Cap 09 Analisis y Diseño de Pavimentos

TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSCAPÍTULO IX

ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS

9.1 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONES DE LOS PAVIMENTOS EN CARRETERAS9.1.1 PAVIMENTO9.1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS9.1.2.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES9.1.2.2 PAVIMENTOS RÍGIDOS9.1.2.3 PAVIMENTOS ARTICULADOS9.1.2.4 EVALUACIÓN DE LOS TIPOS DE PAVIMENTOS9.1.2.5 FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS9.1.2.6 ELECCIÓN DEL TIPO DE PAVIMENTO MÁS ADECUADO9.2 PAVIMENTOS FLEXIBLES9.2.1 GENERALIDADES9.2.2 COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO9.2.2.1 SUELO DE FUNDACIÓN9.2.2.2 SUB – RASANTE 9.2.2.3 SUB – BASE9.2.2.4 BASE9.2.2.5 CAPA DE IMPRIMACIÓN9.2.2.6 CARPETA ASFÁLTICA9.2.2.7 SELLO DE IMPRIMACIÓN9.2.3 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO FLEXIBLE9.2.3.1 MÉTODOS DE DISEÑO 9.2.3.2 METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO9.2.3.3 METODO AASTHO9.2.3.4 DISEÑO DE MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE9.2.3.5 DIMENSIONAMIENTO FINAL DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO 9.2.4 RELACIÓN ESFUERZO – DEFORMACION DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO9.2.4.1 APLICACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE BOUSSINESQ Y LA TEORIA ELASTICA9.2.4.2 SISTEMA ELÁSTICO DE MULTIPLES CAPAS9.2.5 MEZCLAS ASFÁTICAS9.2.5.1 ESTUDIO Y ANÁLISIS9.2.6 DISEÑO DEL CONCRETO ASFÁLTICO9.2.6.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE9.2.6.2 MÉTODO MARSHALLBR. ING. RAFAEL OMAR NIBLE BACA 407

TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS9.2.6.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO9.2.7 REFUERZO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO CON GEOTEXTIL9.2.7.1 GEOTEXTILES9.2.7.1 DISEÑO DEL REFUERZO EN LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO9.2.8 PROCESO CONSTRUCTIVO9.2.9 CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS9.3 CONCLUSIONES9.4 RECOMENDACIONES

9.1 DESCRIPCIÓN Y FUNCIONES DE LOS PAVIMENTOS DE CARRETERAS 9.1.1 PAVIMENTO

Un pavimento puede definirse como la capa o conjunto de capas de materiales apropiados,

comprendidas entre el nivel superior de las terracerías y la superficie de rodadura, cuyas

principales funciones son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de color y

textura apropiados, que sean resistentes a la acción del tránsito, a la del intemperismo y a otros

agentes perjudiciales, así como transmitir adecuadamente a las terracerías los esfuerzos

producidos por las cargas impuestas por el transito.

En otros términos, el pavimento es la superestructura de la obra vial, que hace posible el transito

expedito de los vehículos con la comodidad, seguridad y economía previstos por el proyecto.

9.1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS1

En nuestro medio los pavimentos se clasifican en: pavimentos flexibles, pavimentos semi –

rígidos o semi – flexibles, pavimentos rígidos y pavimentos articulados.

9.1.2.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES Este tipo de pavimentos están formados por una carpeta bituminosa apoyada generalmente

sobre dos capas no rígidas, la base y la Subbase. No obstante puede prescindirse de

cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares de cada proyecto.

Las funciones de un pavimento flexible son:

La Subbase granular

Función Económica.- Una de las principales funciones de esta capa es netamente

económica, es preferible distribuir las capas más clasificadas en la parte superior y colocar

en la parte inferior del pavimento la capa de menor calidad la cual es frecuentemente la más

barata.

Esta solución puede traer consigo, esta solución puede traer consigo un aumento en el

espesor total del pavimento y no obstante, resultar más económica.

1 ALFONSO MONTEJO FONSECA, Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, Cap. 1, Pavimentos, Constitución y Conceptos generales, 1.3 Clasificación de los pavimentos, pág. 2. Año 2002.

BR. ING. RAFAEL OMAR NIBLE BACA 408

TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Capa de Transición.- la Subbase bien diseñada impide la penetración de los materiales que

constituyen la base con los de la subrasante y por otra parte, actúa como filtro de la base

impidiendo que los finos de la subrasante la contaminen disminuyendo su calidad.

Disminución de las deformaciones.- Algunos cambios volumétricos de la capa subrasante,

generalmente asociados a cambios en su contenido de humedad (expansiones), o a

cambios extremos de temperatura (heladas), pueden absorberse con la capa Subbase,

impidiendo que dichas deformaciones se reflejen en la superficie de rodamiento.

Resistencia.- La Subbase debe soportar los esfuerzos transmitidos por las cargas de los

vehículos a través de las capas superiores y transmitidos a un nivel adecuado a la

subrasante.

Drenaje.- En muchos casos la Subbase debe drenar el agua que se introduzca a través de

la carpeta o por las bermas, así como impedir la ascensión capilar.

La Base Granular

Resistencia.- La función fundamental de la base granular de un pavimento consiste en

proporcionar un elemento resistente que transmita a la Subbase y a la subrasante los

esfuerzos producidos por el transito en una intensidad apropiada.

Función Económica.- Respecto a la carpeta asfáltica, la base tiene una función económica

análoga a la que tiene la Subbase respecto a la Base.

Carpeta

Superficie de Rodamiento.- La carpeta debe proporcionar una superficie uniforme y estable

al tránsito, de textura y color conveniente y resistir los efectos abrasivos del tránsito.

Impermeabilidad.- Hasta donde sea posible, debe impedir el paso del agua al interior del

pavimento.

Resistencia.- Su resistencia a la tensión complementa la capacidad estructural del

pavimento.

9.1.2.2 PAVIMENTOS RÍGIDOSSon aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa de concreto hidráulico,

apoyada sobre la subrasante o sobre una capa de material seleccionado, la cual se denomina

Subbase del pavimento rígido. Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico asi como de su

elevado coeficiente de elasticidad, la distribución de los esfuerzos se produce en una zona muy

amplia. Además como el concreto es capaz de resistir en cierto grado, esfuerzos a la tensión, el

comportamiento de un pavimento rígido es suficientemente satisfactorio aun cuando existan

zonas débiles en la subrasante.

La capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas y por lo

tanto el apoyo de las capas subyacentes ejerce poca influencia en el diseño del espesor del

pavimento.

Las funciones de un pavimento rígido son:


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSLa Subbase

La función más importante es impedir la acción del bombeo en las juntas, grietas y extremos

del pavimento. Se entiende por bombeo a la fluencia del material fino con agua fuera de la

estructura del pavimento, debido a la infiltración de agua por las juntas de las losas. El agua

que penetra a través de las juntas licua el suelo fino de la subrasante facilitando así su

evacuación a la superficie bajo la presión ejercida por las cargas circulantes a través de las

losas.

Servir como capa de transición y suministrar un apoyo uniforme, estable y permanente del

pavimento.

Facilitar los trabajos de pavimentación.

Mejorar el drenaje y reducir por tanto al mínimo la acumulación de agua bajo el pavimento.

Ayudar a controlar los cambios volumétricos de la subrasante y disminuir al mínimo la

acción superficial de tales cambios volumétricos sobre el pavimento.

Mejorar en parte la capacidad de soporte del suelo de la subrasante.

Losa de Concreto

Las funciones de la losa en el pavimento rígido son las mismas de la carpeta en el flexible, mas

la función estructural de soportar y transmitir en nivel adecuado los esfuerzos que le apliquen.

9.1.2.3 PAVIMENTOS ARTICULADOSLos pavimentos articulados están compuestos por una capa de rodadura que está elaborada

con bloques de concreto, prefabricados, llamados adoquines, de espesor uniforme e iguales

entre sí. Esta puede ir sobre una capa delgada de arena, la cual a su vez se apoya sobre una

capa de base granular o directamente sobre la subrasante, dependiendo de la calidad de esta y

de la magnitud y frecuencia de las cargas que circularan por dicho pavimento.

Las funciones de un pavimento articulado son:

La Base

Es la capa colocada entre la subrasante y la capa de rodadura. Esta capa le da mayor espesor

y capacidad estructural al pavimento. Puede estar compuesta por dos o más capas de

materiales seleccionados.

Capa de Arena

Es una capa de poco espesor, de arena gruesa y limpia que se coloca directamente sobre la

base, sirve de asiento a los adoquines y sirve como filtro para el agua que eventualmente

pueda penetrar por las juntas entre estos.

Adoquines

Debe de tener una resistencia adecuada para soportar las cargas de transito, y en especial, el

desgaste producido por este.

Sello de Arena


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEstá constituido por arena fina que se coloca como llenante de las juntas entre los adoquines,

sirve como sello de las mismas y contribuye al funcionamiento, como un todo, de los elementos

de la capa de rodadura.

9.1.2.4 EVALUACIÓN DE LOS TIPOS DE PAVIMENTOSPAVIMENTO FLEXIBLEVentajas

Presenta una superficie uniforme de rodadura, el cual brinda confort al tránsito vehicular.

Bajo costo inicial de construcción.

La apertura al tránsito vehicular se puede realizar a las 24 horas después de concluido el

trabajo, asimismo dicho transito favorece a la compactación de la carpeta.

Brinda mayor resistencia al ataque de sulfatos.

Desventajas

Tiene menor resistencia al intemperismo, resultado inconveniente en una topografía muy

accidentada, porque se vuelve vulnerable a la erosión, por lo que requiere mayor

mantenimiento.

Ya que los espesores están determinados en función de la calidad de la base y Subbase, el

requerimiento de estos es mucho más exigente que en el caso de los pavimentos rígidos.

Es muy susceptible a los cambios bruscos de temperatura.

Tiene menor vida útil comparado con los pavimentos rígidos.

Se debe considerar sistemas de drenaje más exigentes, debido a que es un factor

determinante para su conservación.

PAVIMENTO RIGIDOVentajas

Debido a su rigidez requieren poco espesor para distribuir las cargas sobre la superficie.

Este tipo de pavimento presenta buenas condiciones de superficie de rodadura, ya que el

promedio del coeficiente de rodamiento longitudinal es de 0.7 y el transversal de 0.6.

La losa de concreto no requiere espesores grandes de base y Subbase.

El costo de conservación es pequeño, su vida es larga, su valor de recuperación es alto,

porque cuando falla o resulta inadecuado, puede servir como capa de base a una superficie

de rodadura tipo bituminoso.

La visibilidad en las noches es buena por su color claro.

Su diseño es evidentemente racional más no empírico.

Desventajas

La desventaja primordial cuando se compara con otro tipo de pavimento es su elevado

costo inicial, lo cual limita su uso; además técnicamente el más significativo inconveniente

es la utilización de juntas de dilatación y contracción.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Requiere mayor supervisión técnica durante el proceso constructivo, así como un adecuado

tratamiento y mantenimiento.

Baja resistencia al ataque de sulfatos, pues estos reaccionan con la cal libre resultante del

proceso de hidratación del concreto.

Requiere un tiempo de curado de 28 días, lo que puede generar perjuicios en la circulación

de los vehículos.

PAVIMENTO ARTICULADOVentajas

Su ejecución no requiere equipos especiales de construcción como es el caso de pavimentos flexibles y rígidos.

Es económico en vías de barrios residenciales, calles, patios de estacionamientos. Su conservación y mantenimiento, son económicos.Desventajas

No es conveniente su uso en vías de tráfico pesado. Requiere plantear sistemas de evacuación de aguas que descarguen directamente al

sistema de alcantarillado.

9.1.2.5 FACTORES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOSEl conocimiento de estos parámetros y la recolección de información complementaria de

acuerdo a las exigencias, serán fundamentales para un diseño óptimo de la estructura del

pavimento.

EL TRANSITOPara el diseño de la estructura del pavimento interesan las cargas más pesadas por eje

(simple, tándem o tridem) esperadas en el carril de diseño durante el período de diseño

adoptado. Para el cálculo, son fundamentales la repetición de cargas de transito y la

consecuente acumulación de deformaciones sobre el pavimento (fatiga).

Además se debe considerar, las máximas presiones de contacto, las solicitaciones

tangenciales en tramos especiales (curvas, zonas de frenado y aceleración), las velocidades de

operación de los vehículos (en especial las lentas en zonas de estacionamientos de vehículos

pesados), la canalización del tránsito, etc.

LA SUBRASANTELa subrasante es la capa fundamental en la estructura de una obra vial, la misma que está

encargada de soportar los esfuerzos provocados por el tráfico y sirve como apoyo a la

estructura del pavimento.

En el diseño de pavimentos es necesario conocer las propiedades físicas e ingenieriles de la

capa subrasante:

Propiedades Físicas

Granulometría.

Clasificación de suelos.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Relaciones humedad densidad.

Propiedades Ingenieriles

Modulo resiliente.

Modulo de poisson.

Valor de soporte del suelo (CBR).

Modulo de reacción de la subrasante.

De las propiedades antes mencionadas, el más importante es el Modulo resiliente, pues es la

definitiva para caracterizar al suelo de fundación.

Modulo Resiliente2

El modulo resiliente es una medida de las propiedades elásticas del suelo, tomando en cuenta

ciertas características no lineales. El modulo resiliente puede ser utilizado directamente para el

diseño de pavimentos flexibles, pero debe ser convertido a un modulo de reacción de la

subrasante (valor k), para el diseño de pavimentos rígidos o compuestos.

El modulo resiliente fue seleccionado para reemplazar al valor de soporte del suelo por las

siguientes razones:

Indica una propiedad básica del material que puede ser usada en un análisis mecanístico de

sistemas multicapas para predecir la rugosidad, el agrietamiento, el ahuellamiento, el

escalonamiento, etc.

Los métodos para la determinación del MR están descritos en el método de ensayo

AASHTO T 274.

Se ha reconocido internacionalmente como un método para la caracterización de materiales

para su empleo en el diseño y evaluación de pavimentos.

Se dispone de técnicas para estimas MR de varios materiales por medio de ensayos no

destructivos.

Para el diseño de pavimentos, la construcción y la conservación de tales estructuras, se debe

de tener el conocimiento básico de lo que el parámetro de modulo resiliente representa, la

prueba de laboratorio a partir de la cual se obtiene y de los factores que hay que considerar

para la selección del valor adecuado para su uso en una determinada metodología de diseño.

Como la humedad en la subrasante es variable en el transcurso del año, es necesario hacer un

estudio de la variación del modulo de resilencia (MR) con respecto a la humedad y poder

determinar un MR promedio de diseño para lo cual debe de procederse así:

Es necesario efectuar ensayos de MR en laboratorio, sobre muestras de suelo que

representen las condiciones de tensión y humedad que simulan bajo las cuales estarán en

el transcurso del año. Con estas pruebas se establece una relación en el laboratorio, de las

condiciones de modulo de resilencia y humedad.

