Pavimentos Unidades de Diseo Prof Johannes E Briceo

Pavimentos Unidades de Diseño Prof. Johannes E. Briceño B. MSc.

UNIDADES DE DISEÑO Son tramos o segmentos de la vía con características similares en cuanto a: • Topografía • Clima (precipitaciones y temperatura) • Transito • Características físicas y mecánicas de lo suelos, resistencia (CBR, K, valor – R, . ) • Geología • Drenaje Para unificar características con el fin de definir diseño de pavimentos se establecen las unidades de diseño

• Topografía: Se definen las unidades de diseño tomando en cuenta la pendiente longitudinal de la vía y se pueden agrupar considerando: – Pendientes de hasta el 3% – Pendientes entre el 4 – 6% – Pendientes mayores al 6% Nota: cuando las pendientes del tramo son distintas, se debe considerar una pendiente ponderada. Ejemplo: 1% % 2, 5 0% Unidad de diseño P< 3% 3, 5 Km 2, 5% 2, 5 km m 2 k 4% 2% Unidad de diseño P< 3%, Considerando que el tramo Con pendiente superior al 3% es muy corto. 3, 5 Km 2, 5% 10 km 4% 2, 5 km 2% Unidad de diseño P > 3%

2, 5 km km 2% 3, 5 Km 10 4% 2, 5% km 0, 6 m % k 9 0, 6 % m k 7 0, 6 m 5% k 0, 6 3% Unidad 1 Unidad 2 Teórico Unidad de diseño P > 3% Unidad de Diseño Practico: porque los tramos Son muy cortos Unidad de montaña Unidad de llano • Clima: para determinar las unidades de diseño debo considerar dos factores: – Temperatura: considerar si hay cambios notable en la temperatura media anual (TMAA) del sitio o los sitios por donde pasa la vía. Ejemplo: vía Mérida - Barinas 21°C Unidad de Diseño Tramo 1 Mérida - Mucurubá 2 Mucurubá – Mitisus 3 Mitisus - Barinas 36 °C Llano Montaña

• Precipitación: Condición de pluviosidad Unidad de Diseño Tramo 1 Mérida - Mitisus 2 Mitisus – Mérida • Transito: Se deben realizar conteos en puntos estratégicos de la vía para ver como se mueve la población. Ejemplo: Vía Mérida - Barinas Unidad de Diseño Tramo 1 Mérida – entrada Arenal 2 Entrada Arenal – Tabay 3 Tabay – Barinitas 4 Barinitas - Barinas

• Características Físicas y Mecánicas: Se debe considerar el tipo de suelo presente a lo largo de toda la vía y deben considerar dos tipos de unidades. – Unidades de material: • Suelo fino P 200 > 35 % • Suelo grueso Para ello se debe realizar una exploración o muestra de campo a lo largo de toda la vía.

Estudios de suelos para pavimentos • Exploración • Proyecto Sistema de exploración - Calicata - Perforaciones - A mano - A maquina

• Ubicación de la muestra: a) Se toma la muestra con barreno manual o a maquina perforadora, cada 100 – 500 m, dependiendo de la variabilidad del material, y se lleva al laboratorio tapado y sellado para estudiar. • Humedad natural • Granulometría • Limites de consistencia (WL, Ip) • Identificación Visual Las muestras deben ir claramente identificadas con los siguientes datos: • # de perforación Estudio: hasta 2 m en carretera y hasta 3 m P 1 • Progresiva en aeropuertos. Muestra de 1, 5 kg • profunda m 1 m 2

Nota: El ingeniero debe llevar un cuaderno de campo o perforación donde describa: • Tipo de suelo • Color • Textura Este muestreo se realiza de la siguiente manera: 1) Horizontal P 3 P 11 BI EJE P 1 P 2 P 4 P 5 P 6 P 8 P 9 P 10 BD 1+000 0+800 0+600 0+400 0+200 0+000 P 7 Prog. final • Tomar en el eje de la vía cada 100 -200 m • Tomar cada 500 m un perfil transversal • Nota: en tramos de montaña se puede hacer muestreo cada 250 m y en el llano cada 500 m.

2) Vertical h 1 h 2 Profundidad. Máxima de Exploración: 2 m O 3 m en aeropuerto b) Para el estudio de la capacidad de soporte o CBR, se deben tomar calicatas en teoría mínimo 5 para cada unidad de diseño, para tramos de vías cortos al menos 3 calicatas de dimensiones: (1 x 1 x 2), Carreteras (1, 5 x 3), Aeropuertos (2 x 2 x 3), Aeropuertos Al laboratorio se debe trasladar en un saco al menos 30 kg de material para realizar los distintos ensayos.

