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PAVIMENTOS
Concepto y Tipos de pavimentos Estructura de los pavimentos Diseo de pavimentos Mtodos de diseo de pavimentos C.B.R. Mdulo Resiliente Mtodos y Pruebas de campo
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Concepto de Pavimento
Estructura conformada por un conjunto de capas(multicapa) destinada a: resistir y distribuir a la capa de fundacin
(subrasante) los esfuerzos verticales producidospor el trfico
resistir los esfuerzos horizontales haciendo msdurable la superficie de rodamiento
mejorar las condiciones de rodamiento en cuanto acomodidad y seguridad
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Peculiaridades del Pavimento como Estructura
Estructura Multicapa: diferentes capas de materiales conpropiedades mecnicas diferentes
Estructura en faja: ancho y alto "finito"; largo "infinito"
Cargas de trnsito: efecto destructivo variable; previsin deevolucin y vida til aproximada; intemperizacin ydegradacin de capas superiores afectan integridad depavimento
Clima es un factor preponderante
Falla de pavimento: Fatiga causada por efecto de carga detrnsito (cargas cclicas) e intemperismo
Vida til pequea
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Tipos de Pavimentos segn solicitaciones
Pavimentos Autoviarios Carga de trnsito baja, variable (camiones, mnibus, autos, etc.) Intensidad de trnsito variable: Alto volumen de trnsito; Bajo
volumen de trnsito Pavimentos Aeroportuarios Carga de trnsito pesada Cargas dinmicas (impacto) en zona de aterrizaje Intensidad de transito menor que pavimentos de alto volumen de
trnsito Pavimentos Ferroviarios Carga de trnsito alta Transmisin de carga a travs de durmientes (carga lineal
transversal)
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Tipos de Pavimentos segn estructura
Pavimentos Autoviarios y Aeroportuarios
Flexibles: revestimiento bituminoso (mezcla asfltica)
Rgido: revestimiento de hormign (losas)
Base
Revestimiento bituminoso
Sub-baseSubrasante
Pavimento Flexible Pavimento Rgido
Carpeta de hormign
Sub-base
Subrasante
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Paquete Estructural
Carpeta Asfltica
Base
Sub-base
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Funcin estructural de cada capa
Revestimiento: Recibe directamente las cargas de trnsito.Resiste esfuerzos rasantes (horizontales) y proporciona superficiede rodamiento adecuada
Base: Resiste y distribuye esfuerzos normales (verticales)
Sub-base: Complementaria de Base (por economa) o Correctivade Subrasante (transicin)
Subrasante: Capa de fundacin de la estructura del pavimento.Resiste esfuerzos normales sin grandes deformaciones
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Mtodos de Diseo de Pavimentos
Empricos: Basados en parmetros que correlacionanpropiedades fsicas de los materiales
ndice Soporte de California (CBR)
Coeficiente de Balasto
Mecansticos: Basados en anlisis de comportamientomecnico de los materiales
Teora de Elasticidad (Boussinesq, Burmister)
Mdulos Elsticos
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Parmetros Empricos de Diseo de Pavimentosndice Soporte de California (CBR)
Porter (1929): Ensayo de medida de la capacidad soporte,denominadondice Soporte de California(California BearingRatio,CBR)
Ensayo mide: Resistencia a la penetracin por punzonado de un vstago en
una muestra de material compactado en un molde rgido Expansin
Pistn de cargacomparador
suelo
molde
carga
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CBR
Relacin entre la tensin necesaria para penetrar 0,1 in (0,25cm) un material dado y la tensin necesaria para la mismapenetracin en un material arbitrario, adoptado como patrn
100(%)"1,0
"1,0 =patrn
muestraCBR
Material Patrn: Piedra triturada de California de la que seconoce las tensiones necesarias para producir penetracionespreestablecidas
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Tensin Penetracin del Vstago para muestra patrn
Penetracin Tensin aplicada
cm pulgadas kg/cm2 lb/pulg2
0,25 0,1 70,3 1000
0,50 0,2 105,5 1500
0,75 0,3 133,6 1900
1,00 0,4 161,7 2300
1,25 0,5 182,0 2600
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Tensin Penetracin del Vstago para muestra patrn
703,0100
3,70(%) "1,0"1,0 muestramuestraCBR
==
70,3
105,5
133,6
161,7
182,0
020406080
100120140160180200
0,0 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5
Penetracin (in)
Te
nsi
n
(kg
/cm2 )
Muestra Patrn Muestra Ensayada
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Ensayo de CBRASTM D1883; AASHTO T193
3 muestras compactadas con diferentes energas, en moldes de 6in, a humedad ptima de Ensayo Proctor Modificado
12 golpes por capa
25 golpes por capa
56 golpes por capa (PUSM)
Muestras se sumergen en agua 4 das con sobrecargas(saturacin de muestras)
Se mide expansin en 4 das
Probetas saturadas se cargan por punzonado en prensa
Vstago de 3 in2 (19,4 cm2)
Velocidad de penetracin 0,05 in/min (0,127 cm/min)
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Ensayo CBRCurva Tensin - Penetracin
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500
Penetracin (in)
Te
nsi
n (k
g/cm
2 )
12 Golpes 25 Golpes 56 Golpes
Se compara CBR0,1" y CBR0,2" adoptndose valor mayor
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Ensayo CBRCurva CBRPeso especfico seco y CBRHumedad de Compactacin
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Ensayo CBRCurva CBR Peso Especfico Seco
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5
PUS (kN/m3)
CB
R (
%)
PUSM
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Crtica del Ensayo CBR
Condicin saturada: Se alcanza en materiales granulares (arenas y gravas) No se alcanza en materiales finos (arcillas y limos)
Condicin del ensayo: Drenado para materiales granulares No drenado para materiales finos