2 Guía AASHTO para diseño de Estructuras de Pavimentos 1993, Cap. I Introducción y Antecedentes, 1.5 Suelo de Fundación pág. 18, Año 1997.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS Se determina el modulo de resilencia en el lugar, por medio de las deflexiones obtenidas en

los pavimentos, el modulo de resilencia se ajusta para analizar las posibles diferencias que

existen entre los resultados de laboratorio y los obtenidos en el lugar.

Es posible estimar valores normales (en época seca) del modulo de resilencia, en función

de las propiedades conocidas de los suelos y utilizar relaciones empíricas para calcular las

variaciones conformantes en las épocas del año. El modulo de resilencia en épocas secas

es de 10 a un 20% menor que el normal y cuando es suelo sometido a bajas temperaturas

este varia hasta dos veces su valor, mayor que el normal.

De acuerdo con el diseño estructural del pavimento, el tipo y la magnitud de las solicitaciones,

repeticiones de carga acumulada, características asociadas al clima y la localización de las

distintas capas de material; el comportamiento esfuerzo – deformación de un suelo puede ser

de dos tipos: Resiliente y Plástico.

Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suelen

denominarse plásticas a aquellas que permanecen en el pavimento después de cesar la causa

deformadora. Bajo la carga móvil y repetida, la deformación plástica tiende a hacerse

acumulativa y puede llegar a tener valores inadmisibles. Paradójicamente, esto proceso suele ir

acompañado de una densificación de los materiales, de manera que el pavimento fallado

puede ser más resistente que el original.

El modulo resiliente se puede determinar en laboratorio mediante el ensayo AASHTO T294 -

92I. Este ensayo consiste básicamente en aplicar un número determinado de repeticiones de

un esfuerzo desviador dinámico, sobre una probeta sometida previamente a una presión de

confinamiento estática, en una cámara de presión triaxial. Las secuencias de carga a aplicar

dependen del tipo de material a ensayar.

Heukelom y Klomp han reportado correlaciones entre los valores CBR del Cuerpo de

Ingenieros, usando compactación dinámica y los módulos in – situ del suelo. La correlación se

da en la siguiente relación:

M R (PSI )=1500×CBR ( Suelos Finos ) (CBR<10 % )

M R (PSI )=4326× ln (CBR )+241(SuelosGranulares)

EL CLIMALos factores en nuestro medio que afectan más a un pavimento son las lluvias y los cambios de

temperatura.

Las lluvias por su acción directa en la elevación del nivel freático, influyen en la resistencia, la

compresibilidad y los cambios volumétricos de los suelos del nivel de subrasante en especial.

Este efecto también influye en gran medida en algunas actividades de construcción tales como

el movimiento de tierras y la colocación y compactación de capas granulares y asfálticas.

Los cambios de temperatura en las losas de los pavimentos rígidos ocasionan en estas

esfuerzos muy elevados, que en algunos casos pueden ser superiores a los generados por las

cargas de los vehículos que circulan sobre ella. En los pavimentos flexibles y a razón de que el


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSasfalto tiene una gran susceptibilidad térmica, el aumento o disminución de temperatura, puede

ocasionar una modificación sustancial en el modulo de elasticidad de las capas asfálticas,

ocasionando en ellas y bajo condiciones especiales, deformaciones y agrietamientos que

influirían en el nivel de servicio de la vía.

9.1.2.6 ELECCION DEL TIPO DE PAVIMENTO MÁS ADECUADOLuego de realizar una evaluación acuciosa de todo lo expuesto anteriormente, considerando

que no siempre los pavimentos de menor costo inicial son los más convenientes, sino que es

necesario efectuar un estudio minucioso del beneficio económico a través de toda la vida útil

del mismo, tomando en cuenta el mantenimiento de la infraestructura en general.

De acuerdo a un criterio técnico, es recomendable que en el caso de obras viales de redes

principales y secundarias del país se diseñe y construya un pavimento flexible utilizando las

técnicas más modernas para mejorar su performance. Y para el caso de zonas urbanas, playas

de estacionamiento se recomienda el diseño y construcción de pavimentos rígidos.

Entonces para el caso del presente proyecto el cual tiene una catalogación de “Una Red Vial

Terciaria o Local (Sistema Vecinal), catalogada como Carretera de Primera Clase de Tipo 1

y Tipo 3” el tipo de pavimento mas recomendado es el flexible, principalmente porque el

costo de construcción es más accesible, aun teniendo desventajas que pueden ser salvadas

con un diseño adecuado de todas las capas y con un proceso constructivo debidamente

supervisado.

9.2 PAVIMENTOS FLEXIBLES9.2.1 GENERALIDADES

El pavimento como estructura, debe ser diseñado para soportar las cargas dinámicas y

estáticas ocasionadas por el tránsito de los vehículos. Según el estudio de transito la carga

máxima admitida para este proyecto asciende a 48000 Kg (48 Ton) y los esfuerzos que se

producen por la acción de los pulsos dinámicos de carga tiene un alcance máximo a 1.50 m

de profundidad bajo el nivel de la subrasante, aspecto que fue considerado para la ejecución

de los sondeos geotécnicos (calicatas) en el estudio geotécnico del proyecto de la capa

subrasante.

El pavimento flexible por tener una rigidez menor a la del pavimento rígido, produce mayores

tensiones en la subrasante. Además está compuesto de varias capas que fundamentalmente

cumplen las siguientes funciones:

Resistir la acción abrasiva de los vehículos .- La fricción de los neumáticos de los

vehículos, es una acción destructiva, que provoca el desgaste de la superficie y el

desprendimiento de las partículas de pavimento.

Distribuir y resistir adecuadamente las cargas producidas por el transito .- La estructura del

pavimento deberá ser tal, que las cargas que se apliquen sobre el no produzcan


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSdeformaciones permanentes ni perjudiciales sobre todo en la subrasante y que al mismo

tiempo impida la formación de grietas internas en la estructura. Esto implica que el

pavimento sea de un espesor suficientemente necesario para soportar y distribuir las

cargas de transito.

Presentar una impermeabilidad adecuada .- Es muy importante impedir la infiltración del

agua de lluvia en la estructura del pavimento, debido a que si penetra en exceso podría

provocar la lubricación de las partículas, por lo tanto la impermeabilización del pavimento

debe complementarse con un drenaje eficiente.

Tener resistencia a los agentes atmosféricos .- Estos actúan continuamente sobre la

superficie del pavimento, provocando la meteorización y alteración de los materiales que la

conforman, consecuentemente la vida útil y económica del pavimento dependerá de la

capacidad de los materiales de resistir a los agentes físicos y químicos.

Presentar adecuada flexibilidad .- Es necesario que el pavimento presente esta

característica para poder adaptarse a los asentamientos ocasionales, ya sea en la

Subbase o en la base.

Superficie de rodadura homogénea .- la superficie de rodadura o rodamiento debe ser lo

suficientemente lisa y uniforme, para proporcionar un tránsito confortable, mayor vida útil a

los vehículos y poseer una característica antideslizante.

9.2.2 COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO9.2.2.1 SUELO DE FUNDACIÓN

Se denomina suelo de fundación3 a la capa de suelo bajo la estructura del pavimento,

preparada y compactada como fundación para la estructura del pavimento. Se trata del terreno

natural o la ultima capa del relleno de la plataforma sobre la que se asienta el pavimento.

El modulo elástico asociado al terreno de fundación es el modulo resiliente, aspecto que como

se expuso en párrafos anteriores se correlaciona con el CBR o se obtiene mediante el ensayo

triaxial cíclico.

Cabe resaltar un aspecto muy importante cuando se obtiene el modulo resiliente a partir de

correlaciones con el CBR, pues el CBR de suelos compactados (como es el caso de

terraplenes) y de suelos granulares densos están asociados al 100% de la máxima densidad

seca del proctor modificado; sin embargo el CBR de subrasantes arenosas y limo arcillosas

especialmente no puede asociarse a este valor, porque su densidad de campo esta muy por

debajo de la densidad seca y su humedad natural es mayor que el optimo contenido de

humedad. En este último caso el CBR se obtiene con muestras inalteradas (Ver Capítulo VII

ESTUDIO DE GELOGÍA Y GEOTÉCNIA).

9.2.2.2 SUB – RASANTE 3 Manual de diseño de Carreteras Pavimentadas de Bajo Volumen de Transito, Cap. 5 Geología, Suelos y Pavimentos, 5.4 Suelo de Fundación, pág. 138, Año 2008.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEs la porción superior del suelo de fundación, que ha sido nivelada, perfilada y en algunos

casos compactada y que además servirá de apoyo a las diferentes capas de la estructura del

pavimento.

Como se indico anteriormente la propiedad fundamental que caracteriza definitivamente la

calidad de la subrasante es el valor CBR, el cual debe ser obtenido basándose en muestras

inalteradas; procedimiento que en el Perú es casi no utilizada y es la razón por el que se

presentan fallas prematuras en los pavimentos debido al sub – dimensionamiento en el diseño.

La metodología usada para el diseño de la estructura del pavimento se fundamenta en la

hipótesis de la compactación de la subrasante durante la etapa constructiva relacionando a la

conformación de la superficie del terreno y control de compactación de la misma. Sin embargo,

la práctica ingenieril utilizada puede no ser adecuadamente aplicada en subrasantes limo –

arcillosos debido a que no es posible compactar profundidades del orden de 1.50 m de

profundidad o más, mediante procedimientos convencionales utilizados en obra. La humedad

natural de los suelos limo – arcillosos generalmente se ubica muy por encima del Contenido

Optimo de Agua (COA); además en el Perú, muchas veces no se reconoce como subrasante,

la capa de suelo con un espesor hasta donde lleguen los esfuerzos verticales significativos,

esto es hasta las profundidades donde las cargas aplicadas puedan generar asentamientos.

Entonces, la subrasante no alcanzará y muchas veces estará lejos de tener una densidad

equivalente al 95% ó 100% de la Máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado. Por

esta razón no deberá asumirse el correspondiente valor CBR asociado a un valor de densidad

no alcanzada en el campo.

Metodología para obtener el valor CBR de Subrasantes Limo – Arcillosas4

Un método directo de obtener el valor CBR es mediante el ensayo CBR in situ de acuerdo a la

Norma ASTM D 4429-93. Sin embargo, el ensayo puede ser costoso para el proyecto y su

aplicabilidad se reduciría sustancialmente cuando sea necesario obtener una muestra

representativa de valores en el proyecto.

Otro método se basa en utilizar el ensayo de laboratorio CBR según la Norma ASTM D 1883 y

de manera paralela medir la densidad de campo. El valor CBR de la subrasante será el

correspondiente a la densidad de campo medida. Esta metodología puede ser limitante cuando

la densidad de campo medida se encuentre muy por debajo del rango de densidades que

arroja el ensayo CBR de laboratorio. Por otro lado, muy pocos especialistas se atreven a

indicar modificaciones en el ensayo CBR para que el mismo pueda abarcar rangos de valores

de densidades menores, como por ejemplo optar por menores energías de compactación.

Un tercer método más simple y sobre todo rápido y económico. Se basa en extraer la muestra

inalterada utilizando el molde CBR directamente de los pozos de exploración; luego se

transporta al laboratorio y se realiza la prueba de carga tanto en condiciones naturales como en

4 M.Sc. SILENE MINAYA GONZALES, Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Civil, Instituto de Investigaciones, Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos, Anexo “A” CBR de subrasantes Arenosas y Limo – Arcillosas, Pág. 213, Año 2006.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOScondiciones más desfavorables que es la saturación, obteniendo la curva carga – penetración.

El valor CBR obtenido será un valor puntual de la muestra extraída en estado inalterado y

representara de manera real el comportamiento de la subrasante.

En este sentido, considerando todo lo anteriormente expuesto el diseño de la estructura del

pavimento se fundamentará en los resultados del ensayo CBR realizada a las muestras

inalteradas, los cuales se detallan el Cuadro Nº 9.1.

CUADRO Nº 9.1 RESULTADO DE VALORES CBR DE MUESTRAS INALTERADAS

TRAMO CBR Natural4.35%3.53%2.83%3.40%

Comunidad Campesina Sucso Auccaylle - Granja K'ayra

Granja K'ayra - APV Angostura

9.2.2.3 SUB – BASE Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y

distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal

manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a

dicho suelo que pueda afectar a la Subbase. La Subbase debe controlar los cambios de

volumen y elasticidad que serian dañinos para el pavimento.

Se utiliza además como capa de drenaje y controlador de ascensión capilar de agua,

protegiendo así a la estructura, de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales

granulares. Al haber capilaridad en época de heladas, se produce el hinchamiento del agua,

causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si este no dispone de una

subrasante o Subbase adecuada.

Esta capa de material se coloca entre la subrasante y la capa de base, sirviendo como material

de transición, en los pavimentos flexibles.

El material de Subbase deberá ser seleccionado y tener mayor valor CBR que el material de

subrasante, su espesor será variable por tramos dependiendo de las condiciones y

características de los suelos existentes en la subrasante.

Los materiales de la Subbase deben ser del tipo granular y deberán cumplir los requisitos que

se encuentran plasmados en los siguientes cuadros:

CUADRO Nº 9.2 REQUERIMIENTOS GRANULOMETRICOS PARA SUBBASE GRANULAR


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSGradación A (1) Gradación B Gradación C Gradación D

50 mm (2") 100 100 --- ---25 mm (1") --- 75 -- 95 100 100

9.5 mm (3/8") 30 -- 65 40 -- 75 50 -- 85 60 -- 1004.75 mm (Nº 4) 25 --55 30 -- 60 35 -- 65 50 -- 852.0 mm (Nº 10) 15 -- 40 20 -- 45 25 -- 50 40 -- 704.25 um (Nº 40) 8 --20 15 -- 30 15 -- 30 25 -- 4575 um ( Nº 200) 2 -- 8 5 -- 15 5 -- 15 8 -- 15

PORCENTAJE QUE PASA EN PESOTAMIZ

FUENTE: ASTM D 1241(1) La curva de gradación "A" debera emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a 3000 m.s.n.m.(1) La curva de gradación SB-3 debera emplearse en zonas con altitud mayor de 3500 m.s.n.m.(2) Sólo aplicable a SB -1

CUADRO Nº 9.3 REQUERIMIENTOS DE ENSAYOS ESPECIALES

< 3000 msnm > 3000 msnmAbrasión MTC E 207 C 131 T 96 50 % máx 50 % máx

CBR (1) MTC E 132 D 1883 T 193 40 % mín 40 % mín

Límite Líquido MTC E 110 D 4318 T 89 25 % máx 25 % máx

Índice de Plasticidad MTC E 111 D 4318 T 89 6 % máx 4 % máx

Equivalente de Arena MTC E 114 D 2419 T 176 25 % mín 35 % mín

Sales Solubles MTC E 219 1 % máx 1 % máx

Particulas Chatas y Alargadas (2) MTC E 211 D 4791 20 % máx 20 % máx

(1) Referido al 100 % de la Máxima Densidad Seca y una Penetración de Carga de 0.1" (2.5mm)(2) La relación ha emplearse para la determinación es 1/3 (espesor/longitud)

ENSAYO NORMA MTC

NORMA ASTM

NORMA AASHTO

REQUERIMIENTO

FUENTE: Tabla Nº 303-2, Cap. 3 Sub-Bases y Bases Sección 303 Sub-Base Granular, Requerimientos de Ensayos

Especiales

Una vez que el material de Subbase tenga una humedad apropiada, se conformará y

compactará con el equipo seleccionado, hasta alcanzar la densidad especificada el cual debe

de alcanzar como mínimo el 95% de la máxima densidad seca Proctor modificado el cual es

2.27 grcm3 (Cantera Huancaro).