• En aeropuertos: se debe realizar una cuadricula 50 m Se deben hacer perforaciones en todas las intersecciones. Profundidad 3 m Todo el área de: • Pista • Estacionamiento • Retiros • Hangares • Oficinas

• Perfil de suelo 0+000 1+000 A-2 -4 A-6 1 m A-4 A-5 A-6 2 m A-7 • A-1: A-1 -a , A-1 -b Los mejores • A-2: A-2 -4, A-2 -5, A-2 -6, A-2 -7 Buenos • A-4 Limos • A-5 Limos + Diatomeas • A-5 Arcillas • A-7 Arcillas + Diatomeas → Algas A-6

CBR de Diseño 1) Método Venezolano Transito (N`t (EE)) (Cargas equivalentes) Percentil < 105 75% 105 -106 80% 106 -107 85% 107 -108 90% >108 95% Eje simple Rueda Doble Cargas equivalentes de 18000 lbs (carga legal)

Procedimiento: a) Ordenar los CBR de mayor a menor b) Aplicar la metodología Ejemplo: Se tiene dos unidades de diseño, una de materiales finos y otra de gruesos, N´t=106 e. e. Unidad I(Finos): CBR (%)=2, 3, 4, 2, 3, 5 Unidad II(Gruesos): CBR(%)=10, 11, 10, 12, 13 Unidad I → Si tomo CBR de diseño del 2%, el pavimento no se romperá, pero los costos de producción serán mas elevados. Si tomo el 4% el pavimento se romperá en 4 puntos que están por debajo (≈el 80% del pav. Falla). Si toma el promedio se corre el riesgo de que el 50% del pav. Falle)

• Usar la metodología Unidad I n=6 (muestra, CBR) Ordenar los CBR de menor a mayor CBR 2 2 3 3 4 5 6/n=6 x 100=100% Interpolar para percentil 85% ya q´ N´t=106 e. e 4/6 x 100=67% → CBR Diseño= 2. 5% 2/6 x 100=33% 1/6 x 100=17% Nota: Estos porcentajes se refiere a la posibilidad de que no falle el pavimento

Unidad II n=5 CBR 10 5/n=5 x 100=100% Interpolar para percentil 85% ya que N´t=106 10 → CBR Diseño= 10, 4% 11 3/5 x 100=60% 12 2/5 x 100=40% 13 1/5 x 100=20% Resumen: CBRDISEÑO = 2, 5% para la Unidad de Diseño I CBRDISEÑO = 10, 4% para la Unidad de Diseño II

• Ejemplo: ´ N´t=5 x 106 e. e ; CBR (%): 5, 4, 5, 6, 7, 10, 6, 9, 8, 9 4 10/10 x 100=100% 5 9/10 x 100=90% ya como N´t=106 e. e ==> percentil 85% 5 interpolar 85% → CBR Diseño 6 7/10 x 100=70% 6 7 5/10 x 100=50% 100% Determinar CBR Diseño de 8 4/10 x 100=40% forma Grafica 9 3/10 x 100=30% 85% 9 50% 10 1/10 x 100=10% CBR 4 5 6 7 8 9 10

Método AASHTO: Toma en cuenta: a) Transito. b) Coeficiente de Variación de Los Datos Ẍ= Media aritmética de los datos σ= Desviación Estándar. n= # de datos X= Dato

c) Relación de Costos: Rc = Costo de mantenimiento Costo de Inversión Rc= 1 --- 5 , promedio Rc=2. 5 Percentil de diseño fig. (pág. 4) Rc=CR es difícil de determinar por falta de datos. Para no interpolar en la grafica ampliamos el rango de Cv CR Cv≤ 20 20<Cv<40 Cv≥ 40

Tabla Nº 4. Relación de costo para el tipo de tráfico y condición de la vía. Método AASHTO Tráfico diario promedio 25 - 1000 - 5000 Más de 5000 Condición Fácil acceso Rural y Urbana Difícil acceso Rural Urbana Todo tipo Relación de costo 1– 3 2– 4 3 -5 1– 3 2– 5 3– 5 2– 4 3– 5 3 -5

Ejemplo: Determinar CBRdiseño para transito N´t=5 x 106 e. e para relación de costo Rc=CR=3 Datos de CBR(%)= 11, 10, 11, 12, 11, 10, 10 Solución: n=10 σ= 0, 82 Ẍ=10, 7 Cv=0. 82*100/10. 7 = 7. 6% Se entra con CR=3 y se corta la curva de transito N´t=5 x 106 y se lee el percentil de diseño= 66% 10 10 10 11 11 11 12 12 10/10 x 100 = 100% Interpolar para percentil 66% CBRdiseño=10, 7% 5/10 x 100 = 50% 2/10 x 100 = 20%

Ejemplo: Determinar CBRdiseño para transito N´t=5 x 106 e. e Datos de CBR(%)= 7, 7. 5, 8, 8, 8. 5, 9, 9, 10, 13, 13 Solución: n=10 σ= 2, 03 Ẍ=9. 33 Cv=2. 03*100/9. 33 = 21. 78% como no se cuenta con CR se utiliza un promedio CR=2. 5 Forma 1: Se puede usar la grafica con el rango de Cv original, con transito N´t=5 x 106 y CR=2, 5 se halla un percentil para Cv=10% y uno para Cv=30% y se interpola. Percentil de diseño= 66% 7 7. 5 8 8. 5 9 10 13 15/15 x 100 = 100% 14/15 x 100 = 93. 8% 13/15 x 100 = 86, 66% 9/15 x 100 = 60% 8/15 x 100 = 53. 33% 4/15 x 100 = 26. 66% 3/15 x 100 = 20%

Forma 2: Si utilizamos la grafica con el rango de Cv ampliado sumimos CR=2, 5 y con y Cv≤ 20 y N´t=5 x 106 e. e cortamos la curva correspondiente y hallamos el percentil. Fig , Percentil 75% CBRDiseño= 8, 22%