Se comparan materiales ensayados en condiciones diferentes
Pistn de cargacomparador
suelo
molde
carga
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Crtica del Ensayo CBR
CBR es un nmero que carece de significado fsico
"CBR no es una medida directa de la capacidad soporte de losmateriales" (Porter, 1950)
"CBR no es ms que un simple ensayo de corte, siendo tilcomo indicador de la resistencia al corte de los suelos"(Turnbull, 1950)
"CBR debe ser considerado como unensayo indicativo deresistencia al corte... principios de diseo de pavimentosestn basados en prevencin de lafalla al corte de lassubrasantesde los pavimentos" (Simposio de la ASCE, 1950)
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Crtica del Ensayo CBR
Mtodo de compactacin en ensayo Mtodo decompactacin de campo (estructuras distintas)
Mtodo de aplicacin de carga de ensayo (esttico) Aplicacin de carga real al pavimento (trnsito) respuestas mecnicas diferentes
Parmetro de diseo de pavimentos sencillo y rpido peroque conduce a estructuras sobredimensionadas
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Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos
a (%)
Mdulo Tangente
Mdulo Secante
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Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos
Comportamiento no lineal de los suelos y materiales granulares Es posible definir "mdulos de deformabilidad": Mdulo
tangencial y Mdulo secante Variables en funcin del nivel de tensiones y deformaciones Para niveles de deformacin muy bajos mdulo tangencial
mdulo secante Cuanto menor el nivel de deformacin mayor valor modular
(rigidez)
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Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos
Carga de trnsito
Tensiones relativamente bajas Deformaciones bajas
Tiempo de aplicacin de carga casi instantneo
Carga de intensidad gradual y de aplicacin cclica
Mdulo de deformabilidad recuperable representa adecuadamentecomportamiento real de materiales de pavimento
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Parmetros Mecansticos de Diseo de Pavimentos
Hveem (1955): Fisuras progresivas de revestimientoasfltico se debe a deformacin "resiliente" (elstica) decapas subyacentes, especialmente subrasante
Utiliza Resiliente por Elstico para diferenciar
En realidad Resiliencia es una energa potencial dedeformacin (similar a la del resorte)
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Ensayos de Cargas Repetidas o Cclicas
Simular condiciones reales: Cargas de trnsito Ensayo decarga repetida (cclico) Carga de compresin aplicada en un mismo sentido Intensidad de carga gradualmente variable desde cero hasta
mximo y vuelta a cero Tiempo pequeo de aplicacin de carga (fraccin de
segundos)
Reproduccin de condiciones reales Amplitud = carga de vehculo (rueda) Tiempo de pulso = velocidad de vehculo Frecuencia de aplicacin = volumen de trnsito
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Ensayos de Cargas Cclicas
Deformacin recuperable (Resiliente):r Deformacin permanente (Plstica):p En primeros ciclos Mdulo sufre pequeas variaciones cada vez
menores, hasta hacerse constante
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Mdulo resiliente (MR)
q: Tensin desviadora (1 3)r: Deformacin resiliente axial (vertical)
rR
qM
=
0r h
h=h: Deformacin vertical mximah0: Altura inicial de la muestra
prt +=
p: Deformacin permanente muy pequea
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Tipos de Ensayos de cargas cclicas
Ensayo Triaxial cclico (Seed et al., 1955): Suelos y Materialesgranulares Desarrollado durante el estudio de la deformabilidad de las
subrasantes de la pista experimental de AASHTO(Illinois) Similar a Triaxial convencional:
Presin de cmara (3): agua oaire Tensin desviadora (d): cclica Estado de tensiones principales Resultados en tensiones totales
Normalizado: AASHTOT274-82
Ensayo de Compresin diametral cclico (Schmidt, 1972):Mezclas Asflticas y Materiales Cementados
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Efecto del Peso especfico y de la Humedad de Compactacin en el Mdulo Resiliente de materiales finos
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Ensayos de Campo
Basados en parmetros empricos CBR in situ (ASTMD4429) Prueba de Carga de Placa Penetrmetro Dinmico de Cono (DCP)
Basados en parmetros mecansticos (deflexiones) Viga Benkelman Deflectgrafo de Lacroix Deflectmetro de Cada de Pesa (FWD)
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Prueba de Carga de Placa (McLeod, 1948)
Mdulo de reaccin de subrasante (k):
: tensin que transmite placa al suelo: deformacin fijada previamente
= k
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Penetrmetro Dinmico de Cono (DCP)
Mango de agarre
Masa de 8 Kg
Cono
Regla demedida
Tope
1935 mm
575 mm
3 mm
20 mm
Puntaendurecida
a 60
Espesor de capas, peso especfico,resistencia a la penetracin
Pesa de 8 kg Cada libre de 575 mm ndice de Penetracin (IP)
: Penetracin del conoN: Nmero de golpes
NIP
=
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Viga Benkelman (Benkelman, 1953)
Deflexin por Recuperacin elstica
Camin con 8,2 ton (80 kN) en eje trasero y 80 psi (550 kPa) depresin de inflado de ruedas
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Viga Benkelman
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Deflectgrafo de Lacroix (LCPC)
Deflexin mxima por carga transmitida por dos pares de ruedas Medidas automticas por palpadores colocados en trineos Medidas casi continuas
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Deflectmetro de Impacto (Falling Weight Deflectometer)FWD (Sorensen & Hayven, 1982)
Deflexin por carga de impacto producida por pesos que caensobre placa apoyada en pavimento
Medidas automticas por sensores de velocidad Simula carga de trnsito a velocidad de 70 80 km/h