9.2.2.4 BASE Es la capa de la estructura del pavimento que tiene como función primordial, distribuir y

transmitir las cargas generadas por el tránsito a la Subbase y a través de esta a la subrasante y

es la capa sobre la cual se coloca la capa de rodadura.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEl material conformante debe estar constituido por piedra de buena calidad, triturada y

mezclada con material de relleno o bien por una combinación de piedra o grava, con arena y

suelo en su estado natural. Todos estos materiales deben ser clasificados para tomar una base

integrante de la estructura del pavimento. Su estabilidad dependerá de la gradación de las

partículas, su forma, densidad relativa, fricción interna y cohesión y todas estas propiedades

dependerán de la proporción de finos con respecto al agregado grueso.

Los parámetros mínimos requeridos para la Subbase están especificados en el manual de

ensayos EG – 2000, los cuales se muestran a continuación:

CUADRO Nº 9.4 REQUERIMIENTOS GRANULOMETRICOS PARA BASE GRANULAR

Gradación A (1) Gradación B Gradación C Gradación D50 mm (2") 100 100 --- ---25 mm (1") --- 75 -- 95 100 100

9.5 mm (3/8") 30 -- 65 40 -- 75 50 -- 85 60 -- 1004.75 mm (Nº 4) 25 --55 30 -- 60 35 -- 65 50 -- 852.0 mm (Nº 10) 15 -- 40 20 -- 45 25 -- 50 40 -- 704.25 um (Nº 40) 8 --20 15 -- 30 15 -- 30 25 -- 4575 um ( Nº 200) 2 -- 8 5 -- 15 5 -- 15 8 -- 15

PORCENTAJE QUE PASA EN PESOTAMIZ

Asimismo estos materiales deberán cumplir las siguientes características físico – mecánicas y

químicas que se muestra a continuación:

VALOR RELATIVO DE SOPORTE CBR (1)

Tráfico Ligero y medio Mín 80%Tráfico Pesado Mín 100%

Para el agregado grueso:

CUADRO Nº 9.5 REQUERIMIENTOS AGREGADO GRUESO


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS

< Menor de 3000 msnm

> 3000 msnm

Particulas con una cara fracturada MTC E 210 D 5821 80% mín 80% mín

Particulas con dos caras fracturada MTC E 210 D 5821 40% mín 50% mín

Abrasión los Ángeles MTC E 207 C 131 T 96 40% máx 40% máx

Particulas Chatas y Alargadas (1) MTC E 221 D 4791 15% máx 15% máx

Sales solubles totales MTC E 219 D 1888 0.5% máx 0.5% máx

Pérdida con sulfato de sodio MTC E 209 C 88 T 104 --- 12% máx

Pérdida con sulfato de magnesio MTC E 209 C 88 T 104 --- 18% máx

(1) La relación ha emplearse para la determinación es: 1/3 (espesor/longitud)

Norma MTC

Norma ASTM

Norma AASHTO

RequerimientoAltitudENSAYO

FUENTE: Tabla Nº 305-2, Cap. 3 Sub-Bases y Bases Sección 305 Base Granular, Requerimientos Agregado Grueso

Para el agregado fino:

CUADRO Nº 9.6 REQUERIMIENTOS AGREGADO FINO

< Menor de 3000 msnm

> 3000 msnm

Indice Plastico MTC E 111 4% máx 2% máxEquivalente de Arena MTC E 114 35% mín 45% mínSales solubles Totales MTC E 219 0.55% máx 0.5% máxIndice de solubilidad MTC E 214 35% mín 35% mín

Ensayo NormaRequerimientos

FUENTE: Tabla Nº 305-3, Cap. 3 Sub-Bases y Bases Sección 305 Base Granular, Requerimientos Agregado Fino

Una vez que el material de base tenga una humedad apropiada, se conformará y compactará

con el equipo seleccionado, hasta alcanzar la densidad especificada el cual debe de alcanzar

como mínimo el 100% de la máxima densidad seca Proctor modificado el cual es 2.22 grcm3

(Cantera Angostura).

9.2.2.5 CAPA DE IMPRIMACIÓN5

La imprimación consiste en la incorporación inicial de asfalto a la superficie de una capa de

base no asfáltica como preparación para cualquier tratamiento o construcción superpuesto a

ella. El objeto de la imprimación es impermeabilizar la superficie, cerrar los huecos capilares,

envolver y ligar las partículas minerales sueltas, endurecer o aumentar la resistencia de la

superficie y facilitar su adherencia con el tratamiento o construcción superpuesto. La

5 MANUAL DEL ASFALTO, The Asfalt Institute, Cap. VIII Construcción de pavimentos asfálticos, F) Tratamientos superficiales y riegos de sellado. Pág. 244.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSimprimación se consigue mediante el riego de 0.80a2.00 ¿

m2 de asfalto liquido de baja

viscosidad, sobre la superficie preparada de la base, dejando al asfalto penetrar tanto como

sea posible.

9.2.2.6 CARPETA ASFÁLTICAEs la capa que se coloca sobre la base, su objetivo principal es proteger la estructura de

pavimento, impermeabilizando la superficie, para evitar filtraciones de agua que podrían saturar

las capas inferiores, evita la desintegración de las capas subyacentes a causa del tránsito

vehicular. Asimismo, la superficie de rodadura contribuye a aumentar la capacidad de soporte

del pavimento, absorbiendo cargas.

La superficie de rodadura de los pavimentos se divide en mezclas asfálticas en caliente y

mezclas asfálticas en frio.

9.2.2.7 SELLO DE IMPRIMACIÓNEs una película de mezcla asfáltica que se coloca sobre la superficie de rodadura para sellar

los poros impermeabilizándola. Además protege a la carpeta de rodamiento contra la acción

abrasiva de las ruedas de los vehículos, encima de esta capa de desgaste se coloca a

veces un riego de arena o piedra picada menuda.

9.2.3 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO FLEXIBLELa estructura de un pavimento asfáltico puede proyectarse y construirse de forma que pueda

sustentar las más elevadas frecuencias de tráfico y cargas por eje, distribuyendo las presiones y

tensiones impuestas, reduciéndolas en magnitud, hasta que puedan ser soportadas con

seguridad por el terreno natural.

El espesor del pavimento asfaltico debe calcularse para asegurar un comportamiento

satisfactorio durante largo tiempo teniendo en cuenta las condiciones del trafico, características

del terreno y la de los materiales de construcción. Esto exige usualmente que se empleen

materiales de resistencia y valor portante cada vez más elevados desde el terreno hasta la

superficie del pavimento. Las características de los materiales utilizados influirán en el espesor

de cada una de las capas componentes del pavimento y por lo tanto en el espesor total.

9.2.3.1 MÉTODOS DE DISEÑODurante mucho tiempo se han utilizado métodos que tienen gran correlación experimental y

considerable tiempo de uso para su verificación. Estos métodos suelen clasificarse en tres

grupos:

Métodos totalmente empíricos, en los que generalmente se emplean factores de seguridad

muy altos, lo que trae consigo que se obtengan espesores excesivos que no corresponden


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSa las verdaderas necesidades de la vía en estudio. Ejemplo de ellos son los métodos

fundados en una clasificación de suelos, como el Índice de Grupo.

Métodos semiempíricos, basados en los ensayos arbitrarios de laboratorio correlacionados

con teorías más o menos razonables. Entre estos se encuentran todos los basados en el

ensayo CBR, método de Hveem, método de la FAA, método de Mc Leod, método de

Kansas y el método de Texas.

Métodos racionales, basados en consideraciones teóricas sobre distribución de esfuerzo y

deformaciones, entre estos se encuentran en el Navy, Shell, Instituto del Asfalto y del

AASHTO.

Para el caso del presente proyecto se empleará los métodos propuestos por el Instituto del

Asfalto y por el AASHTO, por ser los de mayor confiabilidad al considerar diversos parámetros

de diseño.

9.2.3.2 MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTOEl Instituto Norteamericano del Asfalto ha publicado un manual de diseño que caracteriza al

pavimento flexible como un sistema elástico de capas múltiples. Con el uso de la teoría

establecida, la experiencia y los datos de prueba, los ingenieros del instituto del asfalto

dieron un método de diseño estructural de espesores adecuados para diferentes

pavimentos asfálticos.

El método se basa en dos condiciones supuestas de esfuerzo deformación:

1) La carga de la rueda “w” se transmite a la superficie del pavimento, como una presión

vertical uniforme “Po”, los esfuerzos se distribuyen por la estructura del pavimento para

producir un esfuerzo vertical máximo reducido “P1” que actúa sobre la superficie de la

subrasante.

2) La carga de la rueda “w” hace que la estructura del pavimento se deforme, creando tanto

esfuerzo de compresión como de tensión a través de toda la estructura del pavimento.

En la creación del procedimiento de diseño los ingenieros del INA calcularon las

deformaciones horizontales inducidas por la tensión, en el fondo de la carpeta de asfalto y

las deformaciones verticales por compresión en la parte superior de la subrasante. La

deformación de la tensión es provocada por los esfuerzos horizontales de tracción y la

deformación por comprensión es provocada por los esfuerzos verticales de compresión.

TIPOS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO: 1) Estructura de cemento asfáltico integral (full depth)

Consiste en que el espesor total del pavimento está formado por un concreto asfáltico

tanto para la carpeta de rodadura, como para la base y directamente se puede colocar

sobre la subrasante.

Para el diseño de estos espesores de pavimentos se utilizan las cartas de diseño para

Full Depht.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS2) Estructura de mezcla de asfalto emulsionado

Presenta 3 tipos de asfalto, de acuerdo a la calidad:

TIPO I: Son mezclas elaboradas con agregados graduados procesados y densos, con

una emulsión asfáltica; aquí se usan agregados de buena calidad.

Para el diseño del espesor de pavimento se usan las cartas de diseño para mezcla con

asfalto emulsificado (Ver Figura 9.1).

TIPO II: Cuando la mezcla asfáltica emulsionada está hecha con agregados semi –

procesados, grava en bruto o grava de banco sin clasificar y una emulsión asfáltica.

Para el diseño del espesor del pavimento se usan las cartas de diseño para mezcla con

asfalto emulsificado Tipo II.

TIPO III: Cuando el asfalto es elaborado con arenas ó arenas limosas y emulsión

asfáltica.

Para el diseño del espesor del pavimento se usan las cartas de diseño para mezcla con

asfalto emulsificado Tipo III.

3) Base de agregados sin tratarSon estructuras de pavimento conformado por una carpeta de rodadura de concreto

asfáltico colocado sobre una capa de agregado sin tratar con espesores de 150 mm y

450 mm. Para 10, 15, 20, 25, 30 y 45 cm de espesor se usan las cartas de diseño para

base no tratada (Ver Fig. 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6 y 9.7).



FIGURA Nº 9.1

FIGURA Nº 9.2



FIGURA Nº 9.3

FIGURA Nº 9.4



FIGURA Nº 9.5

FIGURA Nº 9.6



FIGURA Nº 9.7

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURALEl procedimiento de diseño que se describe se utiliza para determinar el espesor de las

estructuras de pavimento formadas por una superficie de concreto asfáltico ó de asfalto

emulsionado sobre una base o sub-base de agregado sin tratar. Los pasos de diseño son

los siguientes:

1) Seleccionar o determinar los datos de entrada:

Número de aplicaciones a eje de referencia (ESAL)

Modulo de resilencia de la subrasante “MR”

El tipo de superficie de rodadura y de base

Factores ambientales

2) Determinar el espesor de diseño para las condiciones especificadas descritas para los

datos de entrada.

3) Hacer un análisis económico de las distintas soluciones logrados para el problema de

diseño planteado.

4) Seleccionar el diseño definitivo.

A continuación se desarrollaran cada uno de los pasos para realizar el diseño:

1.- Seleccionar los datos de entradaNumero de aplicaciones a eje de referencia (ESAL)

Este parámetro para el presente proyecto, se obtuvo en el Capítulo V ESTUDIO DE TRÁNSITO, en el cual se determinó el ESAL separadamente para la calzada de subida y para

la calzada de bajada.

ESALde diseño(Calzadade Subida)=3.27×106


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSESALde diseño(Calzadade Bajada)=1.76×106

Modulo de Resilencia de la Subrasante

El Instituto del Asfalto, en sus gráficas de Diseño exige conocimiento de la resistencia de la

sub-rasante la cual se determina por medio del Módulo de resilencia (MR), según el ensayo

propuesto en su publicación MS-10 (Ensayo del Triaxial Cíclico). Sin embargo, se han

establecido factores para determinar el MR mediante correlaciones con los métodos

normales para la determinación de los valores de resistencia, como el CBR, a través de las

siguientes relaciones propuestas por el Instituto del Asfalto:

MR (Kg/cm2) = 100 CBR

MR (MPa) = 10.3 CBR

MR (lb/pulg2) = 1500 CBR

Cabe resaltar que las expresiones anteriores no son aplicables a sub-bases o bases

granulares. Las correlaciones anteriores son aplicables a materiales clasificados como: CL,

CH, ML, SC, SM, SP o para materiales cuyo Módulo Resilente se estime en 207 Mpa

(30,000 Lb/pulg2), o menores. Para valores del Módulo Resilente mayores se requieren

ensayos de laboratorio.

Para el presente proyecto el Modulo de resilencia fué obtenido bajo el siguiente criterio:

De acuerdo al análisis efectuado en el Capítulo VII ESTUDIO DE GEOLOGIA Y

GEOTECNIA, la forma como se obtuvo la resistencia de los materiales de la subrasante fue

ejecutando el ensayo CBR con muestras inalteradas, el cual dio como resultado un valor

CBR menor al 6% lo que lo cataloga como Subrasante pobre. Esta determinación hizo

necesaria la proyección de realizar un mejoramiento de la subrasante hasta alcanzar un

CBR del 12%, por lo cual “no es necesario efectuar el ensayo del Triaxial cíclico para la

obtención del Modulo Resiliente de la subrasante”, pues el suelo mejorado que se colocará

como subrasante será aquel que alcance un CBR del 12% como mínimo.

