumulado en metros por kilómetro (m/km) o pulgada por milla (plg/milla). Para correlacionar el índice de Serviciabilidad y el IRI, se utiliza la siguiente fórmula4:

domingo, 6 de enero de 2013

Consideraciones para el cálculo de ejes equivalentes - I

Las diferentes cargas que actúan sobre un pavimento producen a su vez diferentes tensiones y deformaciones en el mismo; los diferentes espesores de pavimentos y diferentes materiales, responden en igual forma de diferente manera a igual carga. Como estas cargas producen diferentes tensiones y deformaciones en el pavimento, las fallas tendrán que ser distintas. Para tomar en cuenta esta diferencia, el volumen de tránsito se transforma en un número equivalente de ejes de una determinada carga, que a su vez producirá el mismo daño que toda la composición de tránsito mixto de los vehículos. 
Esta carga uniformizada según AASHO es de 80 kN o 18 Kips y la conversión se hace a través de los Factores Equivalentes de Carga LEF ( Load Equivalent Factor). El proceso de convertir un tránsito mixto en un número de ESAL's de 80 kN fue desarrollado por el Road Test de AASHO. Para este ensayo se cargaron pavimentos similares con diferentes configuraciones de ejes y cargas, para analizar el daño que produjeron. 
El índice de serviciabilidad de un pavimento, es el valor que indica el grado de confort que tiene la superficie para el desplazamiento natural y normal de un vehículo; en otra palabras, un pavimento en perfecto estado se le asigna un valor de serviciabilidad inicial que depende del diseño del pavimento y de la calidad de la construcción, de 5 (Perfecto); y un pavimento en franco deterioro o con un índice de serviciabilidad final que depende de la categoría del camino y se adopta en base a esto y al criterio del proyectista, con un valor de 0 (Pésimas condiciones).
A la diferencia entre estos dos valores se le conoce como la pérdida de serviciabilidad (APSI) o sea el índice de serviciabilidad presente (Present Serviciability Index).

sábado, 5 de enero de 2013

Volúmenes de tránsito

Para el diseño de estructuras de pavimento es necesario conocer el número de vehículos que pasan por un punto dado. Para el efecto se realizan estudios de volúmenes de tránsito, los cuales pueden variar desde los más amplios en un sistema de caminos, hasta el recuento en lugares específicos tales como: puentes, túneles o intersecciones de carreteras. Estos aforos se realizan con el objeto de: 
■ Determinar la composición y volumen de tránsito en un sistema de carreteras. 
■ Determinar el número de vehículos que transitan en cierta zona o que circulan dentro de ella. 
■ Evaluar índices de accidentes.
■ Servir de base para la clasificación de caminos. 
■ Datos útiles para la planeación de rutas y determinación de proyectos geométricos. 
■ Proyectar sistemas de control de tránsito. 
■ Elaborar sistemas de mantenimiento. 
■ Establecer prioridades y técnicas de construcción. 
■ Determinar el tránsito futuro, etc. En todo estudio de volúmenes de tránsito es necesario obtener dos datos básicos: el tránsito medio diario general y el tránsito medio diario de camiones. 

Estos se pueden obtener al efectuar censos o aforos de tránsito en el lugar de la construcción o si es nueva, mediante censos o aforos de tránsito en lugares próximos.
Existen mapas de volumen de tránsito que muestran en determinados lugares el numero de vehículos diarios, pero es más exacto el efectuar el aforo o censo en un lugar específico: es necesario que al efectuar una evaluación de tránsito para una carretera determinada, se tome en cuenta la localización geográfica de la misma dentro del complejo de la red vial y áreas que la circundan, con el objeto de tomar en cuenta hasta donde sea posible los futuros desarrollos de complejos habitacionales, industriales, turísticos, agrícolas y proyectos de carácter regional, que contribuirán más adelante con el tiempo a incrementar el flujo vehicular de la carretera proyectada3. El tránsito cambia según el día de la semana, cambia según la semana del mes, cambia según la estación o época del año, cambia según los días de descanso o asueto, etc. Por lo que es necesario hasta donde sea posible, contar con estadísticas de períodos largos de evaluación del tránsito, para analizar el comportamiento de los diferentes volúmenes y tipos de vehículos, que nos permitan en mejor forma evaluar las cargas que se aplicarán a la estructura de pavimento.

viernes, 4 de enero de 2013

ANÁLISIS DE TRÁNSITO

Introducción 

El método o técnica más utilizada en Centroamérica para el diseño de estructuras de pavimento con capas finales de rodadura tanto asfálticas como de concreto hidráulico, siempre se refiere a la AASHTO1; en este método la información requerida en las ecuaciones de diseño incluye: la carga por eje, la configuración del mismo, así como el número de aplicaciones o paso de este eje sobre la superficie de pavimento. Los pavimentos se diseñan en función del efecto del daño que produce el paso de un eje con una carga y para que resistan un determinado número de cargas aplicadas durante su vida útil. Un tránsito mixto esta compuesto de vehículos de diferente peso y número de ejes y que para efectos de cálculo se les transforma en un número de ejes equivalentes de 80 kN o 18 kips2, por lo que se les denominará "Equivalent simple axial load" o ESAL (ejes equivalentes).

jueves, 3 de enero de 2013

Costos del ciclo de vida

En los procedimientos de diseño es necesario realizar un estudio de costo del ciclo de vida de las alternativas de pavimentos diseñados, que le permitan al diseñador tomar una decisión sobre los tipos de pavimentos más convenientes a construir, tomando también en consideración las políticas de mantenimiento.

miércoles, 2 de enero de 2013

Efectos de la Temperatura en la estructura de pavimento

En adición a los efectos de cambio de temperatura a través del año, en el Módulo Dinámico de las mezclas asfálticas, las curvas de diseño también resultan afectadas con respecto a los efectos de temperatura sobre el Módulo de resiliencia de la subrasante y los materiales granulares de la subbase y base. Para la Subrasante esto se realiza al incrementarse el Módulo de Resiliencia de la misma en el período de enfriamiento y se reduce cuando se produce calentamiento.

martes, 1 de enero de 2013

Características de los Materiales

Todos los materiales están caracterizados por el Módulo de Elasticidad, llamado Módulo Dinámico en mezclas asfálticas; Módulo de Resiliencia para los materiales granulares sin tratar y los materiales de los suelos. El Módulo Dinámico en mezclas de asfalto es dependiente de la temperatura sobre el pavimento. Para simular los efectos de temperatura y sus cambios a través del año, se utilizan tres distribuciones típicas del promedio mensual de temperatura que a su vez representan tres regiones típicas. El Módulo Dinámico es función directa del tiempo de fraguado y un período de seis meses es el utilizado para la elaboración de las tablas de diseño, ya que períodos de fraguado arriba de los 24 meses no tienen ninguna influencia significativa sobre el espesor que se muestra en las tablas de diseño. En el caso de suelos estabilizados, las características mecánicas de los materiales cambian sustancialmente con la aplicación de productos estabilizadores, ya que el módulo de resiliencia se incrementa en valores apreciables. Es necesario, que al utilizar productos estabilizadores de suelos, se efectúen los correspondientes estudios de laboratorio, para determinar los límites adecuados de las cantidades o porcentajes hasta los cuales puede llegar su uso.