Entonces para el diseño el MR se obtendrá a partir de las correlaciones brindadas por el

Instituto del Asfalto.

MR=10.3 ∙CBR→M R=10.3 ∙ (12 )

MR=123.6MPa

Tipo de superficie de rodadura y de base

Dentro de la evaluación de materiales que debe considerarse y es propuesta por el IA, se

tienen:

Para base y sub-base:

Las bases pueden ser de concreto asfáltico, estabilizadas con emulsión asfáltica o

granulares.

Base de Material Granular no tratada:


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEl procedimiento de diseño de espesores utilizando materiales granulares no tratados

requiere que previamente se determinen el CBR de la sub-rasante, EAL de diseño, y los

tipos de sub-base y base granular.

En los casos en que el diseño incorpore bases y sub-bases de agregados no tratados, es

recomendable que estos materiales satisfagan las especificaciones del EG – 2000, caso

contrario se podrán emplear los requerimientos dados en el Cuadro Nº 9.7.

CUADRO Nº 9.7 Requerimiento de calidad para Base y Subbase de Agregado no tratado según las Especificaciones del Instituto del Asfalto

Subbase BaseCBR mínimo 20% 80%LL máximo 25% 25%IP máximo 6 NPEquivalente de Arena 25 35% Finos 12% 7%

Ensayo Requerimiento

Entonces comparando las propiedades de los materiales de las canteras propuestas con los

requerimientos para base y Subbase brindados por el EG – 2000, se tiene el siguiente

resumen:

CUADRO Nº 9.8 Cuadro comparativo para Subbase de Material Granular no Tratado

Requisitos

Gradación Mallas2” 100 100 Cumple1” --- 74.17 Cumple

3/8” 30 - 65 36.49 CumpleNº4 25 - 55 25.19 Cumple

Nº10 15 - 40 20.45 CumpleNº40 8. - 20 16.69 CumpleNº200 2. - 8 7.33 Cumple

30% 44% Cumple25% 16% Cumple6% NP Cumple

15% 7.33% Cumple

LL máximoIp máximo% máximo finos

Sub baseCantera

Huancaro ValoraciónEnsayo

Tipo A

CBR mínimo

De lo anterior se concluye que la cantera Huancaro sirve como material de Subbase no

tratada.



CUADRO Nº 9.9 Cuadro comparativo para Base de Material Granular no Tratado

Requisitos

Gradación Mallas2” 100 100 Cumple1” 75 - 95 80 Cumple

3/8” 40 - 75 55 CumpleNº4 30 - 60 45 CumpleNº10 20 - 45 34 CumpleNº40 15 - 30 24 CumpleNº200 5. - 15 12 Cumple

80% 70% No Cumple< 25% 24.30% Cumple< 6% 5.24 Cumple

< 50 % 36.86% Cumple<12% 12% Cumple

LL máximoIp máximo% de Abrasión% finos

Cantera Angostura ValoraciónBase

Ensayo

Tipo B

CBR mínimo

Según muchos especialistas en el diseño de pavimentos es muy difícil encontrar materiales

que satisfagan totalmente los requerimientos solicitados, sin embargo, como en muchos

casos donde se pueden presentar la similitud de propiedades requeridas, aunque no

cumplan a cabalidad todas estas, se considerara la explotación de la cantera seleccionada.

De esta manera y con este criterio se selecciona la Cantera de Angostura como alternativa

de diseño de Base no tratada, por tener parámetros admisibles en un rango permitido.

Bases Estabilizadas con emulsión asfáltica:

En caso de que el material de base no cumpla con los requisitos de calidad para bases

no tratadas, será necesario emplear bases estabilizadas.

Las bases estabilizadas con emulsiones asfálticas corresponden a tres tipos de mezcla,

según la clase de agregados utilizados:

Tipo I: Mezcla de emulsiones asfálticas con agregados procesados, densamente

graduados.

Tipo II: Mezcla de emulsiones asfálticas con agregados semi procesados, de trituración,

de bancos o de canteras.

Tipo III: Mezcla de emulsión asfáltica con arena o arenas limosas.

Los materiales que se utilicen para la construcción de bases estabilizadas deben cumplir

con los requisitos de calidad propuestos en el Cuadro 9.10.



CUADRO Nº 9.10 Características de los materiales aptos para la construcción de bases estabilizadas con emulsiones asfálticas según el Instituto del Asfalto

Arenas Arenas Limosas

2” 1001 ½” 90-100 100 100

1” 90-100 100 80-100¾” 60-90 90-100 100½” 60-80 90-100 100 1003/8” 60-80

4 20-55 25-60 35-65 45-75 25-85 75-100 75-1008 10.-44 15-45 20-50 25-55

50 2.-16 3.-18 3.-20 5.-20100200 0-15 1.-15 2.-15 2.-15 3.-15 3.-15 12.-25

Equivalente de arenaDesgaste

Perdidas ensayo Solidez

% Caras fracturadasEmulsión Recomendada (*)

(*)Aniónica o Catiónica de rompimiento lento o Catiónica de rompimiento medio

Aniónica o Catiónica de rompimiento lento

45% Máximo ----

25% Máximo ----

65% Mínimo ----

60-8035-656.-25

2.-15

25% Mínimo

10090-100

Tamiz

AGREGADOS PARA MEZCLAS

Tipo I Tipo IITipo III

Porcentaje que Pasa

CUADRO Nº 9.11 Cuadro comparativo para Base estabilizada con Emulsión Asfáltica

Agregados para Mezclas Tipo II

Cantera Angostura

1½ ” 100 100 Cumple1” 80-100 80 Cumple4 25-85 45 Cumple

200 3.-15 12 CumpleDesgaste --- 36.86 Cumple

Tamiz NºPorcentaje que Pasa

Valoración

Del cuadro anterior se concluye que la cantera Angostura cumple como material de base

tratado con emulsión asfáltica Tipo II, en caso de considerar esta alternativa como diseño.

Espesores Mínimos de Concreto Asfáltico

Todas las cartas de diseño fueron preparados usando capas de asfalto compuesto de

superficie de concreto asfaltico o bases mezcladas conociendo los requerimientos de las


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSnormas de mezclas asfálticas, establecidas por el Instituto del Asfalto. Dichos espesores se

muestran en las siguientes tablas:

CUADRO Nº 9.12 Espesores mínimos de Concreto Asfaltico sobre Base con Asfalto Emulsionado según las especificaciones del Instituto del Asfalto

Nivel de tránsito Tipo I (*) Tipo II y III

ESAL (mm) (mm)104 25 50105 40 50106 50 75107 50 100

>107 50 130(*) Cuando se usa asfalto emulsionado tipo I, se requiere

protegerlo con tratamiento superficial asfáltico.

CUADRO Nº 9.13 Espesores mínimos de Concreto Asfaltico para capa superficial Full Depht (*) según las especificaciones del Instituto del Asfalto

Tránsito Espesor mínimo

ESAL (mm)104 25105 40106 50

(*) FULL DEPTH: Concreto asfáltico que se coloca directamente sobre la sub-

rasante.

CUADRO Nº 9.14 Espesores mínimos de Concreto Asfaltico Sobre Agregado No Tratado según las especificaciones del Instituto del Asfalto

Tránsito Condiciones de tráfico Espesor mínimo (mm)ESAL

104 o menosEstacionamientos, caminos rurales

75Tráfico ligero

104 a 106 Tráfico mediano de camiones 100106 o más Tráfico pesado de camiones 125 o más

Condiciones Ambientales

Adicionalmente a las variaciones mensuales de la temperatura a lo largo del año, sobre los

módulos dinámicos de las mezclas de concreto asfaltico y asfalto emulsionado, las curvas de

diseño también toman en consideración los efectos de la temperatura, sobre los MR de la

subrasante y los materiales granulares de la base y Subbase en condiciones de hielo y

deshielo.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSPara el desarrollo de este método se consideran tres condiciones de grupos ambientales

representativas del rango de condiciones para las que se debe de diseñar.

CUADRO Nº 9.15 Tipo de Asfalto según condiciones Ambientales según las especificaciones del Instituto del Asfalto

Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) Clima Efecto de

Helada Tipo de Asfalto

≤ 7°C Frío Sí PEN120/150– PEN 85/1007°C < MAAT ≤ 24°C Templado Posible PEN 85/100 – PEN 60/70

>24°C Cálido No PEN60/70 – PEN 40/50La zona donde se desarrolla el proyecto tiene una temperatura media anual comprendida entre

7ºC y 24ºC, con clima templado, por lo que el tipo de asfalto recomendado esta dentro del

rango PEN 85/100 – PEN 60/70.

2.- Determinar el espesor de diseño para las condiciones especificadas descritas para los datos de entrada.El concreto asfaltico puede colocarse directamente sobre la subrasante (Full – Depht), con

espesor mínimo de 10 cm, pero esta alternativa no es viable cuando se tiene valores muy bajos

de CBR en la subrasante.

Para el diseño de la estructura del pavimento con base tratada se usara la carta de diseño

correspondiente a la mezcla con asfalto emulsificado Tipo II (Ver Figura 9.1)

Para el diseño de espesores combinados de base granular no tratada y concreto asfaltico se

utilizaran las cartas de diseño para Bases no tratadas de diferentes espesores: 10, 15, 20, 25,

30 y 45 cm (Figuras 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6 y 9.7, respectivamente).

Cuando el espesor de base no tratada es 20cm o mas, puede sustituirse el exceso sobre 15

cm por material de Subbase (CBR < 20), garantizando que la capa superior del material

granular no tratado, de 15 cm de espesor como mínimo, sea material de base de buena

calidad.

En cuanto a la carpeta de rodadura el método considera la utilización de mezclas asfálticas de

tipo concreto asfáltico.

Diseño de espesores con base tratada.


ESALde diseño(Calzadade Bajada)=1.76×106

MR=123.6MPa

Con los datos anteriores y la Figura Nº 9.1 se puede calcular el espesor de la base tratada

con mezcla Tipo II.

Espesor de la base (Calzadade Subida )1=25cm


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEspesor de la base (Calzad ade Bajada )1=22.5cm

Entonces asumiendo un espesor de 3” (8 cm) de concreto asfaltico, el cual es superior al

mínimo (7.5 cm) especificado en el Cuadro Nº 9.12 para este tipo de base, se puede

obtener el nuevo espesor de la bases en cada caso:

Espesor de la base (Calzadade Subida )2=17cm

Espesor de la base (Calzadade Bajada )2=14.5 cm

Diseño de espesores con base no tratada.


ESALde diseño(Calzadade Bajada)=1.76×106

MR=123.6MPa

Con los datos anteriores y las Figuras Nº 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6 y 9.7) se puede calcular el

espesor de la base no tratada.

Para la Calzada de Subida se tendrá:

Para el espesor de la basede 10cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=22.5cm

Para el espesor de la basede 15cm⟹ Espes∨de lacarpeta de Rodadura=21.0 cm

Parael espesor de la basede 20cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=21.0cm

Parael espesor de la basede 25cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=20 .0cm


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSPara el espesor de la basede 30cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=19.0cm

Para el espesor de la basede 45cm⟹ Espesor de la carpeta de Rodadura=15.5cm

Para la Calzada de Bajada se tendrá:

Para el espesor de la basede 10cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodad ura=21cm

Para el espesor de la basede 15cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=20cm

Parael espesor de la basede 20cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=19cm

Para el espesor de la basede 25cm⟹ Espesor de lacarpeta de Rodadura=18cm

Para el espesor de la basede 30cm⟹ Espesor de lac arpeta de Rodadura=17cm

Parael espesor de la basede 45cm⟹ Espesor de la carpeta de Rodadura=13cm

En el pre-dimensionamiento de los espesores para ambas calzadas del proyecto se adoptó un

espesor de 5” (12.5 cm) para la carpeta asfáltica, el cual corresponde al valor mínimo brindado

en el Cuadro Nº 9.14 que es recomendada por el Instituto del Asfalto.

Una manera de evitar los excesivos espesores obtenidos a partir de las cartas de diseño, es

usando materiales de características diferentes, así la Subbase y la base podrían estar

formados de un material granular seleccionado y la carpeta de rodadura estar conformado por

mezclas asfálticas. Entre las capacidades portantes de estos materiales, existe una relación

definida, según se ha podido comprobar en la carretera experimental AASHTO, como por

varios organismos de vialidad. El Instituto del Asfalto sugiere al respecto la siguiente relación:

“Relación de 2.7:1 entre la Subbase granular y la mezcla de concreto asfaltico, es decir 2.7

pulgadas (6.85 cm) de una Subbase granular, que llene los requisitos en el Cuadro Nº 9.16,

equivalente a 1” (2.5 cm) de concreto asfaltico”.

CUADRO Nº 9.16 Requisitos para Materiales de Subbase Granular

Ensayo Requisitos Cantera Huancaro Valoración

CBR mínimo 20 44% CumpleLímite Líquido 25 16% CumpleÍndice de plasticidad máximo 6 NP CumpleEquivalente de arena mínimo 25 --- ---

A continuación se muestran los esquemas diseñados para los diferentes casos analizados

anteriormente.



3.- Hacer un análisis económico de las distintas soluciones obtenidas para el problema de diseño planteadoUna manera de realizar el análisis económico es asumiendo un costo ponderado de la

elaboración de cada capa componente de la estructura del pavimento, así para el caso del

presente proyecto se consideró el siguiente criterio:

Costo Ponderado de la Subrasante : 1

Costo Ponderado de la Subbase : 2

Costo Ponderado de la Base : 3

Costo Ponderado de la Carpeta Asfáltica : 4

Esta suposición está basada también en los presupuestos que tienen los proyectos de

carreteras, donde la construcción de la carpeta asfáltica es mayor que las demás capas del

pavimento.


a12

.54

---

310

227

197

b12

.54

---

315

223

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12.5

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-3

152

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Todo

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Bas

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**)




Del análisis económico, la alternativa más conveniente es la propuesta con base tratada, pero

en nuestro medio no se cuenta con el equipo y la maquinaria necesaria para el uso de esta

alternativa, y solamente el alquiler o la adquisición de estas maquinarias implican elevados

costos que no podrían ser cubiertos por la Unidad Ejecutora, por lo que, esta alternativa queda

descartada.

A razón de la proyección de dos calzadas el criterio de selección se detalla a continuación:

Para la Calzada de Subida.- La segunda alternativa más económica es la alternativa “a” con

base no tratada, el cual es descartado por considerar un espesor de base menor al mínimo

recomendado que es 15 cm. En este sentido, la alternativa “b” con base no tratada será la

considerada para el proyecto, por ser técnica y económicamente factible su ejecución.

Para la Calzada de Bajada.- La segunda alternativa más económica es la alternativa “a’” con

base no tratada, el cual es descartado por considerar un espesor de base menor al mínimo

recomendado que es 15 cm. En este sentido, la alternativa “b’ ” con base no tratada será la

considerada para el proyecto, por ser técnica y económicamente factible su ejecución.

4.- Seleccionar el Diseño DefinitivoLa estructura del pavimento seleccionada para la Calzada de Subida es la alternativa b y

para la Calzada de Bajada es la alternativa b’, considerando para estos casos un valor CBR

70%.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSCALZADA DE SUBIDA

CALZADA DE BAJADA

Como se requiere que el material de base tenga un CBR > 80%, se convertirá en un espesor

equivalente de base con CBR = 70% el espesor que requiere un CBR = 80%. Criterio que da

como resultado final el siguiente esquema, el cual será considerado para la elección final de la

estructura del pavimento:

CALZADA DE SUBIDA

CALZADA DE BAJADA

9.2.3.3 METODO AASHTO


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEl método AASHTO es uno de los más modernos para el diseño de pavimentos flexibles como

rígidos, utilizando la “Guide for Design of Pavement Structures 1993” de la “American

Association of State Highway of Transportation Officials (AASHTO)”.

Generalmente la estructura de un pavimento flexible está conformada por una capa de

subrasante preparada y compactada a una densidad específica, una capa de Subbase que

puede ser omitida dependiendo de la calidad de la subrasante, una capa de base que se

coloca sobre la Subbase, o sobre la subrasante. Sobre la base se conforma la carpeta asfáltica

que consiste de una mezcla de material bituminoso y agregados.

El método AASHTO es un método de regresión basado en resultados empíricos de la carretera

de prueba AASHO construida en los años 50. AASHTO publico la guía para el diseño de

estructuras de pavimento en 1972, cuyas revisiones fueron publicadas en 1981, 1986 y la

actual versión de 1993.

VARIABLES DE DISEÑO6

El método AASHTO utiliza el método del numero estructural SN para cuantificar la resistencia

estructural que el pavimento requiere para determinada capacidad de soporte del suelo, trafico

esperado y perdida de serviciabilidad. Con la ecuación de diseño empírica usada en AASHTO

93 se busca el número estructural requerido por el proyecto:

log (W 18 )=Z R ∙ S0+9.36 ∙ log (SN+1 )−0.20+log [ ΔPSI4.2−1.5 ]

0.40+ 1094(SN+1 )5.19

+2.39 ∙ log (MR )−8.07

Donde:

SN : Numero Estructural requerido por la sección de la carretera.

W 18 : Número de ejes equivalentes de 80 KN (18000 Lb), en el periodo de diseño.

ZR : Desviación estándar normal (depende de la confiabilidad, R de diseño)

S0 : Error estándar por defecto del tráfico y comportamiento.

ΔPSI : Variación del Índice de serviciabilidad.

MR : Modulo resiliente de la subrasante medido en PSI.

El número estructural requerido para el proyecto, SN, se convierte en espesores de carpeta

asfáltica, base y Subbase, mediante coeficientes de capa que representan la resistencia

relativa de los materiales de cada capa. La ecuación de diseño es la siguiente:

SN=a1 ∙ D1+a2 ∙ D2 ∙m2+a3 ∙ D3∙m3

Donde:

a i : Coeficiente de la capa “i” (1/pulg.).

Di : Espesor de la capa “i” (pulg.).

6 AASHTO Guide for Design Pavement Structures 1993, Part II, Pavement Design Procedures for New Construction or Reconstruction, Chapter 2 Design Requirements, 2.1 Design Variables, page II – 5.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSmi : Coeficiente de drenaje de la capa “i” (adimensional).

Los subíndices 1, 2 y 3 se refieren a las capas de carpeta asfáltica, base y Subbase (si se

aplica) respectivamente. Los coeficientes de capa dependen del modulo resiliente del suelo

(MR) y se determinan empleando los conceptos esfuerzo – deformación de un sistema

multicapa.

Los coeficientes de capa usados en la pista de prueba AASHO son:

Concreto Asfáltico, a1 0.40 – 0.44 pulg-1

Base de piedra chancada, a2 0.10 – 0.14 pulg-1

Subbase de grava arenosa, a3 0.06 – 0.10 pulg-1

CALCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURALEl diseño de una carretera depende del tráfico esperado durante la vida de servicio y la

confiabilidad en el comportamiento. Luego de caracterizar el suelo de la subrasante y

seleccionar los valores de confiabilidad (R), para el error estándar So y ESAL estimado, se

puede determinar el valor del numero estructural, SN, usando el nomograma de la Figura

9.8 o con la formula mostrada al inicio de este ítem.



Seguidamente se detallan los parámetros de diseño y recomendaciones de AASHTO.

Periodo de DiseñoEl período de diseño se refiere al tiempo desde que la estructura de pavimento entra en

servicio hasta antes que necesite algún trabajo de rehabilitación.

CUADRO 9.18: PERÍODOS TIPICOS DE DISEÑO

CONDICIONES DE CARRETERA PERÍODO DE ANÁLISIS

Vías Urbanas con alto Volumen 30 - 50Vías Rurales con alto Volumen 20 - 50Pavimentadas de bajo Volumen 15 - 25

Superficie Granular con bajo Volumen 10. - 20FUENTE: AASHTO guide for design pavement structures, Chapter 2, page II-7

Transito


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEl diseño toma en cuenta el número de ejes equivalentes (ESAL) para el periodo de análisis

(W18) en el carril del diseño, a partir de conteos vehiculares y conversión a ejes

equivalentes. Para el diseño se debe de afectar el ESAL en ambas direcciones por factores

direccionales y de carril (si son más de dos), aplicando la siguiente ecuación:

W 18=DD×DL×w18

Donde:

DD : Factor de distribución direccional.

DL : Factor de distribución por carril.

w18 : Tráfico total en ambas direcciones para el período de diseño.

El factor de distribución direccional DD generalmente es 0.5 (50%) para la mayoría de las

carreteras; sin embargo, este puede variar de 0.3 a 0.7 dependiendo de la incidencia de

tráfico en una dirección. Los factores de distribución por carril,DL recomendados por

AASHTO se muestran en el Cuadro Nº 9.19.

CUADRO 9.19: FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL DL

FUENTE: AASHTO guide for design pavement structures, Chapter 2, page II-9

Factor de ConfiabilidadEs una medida que incorpora algún grado de certeza en el proceso de diseño para asegurar

que los diferentes parámetros alcancen el período de análisis. El Cuadro 9.20 presenta los

niveles recomendados de confiabilidad para diferentes clasificaciones funcionales.

CUADRO 9.20: NIVELES SUGERIDOS DE CONFIABILIDAD

CLASIFICACIÓN FUNCIONAL

NIVEL RECOMENDADO DE CONFIABILIDAD

URBANO RURALInterestatal y otras vías 85 - 99.9 80 - 99.9Arterias principales 80 - 99 75 - 95Colectoras 80 - 95 75 - 95Local 50 - 80 50 - 80

FUENTE: AASHTO guide for design pavement structures, Chapter 2, Table 2.2 page II-9

Desviación Estándar Normal (ZR)


Nº CARRILES EN UNA DIRECCIÓN

% ESAL EN CARRIL DE DISEÑO

1 1002 80 - 1003 60 - 804 50 - 75

TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSLa desviación estándar normal está en función de la confiabilidad del proyecto R. En el

Cuadro 9.20 se muestran los valores de desviación estándar sugeridos para el diseño.

Efectos MedioambientalesEl medio ambiente afecta el comportamiento del pavimento de diferentes maneras: las

variaciones térmicas y humedad, afectan la resistencia, durabilidad y capacidad de

transporte de carga. Otro impacto medioambiental importante es el efecto directo del

congelamiento, deshielo y desintegración de la subrasante.

Pérdida de ServiciabilidadLa serviciabilidad es definida como la calidad de servicio del pavimento. La primera medida

de la serviciabilidad es el índice de Serviciabilidad Presente, PSI, que varía de 0 (carreteras

imposibles de transitar) a 5 (carretera perfecta para transitar) en un tiempo en particular

durante la vida de servicio del pavimento. La rugosidad es el factor dominante para estimar

el PSI del pavimento.

CUADRO Nº 9.21 DESVIACIÓN ESTÁNDAR, ZR

CONFIABILIDAD R %

DESVIACIÓN ESTANDAR NORMAL

ZR

50 0.00060 -0.25370 -0.52475 -0.67480 -0.84185 -1.03790 -1.28291 -1.34092 -1.40593 -1.47694 -1.55595 -1.64596 -1.75197 -1.88198 -2.05499 -2.327

99.9 -3.09099.99 -3.750

La guía AASHTO 1993 usa la variación total del índice de serviciabilidad (∆ PSI ) como

criterio de diseño, que se define como:

∆ PSI=p0−p t

Donde:

p0 : Índice de serviciabilidad inicial

pt : Índice de serviciabilidad final

Modulo Resiliente efectivo del Suelo


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSLas propiedades mecánicas del suelo de la Subrasante se caracterizan en el método

AASHTO 93 por el modulo resiliente, MR. El modulo resiliente mide las propiedades

elásticas reconociendo sus características no lineales. Asimismo tiene una correlación con

el CBR mediante la siguiente ecuación:

M R (PSI )=1500 ∙CBR

M R (KPa )=10342 ∙CBR

Estas ecuaciones son aplicables cuando el valor del CBR es menor a 10%. Y para casos en

que el CBR de los materiales sea mayor a 7.6% se utilizará la siguiente correlación:

M R (PSI )=3000 ∙CBR0.65

PROCEDIMIENTO DE DISEÑOEl número estructural requerido es convertido a espesores de concreto asfaltico, base y

Subbase, por medio de coeficientes de capa y utilizando la ecuación mostrada al inicio de

este ítem.

Coeficientes de Capa

Se asigna un coeficiente de capa a cada material componente de la estructura del

pavimento. El coeficiente de capa expresa una relación empírica entre el numero estructural

SN y el espesor.

Concreto Asfaltico.- La Figura 9.9 muestra la carta recomendada por AASHTO 93, para

obtener el coeficiente estructural del concreto asfaltico de gradación densa basado en su

modulo elástico (EAC) a 68ºF (20ºC). Este modulo elástico es el modulo dinámico

complejo, E*, obtenido a partir de ensayos cíclicos.

Base.- La Figura 9.10, muestra la carta utilizada para definir el coeficiente estructural a2, de

base granular.

Subbase granular.- La Figura 9.11, muestra la carta que puede ser usada para calcular el

coeficiente de capa a3, para una Subbase granular a partir de cuatro diferentes ensayos

de laboratorio, incluyendo el modulo resiliente de la Subbase ESB.

FIGURA 9.9 Carta para calcular el Coeficiente Estructural de Concreto Asfáltico de Gradación Densa



FIGURA 9.10 Variación del Coeficiente de capa de Base Granular (a2) con la variación de los parámetros de resistencia


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSFIGURA 9.11 Variación del Coeficiente de capa de Subbase Granular (a3) con la variación

de los parámetros de resistencia

Coeficientes de Drenaje

El método AASHTO asume que la resistencia de la subrasante y base permanecerá constante

durante la vida de servicio del pavimento. Para que esto se cumpla, la estructura del pavimento

debe tener drenaje apropiado. La calidad de drenaje se incorpora al diseño, modificando los

coeficientes de capa. El factor que modifica el coeficiente de capa se representa por mi. El

posible efecto del drenaje en el concreto asfaltico no se considera. El Cuadro 9.22 presenta

las definiciones generales correspondientes a los diferentes niveles de drenaje.

CUADRO Nº 9.22 CONDICIONES DE DRENAJE

CALIDAD DE DRENAJE

RETIRO DE AGUA DENTRO DE:

Excelente 2 horasBueno 1 día

Regular 1 semanaPobre 1 mes

Muy pobre el agua no drena

El Cuadro Nº 9.23 muestra los coeficientes recomendados dependiendo de la calidad de

drenaje y el porcentaje de tiempo anual en que la estructura del pavimento podría estar

expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSCUADRO Nº 9.23 COEFICIENTES DE DRENAJE RECOMENDADOS

Calidad de Drenaje MENOS DE 1% 1-5% 5-25% Mayor que

25%Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20

Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60

Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

%De tiempo en que la estructura del pavimento es expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOA continuación se procederá al diseño de la estructura de pavimento para la calzada de subida

y para la calzada de bajada.

Parámetros de diseño:

a) Período de Diseño n=20años (tiempo de servicio del pavimento)

b) Para la determinación del Modulo Resiliente se seguirá el mismo criterio que se opto en la

metodología del Instituto del Asfalto, es decir, será obtenido a partir de correlaciones, a

razón de que la subrasante tiene un CBR muy bajo.

Como se proyecta la colocación de una subrasante mejorada con un CBR de 12% se

utilizara la siguiente ecuación:

M R (PSI )=3000 ∙CBR0.65

MR (PSI )=3000 ∙120.65

M R=15086.52PSI

c) La determinación del ESAL fue efectuado en el Capitulo V, además considerando que

ambas calzadas no tendrán más de dos carriles, se tiene:

Para la calzada de subida:

W 18=3.27×106

Para la calzada de bajada:

W 18=1.76×106

d) Para ambas calzadas el índice se serviciabilidad inicial es de 4, y el índice de serviciabilidad

final será 1, esto de acuerdo a la calidad de servicio del pavimento proyectado.

En este sentido de acuerdo a los valores adoptados se tiene ∆ PSI=3e) El parámetro de confiabilidad será R=95 % (Promedio de 80% a 99.9% de acuerdo al

Cuadro Nº 9.20) considerando al proyecto como una vía importante.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSf) El valor de la desviación estándar está en función del parámetro anterior calculado

(confiabilidad) y de acuerdo al Cuadro Nº 9.21 se tiene: ZR=−1.645

g) El error estándar será considerado como 45% de acuerdo a la recomendación de AASHTO,

el cual indica que se deben de considerar valores entre 0.40 y 0.50 para pavimentos

flexibles. En este sentido se tiene S0=0.45.

1.- Calculo del Número Estructural SNLuego de obtener los parámetros anteriores se procede a utilizar la ecuación para el cálculo del

Numero Estructural SN o de manera similar se puede usar el nomograma brindado por

AASHTO (Figura 9.8).


Utilizando el Nomograma se obtuvo: SN aprox=3.50

log (3.27×106 )=−1.645 ∙0.45+9.36 ∙ log (SN+1 )−0.20+log [ 3

4.2−1.5 ]0.40+ 1094

(SN+1 )5.19

+2.39 ∙ log (15086.52 )−8.07

SN requerido=3.15


Utilizando el Nomograma se obtuvo: SN aprox=3.15

log (1.76×106 )=−1.645 ∙0.45+9.36 ∙ log (SN+1 )−0.20+log [ 3

4.2−1.5 ]0.40+ 1094

(SN+1 )5.19

+2.39 ∙ log (15086.52 )−8.07

SN requerido=2.89

2.- Diseño de EspesoresLas condiciones de drenaje asumidas para el proyecto son en condiciones buenas y el

porcentaje de tiempo en que la estructura del pavimento es expuesta a niveles de humedad

próximos a la saturación son de 1 – 5% y 5% - 25% para las capas de base granular y

Subbase granular respectivamente.

En ese sentido del Cuadro Nº 9.23 para ambas calzadas se tiene lo siguiente:

Drenaje de Base Granular m2=1.20

Drenaje de Subbase Granular m3=1.07

Seguidamente se obtendrá los coeficientes de las capas para ambas calzadas, de acuerdo a

las figuras que muestran las cartas para calcular los coeficientes estructurales:

Carpeta Asfáltica E=450000 PSI a1=0.45 pulg−1 (Figura Nº 9.9)

Base Granular CBR=80 % a2=0.13 pulg−1


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSMR=29000 PSI (Figura Nº 9.10)

Subbase Granular CBR=70 % a3=0.13 pulg−1

MR=18000PSI (Figura Nº 9.11)

NOTA: Para utilizar la cartas en el caso de la base y Subbase granular primero se determina el

CBR, luego se traza una línea horizontal para determinar el coeficiente a i y el MR.El método de diseño AASHTO recomienda 02 metodologías para determinar los espesores de

las capas que compondrán la estructura del pavimento.

El primer método es por Espesores mínimos y el segundo es donde los espesores mínimos

son referenciales.

PRIMER METODO.- Por Espesores Mínimos

La guía de diseño recomienda los siguientes espesores en función del tránsito (Ver Cuadro Nº

9.24)

CUADRO Nº 9.24 ESPESORES MÍNIMOS RECOMENDADOS

ESAL CONCRETO ASFÁLTICO BASE GRANULAR> 50 000 1 (o tratamiento superficial) 4

50 001 - 150 000 2.0 4150 001 - 500 000 2.5 4

501 000 - 2'000 000 3.0 62'000 000 - 7'000 000 3.5 6

>7'000 000 4.0 6

Según el Cuadro Nº 9.24 los espesores mínimos recomendados para el transito son:


D1=3.5 pulg Carpeta Asfáltica

D2=6 pulg Base Granular


D1=3.0 pulg Carpeta Asfáltica

D2=6 pulg Base Granular

Reemplazando estos valores en la ecuación del Numero Estructural se tiene:

SN=a1 ∙ D1+a2 ∙ D2 ∙m2+a3 ∙ D3∙m3

Para la calzada de Subida:

3.50=0.45×3.5+0.13×6×1.20+0.14×D3×1.07

D3=6.60 pulg

D3≅ 7 pulg

Entonces el pavimento tendría las siguientes dimensiones:



Analizando otras alternativas según este método se puede proponer:

Segundo Tanteo:

¿

Tercer Tanteo:

¿

Para ambos casos cumple que SN>3.50, por lo que el tercer tanteo se consideraría para el

diseño.

Para la Calzada de Bajada:

3.15=0.45×3.0+0.13×6×1.20+0.14×D3×1.07

D3=5.77 pulg

D3≅ 6 pulg

Analizando otras alternativas según este método se puede proponer:

Segundo Tanteo:

¿

Tercer Tanteo:

¿

Para ambos casos cumple que SN>3.08, por lo que el tercer tanteo se consideraría para el

diseño.

SEGUNDO MÉTODO: Donde los espesores mínimos son referenciales

Primero se asume que la carpeta asfáltica se cimentará sobre la Base granular con modulo

resiliente de 30000 PSI (CBR = 40% aproximadamente).

Según el Nomograma de la Figura 9.8 y la fórmula para obtener el Numero Estructural SN,

para ambas calzadas se tiene:

Para la Calzada de Subida:

Del Nomograma SN=2.90


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSDe la Fórmula SN requerido=2.70



De la Fórmula SN requerido=2.46

Ahora se procede al cálculo de los espesores mediante el uso de la siguiente fórmula:

D1=SN requerido1

a1


D1=2.700.45→D1=6 pulg

Para la Calzada de Bajada

D1=2.460.45→D1=5.5 pulg

En segundo lugar se asume que la Base granular se cimienta sobre la Subbase granular con

modulo resiliente de 15500 PSI (CBR = 13% aproximadamente).








SN requerido2=a1 ∙D1+a2 ∙ D2 ∙m2


3.33=0.45∙6+0.14 ∙D2 ∙1.20

D2=4


3.06=0.45 ∙5.5+0.14 ∙D2 ∙1.20

D2=4

Y en tercer lugar se asume que la Subbase granular se cimienta sobre la subrasante con

modulo resiliente de 13600 PSI (CBR = 10% aproximadamente).





TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSPara la Calzada de Bajada:




SN requerido3=a1 ∙D1+a2 ∙ D2 ∙m2+a3 ∙ D3 ∙m3


3.80=0.45 ∙6+0.14 ∙4 ∙1.20+0.14 ∙ D3∙1.07

D3=3


3.18=0.45 ∙6+0.14 ∙4 ∙1.20+0.14 ∙ D3∙1.07

D3=0

Entonces para ambos casos se muestra a continuación un resumen de los resultados del

segundo método:

Para la Calzada de Subida

Carpeta Asfáltica Espesor=5Base Granular Espesor=3Subbase Granular Espesor=4


Carpeta Asfáltica Espesor=5.5Base Granular Espesor=4

Como se puede observar luego de haber realizado el diseño por ambos métodos del AASHTO,

el primer método brinda valores más congruentes para la ejecución del proyecto, por lo que se

admitirían para el diseño final.

9.2.3.4 DISEÑO DE MEJORAMIENTO DE SUBRASANTEEl mejoramiento (reemplazo) de la subrasante será con el espesor mínimo de dicha capa

para que aumente la resistencia de soporte de la subrasante existente (CBR = 3.53%), a la

resistencia de soporte mejorada (CBR = 12%)

Entonces para el periodo de diseño de 20 años se tiene:

SNCBR=3.53%=a1 ∙D1+a2 ∙ D2 ∙m2+a3 ∙ D3 ∙m3+a4 ∙ D4 ∙m4

SNCBR=12 %=a1 ∙ D1+a2 ∙D2 ∙m2+a3 ∙ D3 ∙m3

Realizando la siguiente operación se puede obtener el espesor de la subrasante mejorada:

SNCBR=3.53 %−SNCBR=12%


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEntonces se tiene:

SNCBR=3.53 %−SNCBR=12%=a4 ∙ D4 ∙m4

Para el cálculo de SNCBR=3.5% se considerará el caso más crítico de tráfico, esto es

considerando el ESAL de la calzada de subida y el Modulo resiliente será obtenido con la

correlación siguiente:

M R=1500 ∙CBR (PSI )→M R=5295PSI

En este sentido se usó la formula de la guía AASHTO para la obtención del Número

estructural resultando:

SNCBR=3.53 %=4.60

SNCBR=12 %=3.36

Por consiguiente reemplazando valores se tiene:

4.60−3.36=a4∙ D4 ∙m4

1.24=a4 ∙ D4 ∙m4

Los parámetros a4 y m4 se obtuvieron en el Capítulo VIII ESTUDIO DE GEOLOGIA Y

GEOTECNIA (Ítem 7.2.9 MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE)

a4=0.030 y m4=1.10

Finalmente el espesor de la Subrasante Mejorada será:

1.24=0.030 ∙1.10 ∙m4

m4=37.57≅ 38

∴Espes∨de Diseño=38.00 cm

Este valor indica el espesor que debe ser compactado, perfilado y nivelado para recibir las

capas de la estructura del pavimento, por lo que se recomienda que los espesores mínimos

con que se debe de rellenar esta capa sean los siguientes:

Espesores de mejoramientos de 0.40 a 0.50 m, en base de terraplén.

Espesores de mejoramientos de 0.60 a 1.50 m, en zonas de bofedales o suelos

saturados mediante enrocado.

Como base de la capa de mejoramiento recomendado es necesario colocar una capa de

arena, como elemento separador, con el objetivo de eliminar el efecto de acolchonamiento

de la estructura, el espesor de dicha capa de arena puede ser 30 cm para casos de alturas

> a 1.00 m.

Cabe resaltar en el caso de la estructura de suelo reforzado Terramesh® System, los

materiales a emplear serán los que resulten del movimiento de tierras del corte del Talud del


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSCerro Torremoqo, compactando en niveles de 20 cm aproximadamente y con la utilización

de geomallas tal como se detalla en las especificaciones técnicas.

Como en todo este tramo la estructura del pavimento estará sobre un terraplén o terracería,

se colocará la subrasante mejorada una altura de 40 cm como se diseño previamente.

La proyección de realizar el enrocado se proyecta principalmente en la calzada de bajada

entre los kilometrajes 2+000 al 2+300 (Granja K’ayra), a razón de que toda esta zona está

conformada por suelos orgánicos.

Los espesores de la subrasante mejorada de ambas calzadas proyectadas según el diseño y

su composición geotécnica son:

t 1=0.40mt 2=0.50m}→ZonasdeTerraplén

¿ t 3=0.60mt 4=1.50m}→Zonasde Relleno (bofedales)

(¿: Para casos de alturas mayores a 1 m se colocará una capa de arena).

Considerando todo lo anterior expuesto se tiene:


0+000 – 0+200 t 1=0.40m

0+200 – 0+215 t 2=0.50m

0+275 – 0+290 t 2=0.50m

0+290 – 0+990 Terramesh System

1+020 – 1+040 Terramesh System

1+040 – 1+400 t 1=0.40m

1+400 – 1+660 t 3¿=1.00m incluye e=0.20m de arena (enrocado y subdrenaje)


1+710 – 1+720 t 2=0.50m

1+720 – 1+850 t 1=0.40m


2+000 – 2+020 t 2=0.50m

2+020 – 2+650 t 1=0.40m

2+650 – 3+000 t 1=0.40m

3+000 – 3+020 t 2=0.50m

3+040 – 3+400 t 1=0.40m

3+400 – 3+700 t 1=0.40m


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS3+710 – 3+730 t 2=0.50m


0+000 – 0+345 t 1=0.40m

0+355 – 0+770 t 1=0.40m

0+770 – 1+250 t 2=0.50m






2+340 – 2+400 t 2=0.50m

2+415 – 2+500 t 1=0.40m

2+770 – 2+830 t 1=0.40m

3+080 – 3+195 t 2=0.50m

3+205 – 3+660 t 1=0.40m

9.2.3.5 DIMENSIONAMIENTO FINAL DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOUna vez que se realizó el diseño de la estructura del pavimento por el método del Instituto del

asfalto y por el método AASHTO, asimismo considerando el diseño de la subrasante mejorada,

queda recomendar los espesores más adecuados para el presente proyecto vial tomando en

cuenta la vida de servicio que se proyectó.

La mejor estructura de pavimento diseñada fue la elaborada por el método del Instituto del

asfalto, pues brinda resultados más congruentes con la ejecución misma del proyecto, sin

embargo, teniendo en cuenta el aspecto económico, el diseño estructural calculado por el

método AASHTO es el más adecuado, justificándose para ello la construcción de la

Subrasante mejorada; por lo que el dimensionamiento final del pavimento será:

CALZADA DE SUBIDA



CALZADA DE BAJADA

Los materiales conformantes de la estructura del pavimento se detallan a continuación:

Carpeta Asfáltica Concreto Asfáltico PEN 85/100

Base Material de la Cantera Angostura (GM)

Subbase Material de la Cantera Huancaro (GP)

Subrasante Mejorada Material de la Cantera Huancaro (GP) y del Cerro Torremoqo (SC)

9.2.4 RELACIÓN ESFUERZO – DEFORMACION DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

El parámetro que se utiliza en la estimación de deformaciones bajo cargas estáticas es el modulo

de elasticidad. El modulo elástico relaciona los esfuerzos aplicados y las deformaciones

resultantes. El nivel de esfuerzos aplicado al suelo a través de la estructura del pavimento es

mínimo comparado con la deformación en falla, por ello se asume que existe una relación lineal

entre los esfuerzos y las deformaciones.

9.2.4.1 APLICACIÓN DE LA SOLUCION DE BOUSSINESQ Y LA TEORÍA ELÁSTICALa aplicación de la Teoría Elástica basado en la integración numérica de la solución de

Boussinesq (1885), considera al suelo como un medio homogéneo, elástico, isotrópico y semi –

infinito.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSTeniendo en cuenta una carga circular uniformemente distribuida repartida de magnitud “q” y un

plano horizontal cualquiera a una profundidad “z” se tendrán los máximos esfuerzos verticales

transmitidos, σ Zmax , cuando r=0 (punto ubicado en el eje vertical).

Según Foster y Ahlvin (1954) tenemos que los valores de σ Zmáx , εZ y la deflexión (asentamiento

máximo en el centro del área circular para Z=0 es:

Esfuerzo máximo vertical (en el eje vertical):

σ Z=q [1− Z3

(a2+Z2)1.5 ]Cabe resaltar que σ Z es independiente de E y ν.

Deformación máxima vertical (en el eje de vertical)

ε Z=(1+ν )Eq[1−2ν+ 2νz

(a2+Z2 )1.5 −z3

(a2+Z2 )1.5 ]Deflexión vertical máxima en la superficie y en el centro de la carga circular.

ω0=2 (1−ν2 )E

q ∙a para z=0 y r=0

9.2.4.2 SISTEMA ELASTICO DE MULTIPLES CAPASEste sistema está compuesto por el sistema de n – capas en coordenadas cilíndricas, la capa se

debe conocer el modulo de elasticidad E y su relación de poisson ν.Para restablecer la condición entre las interfaces de este sistema de múltiples capas, se debe

evaluar la condición “ligada”. El término “ligado” es un requerimiento necesario para establecer la

condición de frontera o interfase entre las capas de una estructura de pavimentos, de tal forma

que se facilite la solución numérica de la ecuación diferencial del problema elástico, vía


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSelementos finitos o diferencias finitas. Esto quiere decir que el término tiene una connotación

matemática y física, equivalente a un modelo de interfase entre capas.

Para poder solucionar los problemas de sistemas elásticos de múltiples capas es tarea difícil,

para es necesario el empleo de programas de computo, uno de los más versátiles es el

programa KENLAYER de la Universidad de Kentucky, aplicado a problemas de pavimentos

asfalticos.

Se efectuara el análisis para cada calzada.



TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSINPUT FILE NAME - C: \ KENPAVE\TESIS 01.DATNUMBER OF PROBLEMS TO BE SOLVED = 1

************************************************************************************************TITLE -TESIS CONSTRUCCIÓN DE LA VÍA DE EVITAMIENTO************************************************************************************************MATL = 1 FOR LINEAR ELASTIC LAYERED SYSTEMNDAMA=0, SO DAMAGE ANALYSIS WITH DETAILED PRINTOUT WILL BE PERFORMEDNUMBER OF PERIODS PER YEAR (NPY) = 1 NUMBER OF LOAD GROUPS (NLG) = 1 TOLERANCE FOR INTEGRATION (DEL) -- = 0.001 NUMBER OF LAYERS (NL) ------------- = 5 NUMBER OF Z COORDINATES (NZ) ------ = 5 LIMIT OF INTEGRATION CYCLES (ICL)- = 80 COMPUTING CODE (NSTD) ------------- = 9 SYSTEM OF UNITS (NUNIT) ------------ = 0

Length and displacement in in., stress and modulus in psi unit weight in pcf, and temperature in F

THICKNESSES OF LAYERS (TH) ARE : 4 6 8 18 POISSON'S RATIOS OF LAYERS (PR) ARE : 0.4 0.35 0.3 0.3 0.25 ALL INTERFACES ARE FULLY BONDEDFOR PERIOD NO. 1 LAYER NO. AND MODULUS ARE : 1 4.500E+05 2 2.900E+04 3 1.800E+04 4 7.500E+03 5 4.000E+03LOAD GROUP NO. 1 HAS 2 CONTACT AREASCONTACT RADIUS (CR) --------------- = 4.52 CONTACT PRESSURE (CP) ------------- = 70 NO. OF POINTS AT WHICH RESULTS ARE DESIRED (NPT)-- = 3 WHEEL SPACING ALONG X-AXIS (XW) ------------------- = 0 WHEEL SPACING ALONG Y-AXIS (YW) ------------------- = 13.5 RESPONSE PT. NO. AND (XPT, YPT) ARE: 1 0.000 0.0002 0.000 3.3753 0.000 6.750

POINT VERTICAL VERTICAL VERTICAL MAJOR MINOR INTERMEDIATE VERTICAL

PRINCIPAL PRINCIPAL PRINCIPAL STRAIN

NO. COORDINATE DISP. STRESS STRESS STRESS STRESS

1 0.00000 0.03010 70.000 202.185 56.535 191.559 -2.244E-04

1 4.00000 0.02981 20.362 20.415 -156.080 -129.843 2.994E-04

1 10.00000 0.02684 8.420 8.766 -5.399 -3.939 3.989E-04

1 18.00000 0.02371 3.643 3.728 -4.178 -3.452 3.282E-04

1 36.00000 0.01763 1.260 1.274 -0.817 -0.751 2.301E-04

2 0.00000 0.03060 70.000 191.741 47.912 175.243 -2.197E-04

2 4.00000 0.03042 18.504 18.512 -141.822 -90.358 2.475E-04

2 10.00000 0.02756 8.834 8.893 -5.678 -3.700 4.171E-04

2 18.00000 0.02422 3.888 3.909 -4.416 -3.753 3.518E-04

2 36.00000 0.01781 1.298 1.302 -0.839 -0.787 2.380E-04

3 0.00000 0.03055 0.000 166.922 32.428 142.959 -2.034E-04

3 4.00000 0.03039 15.115 15.115 -113.991 -34.388 1.655E-04

3 10.00000 0.02778 8.814 8.814 -5.720 -3.452 4.146E-04

3 18.00000 0.02440 3.969 3.969 -4.494 -3.848 3.595E-04

3 36.00000 0.01788 1.312 1.312 -0.846 -0.799 2.407E-04


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSAnálisis Comparativo de los Esfuerzos y Deformaciones de la Estructura de Pavimento de la Calzada de Subida.

E1= 450000 psiE2= 29000 psiE3= 18000 psiE4= 7500 psi

a) Para un sistema un Eje Simple con una ruedaDatos

a= 4.5 pulgP= 9000 lb z/ah1= 4 pulg 1h2= 6 pulg 2h3= 8 pulg 4h4= 18 pulg 8

q=P/Ac q = 141.471 psi



1.- Para la Carpeta de Asfalto

σZ= 99.030 psiσZ= 483.504 Kg / cm2

2.- Para la capa de Base 3.- Para la capa de Subbase

σZ= 39.612 psi σZ= 11.318 psiσZ= 193.402 Kg / cm2 σZ= 55.258 Kg / cm2

4.- Para la capa de Subrasante

σZ= 3.537 psiσZ= 17.268 Kg / cm2

Comparación con los Esfuerzos Admisibles 1.- Criterio de DORMON - KERHOVEN

σ Zadm=0.007 ∙ E¿

(1+0.7 ∙ LogN ); Kgcm2

Donde:

σ Zadm : Esfuerzo admisible de compresión sobre la subrasante

E¿ : Modulo resiliente de la subrasante.

N : Transito de diseño expresado en ejes equivalentes de 8.2 Ton.

Para N=3.27×106 y E¿=7500 PSI Se tiene:


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSσ Zadm=46.100 Kg

cm2

Realizando la comparación se tiene:

σ Z=17.268<σZadm=46.100OK‼

2.- Criterio de CCR DE BELGICA

σ Zadm=96.07 ∙CBR1.2

N 0.229 ; Kgcm2

Donde:


CBR : Capacidad de soporte del suelo de la subrasante.


Para N=3.27×106 y CBR=12 % Se tiene:

σ Zadm=61.062 Kgcm2


σ Z=17.268<σZadm=61.062OK‼

Comparación con los Deformaciones Admisibles

Deformación (pulg.)

Conversor (pulg-mm)

Deformación (mm.)

-2.244E-04 25.4 -5.700E-032.994E-04 25.4 7.605E-033.989E-04 25.4 1.013E-023.282E-04 25.4 8.336E-032.301E-04 25.4 5.845E-03

Total 1.032E-03 25.4 2.622E-02

Criterio de Yan H. Huang

∆ adm=26.32202×N−0.2438(mm)

Para N=3.27×106 se tiene:

∆ adm=67.93×10−2


∆=2.622×10−2<∆adm=67.93×10−2OK‼




INPUT FILE NAME - C: \ KENPAVE\TESIS 02.DATNUMBER OF PROBLEMS TO BE SOLVED = 1

************************************************************************************************TITLE -TESIS CONSTRUCCIÓN DE LA VÍA DE EVITAMIENTO************************************************************************************************MATL = 1 FOR LINEAR ELASTIC LAYERED SYSTEMNDAMA=0, SO DAMAGE ANALYSIS WITH DETAILED PRINTOUT WILL BE PERFORMEDNUMBER OF PERIODS PER YEAR (NPY) = 1 NUMBER OF LOAD GROUPS (NLG) = 1 TOLERANCE FOR INTEGRATION (DEL) -- = 0.001 NUMBER OF LAYERS (NL) ------------- = 5 NUMBER OF Z COORDINATES (NZ) ------ = 5 LIMIT OF INTEGRATION CYCLES (ICL)- = 80 COMPUTING CODE (NSTD) ------------- = 9 SYSTEM OF UNITS (NUNIT) ------------ = 0

Length and displacement in in., stress and modulus in psi unit weight in pcf, and temperature in F

THICKNESSES OF LAYERS (TH) ARE : 4 6 8 18 POISSON'S RATIOS OF LAYERS (PR) ARE : 0.4 0.35 0.3 0.3 0.25 ALL INTERFACES ARE FULLY BONDEDFOR PERIOD NO. 1 LAYER NO. AND MODULUS ARE : 1 4.500E+05 2 2.900E+04 3 1.800E+04 4 7.500E+03 5 4.000E+03LOAD GROUP NO. 1 HAS 2 CONTACT AREASCONTACT RADIUS (CR) --------------- = 4.52 CONTACT PRESSURE (CP) ------------- = 70 NO. OF POINTS AT WHICH RESULTS ARE DESIRED (NPT)-- = 1 WHEEL SPACING ALONG X-AXIS (XW) ------------------- = 0 WHEEL SPACING ALONG Y-AXIS (YW) ------------------- = 13.5 RESPONSE PT. NO. AND (XPT, YPT) ARE: 1 0.000 0.0002 0.000 3.3753 0.000 6.750

POINT VERTICAL VERTICAL VERTICAL MAJOR MINOR INTERMEDIATE VERTICAL

PRINCIPAL PRINCIAL PRINCIPAL STRAIN


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS NO. COORDINATE DISP. STRESS STRESS STRESS STRESS

1 0.00000 0.03064 70.000 204.014 56.535 193.219 -2.275E-04

1 4.00000 0.03035 20.264 20.318 -157.486 -131.118 3.015E-04

1 10.00000 0.02738 8.256 8.598 -5.745 -4.261 4.013E-04

1 17.00000 0.02454 3.905 3.999 -4.440 -3.627 3.499E-04

1 35.00000 0.01812 1.322 1.338 -0.853 -0.782 2.411E-04

2 0.00000 0.03116 70.000 193.681 47.912 177.048 -2.231E-04

2 4.00000 0.03098 18.393 18.400 -143.319 -91.756 2.498E-04

2 10.00000 0.02811 8.649 8.707 -6.046 -4.058 4.195E-04

2 17.00000 0.02509 4.171 4.194 -4.700 -3.942 3.754E-04

2 35.00000 0.01831 1.364 1.368 -0.877 -0.820 2.496E-04

3 0.00000 0.03111 0.000 168.922 32.428 144.820 -2.068E-04

3 4.00000 0.03096 14.999 14.999 -115.519 -35.830 1.679E-04

3 10.00000 0.02835 8.622 8.622 -6.097 -3.822 4.170E-04

3 17.00000 0.02528 4.257 4.257 -4.785 -4.037 3.835E-04

3 35.00000 0.01838 1.379 1.379 -0.884 -0.833 2.526E-04

Análisis Comparativo de los Esfuerzos y Deformaciones de la Estructura de Pavimento de la Calzada de Bajada.

E1= 450000 psiE2= 29000 psiE3= 18000 psiE4= 7500 psi

a) Para un sistema un Eje Simple con una ruedaDatos

a= 4.5 pulgP= 9000 lb z/a


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSh1= 4 pulg 1h2= 6 pulg 2h3= 7 pulg 4h4= 18 pulg 8

q=P/Ac q = 141.471 psi

1.- Para la Carpeta de Asfalto

σZ= 99.030 psiσZ= 483.504 Kg / cm2

2.- Para la capa de Base 3.- Para la capa de Subbase

σZ= 39.612 psi σZ= 11.318 psiσZ= 193.402 Kg / cm2 σZ= 55.258 Kg / cm2

4.- Para la capa de Subrasante

σZ= 3.537 psiσZ= 17.268 Kg / cm2

Comparación con los Esfuerzos Admisibles 1.- Criterio de DORMON - KERHOVEN

σ Zadm=0.007 ∙ E¿

(1+0.7 ∙ LogN ); Kgcm2


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSDonde:


E¿ : Modulo resiliente de la subrasante.


Para N=1.76×106 y E¿=7500 PSI Se tiene:



σ Z=17.268<σZadm=47.717OK‼

2.- Criterio de CCR DE BELGICA

σ Zadm=96.07 ∙CBR1.2

N 0.229 ; Kgcm2

Donde:


CBR : Capacidad de soporte del suelo de la subrasante.


Para N=1.76×106 y CBR=12% Se tiene:



σ Z=17.268<σZadm=70.369OK‼

Comparación con los Deformaciones Admisibles

Deformación (pulg.)

Conversor (pulg-mm)

Deformación (mm.)

-2.275E-04 25.4 -5.779E-033.015E-04 25.4 7.658E-034.013E-04 25.4 1.019E-023.499E-04 25.4 8.887E-032.411E-04 25.4 6.124E-03

Total 1.066E-03 25.4 2.708E-02

Criterio de Yan H. Huang

∆ adm=26.32202×N−0.2438(mm)

Para N=3.27×106 se tiene:


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS∆ adm=79.01×10−2


∆=2.708×10−2<∆adm=79.01×10−2OK ‼

9.2.5 MEZCLAS ASFÁLTICASSegún la definición brindada por la ASTM los asfaltos son materiales aglomerantes sólidos o

semisólidos de color que varía de negro a pardo oscuro y que se licuan gradualmente al

calentarse, cuyos constituyentes predominantes son betunes que se dan en la naturaleza en

forma solida o semisólida o se obtienen de la destilación del petróleo, o combinaciones de estos

entre sí o con el petróleo o productos derivados de estas combinaciones.

El asfalto usado en pavimentación, generalmente llamado cemento asfaltico, a altas

temperaturas (135ºC) es poco rígido, condición que permite la adherencia fácil a las partículas

del agregado y por lo tanto es un excelente cemento que une los agregados en mezclas en

caliente.

El cemento asfaltico también es usado como impermeabilizante y no es afectado por los ácidos,

los álcalis (bases) o las sales. Esto significa que un pavimento de concreto asfaltico construido

adecuadamente es impermeable y resistente a muchos tipos de daño químico.

En una mezcla convencional (asfalto + agregado de granulometría completa) el porcentaje de

asfalto es de 6.5% y del agregado de 93.5% aproximadamente en peso de la mezcla; sin

embargo es importante resaltar como un material cuya participación es mínima puede tener tanto

efecto en el comportamiento de la mezcla.

En la construcción de pavimentos flexibles se encuentran diferentes tipos de ligantes los cuales

se detallan a continuación:

CEMENTOS ASFÁLTICOS El cemento asfaltico es un ligante denso que a temperatura ambiente es semisólido,

usualmente pegajosos y de color variable entre marrón oscuro y negro. La calidad de un

cemento asfaltico viene afectada por la propiedad del crudo.

El cemento asfaltico se prepara comercialmente en 5 grados o rangos de consistencia,

definidos con base al ensayo de penetración, el cual se describe líneas más adelante. La

designación corriente de los 5 grados de cemento asfaltico utilizados en pavimentación y su

significado correspondiente es como sigue:

PEN 40/50: Cemento asfáltico con penetración entre 40 y 50 décimas de milímetro.





TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS PEN 200/300: Cemento asfáltico con penetración entre 200 y 300 décimas de milímetro.

Los PEN 200/300 son los más blandos, son moderadamente firmes a la temperatura ambiente

y son vulnerables a la penetración. El grado más duro lo constituye el PEN40/50 y tienen una

consistencia tal que a la temperatura ambiente es resistente a la penetración. El grado más

empleado en los pavimentos asfalticos es el PEN 85/100.

ASFALTOS LIQUIDOSLos asfaltos líquidos conocidos también como Cut-Backs o asfaltos rebajados, se producen

diluyendo cemento asfaltico en algún solvente de petróleo.

Si el solvente usado en la preparación del asfalto líquido es muy volátil, puede escapar

rápidamente por evaporación y si su volatilidad es baja se evapora más lentamente.

Con base en la rapidez con que se produce la evaporación del solvente fenómeno que se

conoce mas como curado del asfalto, los asfaltos rebajados se dividen en tres tipos:

1. Asfaltos rebajados de curado lento (SC), cuyo solvente es un aceite pesado de baja

volatilidad, usualmente del tipo Fuel-oil.

2. Asfaltos rebajados de curado medio (MC), cuyo solvente típico es el kerosene.

3. Asfalto rebajado de curado rápido (RC), cuyo solvente es un liquido volátil, generalmente

del tipo nafta o gasolina.

Cuando el solvente es del tipo de nafta o gasolina, se obtienen los asfaltos rebajados de

curado rápido y se designa con las letras RC (Rapid Curing), seguidos por un número que

indica el grado de viscosidad cinemática en centiestokes, el más usado es el RC–250. Esta

forma de denominación se aplica también a los otros dos tipos de asfaltos líquidos.

EMULSIONES ASFALTICASSe llama emulsión a la dispersión de un sólido en un líquido en forma de glóbulos minúsculos,

dicho líquido es no miscible con el elemento disperso. Cuando las dos fases permanecen en

equilibrio, sin que las partículas de suspensión se aglomeren o sedimenten, se dice que la

emulsión es estable. Ciertas emulsiones exigen la presencia de un emulsificador, para

conservar la estabilidad.

Las emulsiones asfálticas son dispersiones en agua de glóbulos asfalticos de dos a cinco

micrones de diámetro, que se mantienen estables en presencia de un agente emulsificante que

puede ser jabón resultante del tratamiento de ácidos grasos o resinas con bases fuertes

(usados para la elaboración de emulsiones aniónicas), o los resultantes de la acción de los

ácidos minerales sobre compuestos amínicos (usado para la elaboración de emulsiones

catiónicas).

El contenido del asfalto de las emulsiones bituminosas para pavimentación varía normalmente

entre el 50% y 65% del peso total.

De acuerdo con el tipo de carga de los glóbulos asfálticos y a una velocidad con que se

produce el rompimiento de la emulsión, estas se dividen en 06 tipos que son:

ARR Emulsión aniónica de rompimiento rápido.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSARM Emulsión anionica de rompimiento medio.

ARL Emulsión anionica de rompimiento lento.

CRR Emulsión catiónica de rompimiento rápido.

CRM Emulsión cationica de rompimiento medio.

CRL Emulsión cationnica de rompimiento lento.

Dependiendo de la viscosidad de la emulsión y del tipo de cemento asfaltico que contenga,

pueden presentarse los siguientes grados producidos comercialmente: ARR-1, ARR-2, CRR-1,

CRR-2, CRL-1 y CRL -1H. La letra H indica que el cemento es PEN 60/70, las demás

emulsiones se preparan con PEN 85/100. Los índices 1 y 2, representan viscosidad baja y alta

respectivamente.

Este tipo de ligante no será utilizado en el presente proyecto por lo que no será desarrollado

más adelante.

9.2.5.1 ESTUDIO Y ANÁLISISPara evaluar la calidad de cualquiera de los tipos de asfalto mencionados anteriormente y para

realizar su clasificación se han ideado una serie de ensayos de laboratorio:

ENSAYOS EN ASFALTOSEnsayos sobre los Cementos AsfalticosEnsayo Normal de Penetración (AASHTO T – 49 – 89 y ASTM D5 – 86)

Se realiza sobre los cementos asfálticos y sobre los residuos de la destilación de asfaltos

líquidos o emulsiones asfálticas, y es una medida de la consistencia de los mismos. Sobre

una pasta de asfalto previamente moldeada y calentada hasta una temperatura uniforme de

25°C, se coloca una aguja de acero de diámetro y dimensiones normalizados, que soporta

un peso de 100g y se deja libre durante 5 segundos. La distancia que la aguja logre

penetrar dentro de la pasta asfáltica en estas condiciones medida en décimas de milímetros,

se denomina penetración del asfalto. Mientras mayor sea la penetración, más blanda es la

consistencia del cemento asfáltico. (Figura Nº 9.12)

FIGURA Nº 9.12 ENSAYO DE PENETRACIÓN



Viscosidad (ASTM D – 445)

Tiene por objeto determinar el estado de fluidez de los asfaltos a las temperaturas durante su

aplicación. La base del ensayo es la medida del tiempo necesario para que fluya un volumen

constante de material bajo condiciones de ensayo preestablecidas como: temperatura y altura

de líquido. (Figura Nº 9.13)

FIGURA Nº 9.13 ENSAYO PARA EVALUACIÓN DE VISCOSIDAD CAPILAR

Ductilidad (AASHTO T – 51 – 89, ASTM D 113 – 79)

Una propiedad que tienen los asfaltos es su gran capacidad de mantenerse coherentes bajo las

grandes deformaciones inducidas por el tránsito. La ductilidad se mide en un equipo

denominado ductilímetro. En el ensayo se mide la resistencia a la ruptura por medio del

alargamiento de una probeta de cemento asfaltico, estirada en sus extremos a velocidad

constante. Normalmente el ensayo se realiza a una temperatura de 25ºC y a una velocidad de

alargamiento de 5cm/min.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSLos asfaltos que poseen alta ductilidad normalmente son más adhesivos que aquellos que

tienen en menor grado esta característica, pero pueden variar su consistencia rápidamente al

cambiar la temperatura (más susceptibles a la temperatura). (Figura Nº 9.14)

FIGURA Nº 9.14 ENSAYO DE DUCTILIDAD

Punto de Inflamación (AASHTO T 48 – 98, ASTM D92 – 85)

Corresponde a la temperatura a la que el asfalto puede ser calentado con seguridad, sin

peligro a que se inflame en presencia de una llama. Esta temperatura es más baja que la

necesaria para que el material entre en combustión; por lo tanto este análisis sirve como

prueba de seguridad en la operación de las plantas asfálticas en caliente.

El asfalto que se ha de ensayar se coloca en un recipiente especial y se calienta de manera

que la temperatura aumente uniformemente. A intervalos frecuentes, se pasa por la

superficie una llama pequeña y se registra la temperatura a la que surja una llamarada en

cualquier punto de la misma, denominada punto de llama. Este ensayo es una indicación de

la volatilidad de los materiales asfálticos y sirve para establecer temperaturas de

calentamiento sin peligro de incendio. En su ejecución, se puede emplear el aparato

conocido como el vaso abierto de Cleveland (Figura Nº 9.15).

FIGURA Nº 9.15 ENSAYO DE PUNTO DE INFLAMACIÓN



Ensayos sobre Asfaltos LíquidosPunto de Inflamación (AASHTO T 79 – 88 ASTM D 1310)

El procedimiento es similar al ensayo sobre cementos asfalticos, en este caso se usa el vaso

abierto de Tag, el cual es utilizado para asfaltos fludificados. (Figura Nº 9.16)

FIGURA Nº 9.16 ENSAYO DE PUNTO DE INFLAMACIÓN (ASFALTOS LÍQUIDOS)

Ensayo de Destilación (AASHTO T 78 – 90 ASTM D 402 – 76 (1982))

Este ensayo se realiza para determinar las proporciones relativas de cemento asfaltico y

solvente en los asfaltos líquidos, así como las cantidades de solvente que destilan a diferentes

temperaturas (velocidad de curado).


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSEste ensayo es para el uso de ejecución de los asfaltos diluidos RC, MC y en algunos casos

SC. (Figura Nº 9.17).

FIGURA Nº 9.17 ENSAYO DE DESTILACIÓN

Solubilidad

La solubilidad es una medida de la pureza del asfalto. Los maltenos, los constituyentes

cementantes (resinas) y los asfaltenos, son solubles en disulfuro de carbono, tricloroetileno,

tetracloruro de carbonato y otros solventes orgánicos de bajo punto de ebullición. La materia

inerte (no cementante) como sales, carbón libre o impurezas orgánicas son insolubles en

estos solventes. La solubilidad se determina disolviendo el asfalto en el solvente y

separando las porciones solubles e insolubles mediante el filtrado en un gooch con asbesto.

Se cuantifica la cantidad de material que es retenido en el filtro expresándolo como un

porcentaje en peso de la muestra original.

ESPECIFICACIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS ASFALTOSLas especificaciones para los cementos asfalticos y los asfaltos líquidos se muestran en el

siguiente cuadro:


40/5

050

/60

60/7

085

/100

120/

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ºC

TIPO

DE

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ALT

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USO DE LOS PRODUCTOS BITUMINOSOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOSEl campo de aplicación de los productos bituminosos es bastante amplio y los principales usos

se detallan a continuación:

Riego de Imprimación

Consiste en la aplicación de un ligante asfáltico sobre una superficie no bituminosa, con el

objeto de prepararla para recibir cualquier otro tratamiento asfáltico.

Dosificación: Si se usa un asfalto líquido del tipo MC-70 debe usarse de 0.3 a 0.6 galones

(1.1 a 2.3 litros) por metro cuadrado.

Temperatura de aplicación entre 40 y 50°C, si se utiliza emulsión del tipo CRL-1 debe

usarse alrededor de 1kg/m2 de emulsión diluida, hasta una concentración de asfalto residual

del 30-40%, lo que indica una cantidad de 300 a 400g/m2 de ligante asfáltico residual.

Riego de Liga

Se define como la aplicación de un ligante asfáltico sobre una capa bituminosa, previamente

a la extensión sobre ésta, de otra capa bituminosa. Su objetivo es lograr una unión lo más

perfecta posible entre ambas capas para evitar que trabajen en forma independiente y se

presenten desplazamientos de la capa superior sobre la inferior.

Dosificación: Si se usa asfalto líquido del tipo RC-250, se utilizará de 0.20 a 0.4 litros (0.05 a

0.10 galones) por metro cuadrado. La temperatura de aplicación deberá estar entre 60 y

80°C. Si se usa una emulsión catiónica de rompimiento rápido, deberá usarse de 200 a

300g/m2 de ligante residual.

Riego en Negro

Se define como riego en negro a la aplicación de un ligante asfáltico sobre antiguos

pavimentos asfálticos, cunetas, taludes, etc.

Su objetivo en el primer caso es el de impermeabilizar y rejuvenecer pavimentos

deteriorados, en el caso de revestimiento de cunetas se trata de evitar la degradación o

erosión de la misma y en la protección de taludes, favorecer el crecimiento rápido de la

vegetación.

Dosificación: Se recomiendan las emulsiones de rotura rápida, tipo CRR-1, ó CRR-2 y

también la CRL-1, en una cantidad de 200 a 400g/m2 de ligante residual.

Riego Antipolvo

Se define como riego antipolvo, a la aplicación de un ligante asfáltico sobre una superficie

no tratada. Su objetivo es la eliminación del polvo originado por la circulación de vehículos y

la protección de la superficie del afirmado.

Dosificación: Las emulsiones a emplear son del tipo CRR-1 ó CRL-1, y suelen diluirse en

agua, pudiendo oscilar entre 5 y 10 veces el volumen de la emulsión, la dosificación variará

en función de la superficie a tratar entre 0.5 y 1.7 kg/m2 de ligante residual.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSRiego de Curado

El riego del curado es la aplicación de un ligante asfáltico sobre una mezcla de tipo grava –

cemento, o suelo – cemento, de las empleadas como capas de base de carreteras. Su

objetivo es impedir o retardar la evaporación del agua de la mezcla en las primeras horas,

facilitando el fraguado de la misma en condiciones apropiadas de humedad, impidiendo la

formación de fisuras.

Dosificación: la dosificación adecuada de emulsión de rotura rápida, del tipo CRR-1 ó CRR-

2, puede variar entre 600 a 800g/m2 de ligante asfáltico residual.

Riego de sellado

El riego de sellado es la aplicación de un ligante asfáltico sobre una superficie de rodadura,

seguida de la extensión y compactación de una capa de arena, agregado fino o polvo de

trituración.

Su objetivo es el de sellar o impermeabilizar dichas capas de rodadura protegiendo las

inferiores contra el agua de lluvia, también impedir la salida de agregados superficiales por

la acción del tránsito.

Dosificación: La emulsión recomendada es de rotura rápida, tipo CRR-1 ó CRR-2. La

cantidad de ligante oscila entre 0.7 y 1.0kg/m2 de emulsión de 40 a 60% de contenido de

ligante residual.

Tratamientos superficiales simples y dobles

Se define como tratamiento superficial simple, a la aplicación de una película continua de

ligante asfáltico sobre la superficie de una vía, seguida de la extensión y compactación de

una sola capa de agregado.

El tratamiento superficial doble se define como la aplicación consecutiva de dos

tratamientos superficiales simples, que son generalmente de distintas características.

Su objetivo en ambos casos, es conseguir una superficie de rodadura de cierta rugosidad e

impermeable.

El éxito para lograr un buen tratamiento superficial se debe en gran parte al grado de

sincronización entre el equipo y personal. También se debe tener especial cuidado en la

limpieza de los materiales, ya que un agregado sucio impide que la emulsión lo envuelva.

Lechadas Asfálticas

Se define la lechada asfáltica como la mezcla de emulsión asfáltica (CRL-1 y CRL-1H),

agregado fino bien gradado granulométricamente, llenante mineral y agua.

Dos de sus principales campos de utilización son: tratamientos de sellado y tratamientos

antideslizantes.

Estabilizaciones

Se definen las estabilizaciones con emulsión asfáltica como la mezcla intima de emulsión

asfáltica, componente mineral constituido por suelo fino, arena o grava natural de


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSgranulometría similar o parecida a aquella de sub-base, agua y a veces aditivos,

conformando un producto que se utiliza en capas de base para vías.

Mezclas Abiertas en Frio

Se denomina mezcla abierta en frío a la combinación de un agregado que

predominantemente es grueso y de granulometría uniforme y emulsión catiónica de

rompimiento medio (CRM), ambos componentes en frío.

Mezclas Densas en Frio

Se definen las mezclas densas en frío como la combinación de un ligante bituminoso con

agregados minerales bien gradados granulométricamente, con un elevado porcentaje de

finos y que es posible fabricar, extender y compactar a temperatura ambiente.

Mezcla Asfáltica en caliente

La mezcla asfáltica en caliente consiste en una combinación de agregados uniformemente

mezclados y recubiertos por cemento asfáltico, como para lograr suficiente trabajabilidad y

mezclado, tanto el agregado como el asfalto deben ser calentados antes del mezclado, de

ahí el término “mezcla en caliente”. Las mezclas asfálticas en caliente pueden ser

producidas para un amplio rango de combinaciones de agregados cada uno con sus

características particulares adecuadas al diseño específico y a sus usos en la construcción.

9.2.6 DISEÑO DEL CONCRETO ASFÁLTICO9.2.6.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Se componen de una combinación de materiales pétreos uniformemente graduados,

mezclados y cubiertos con material asfáltico. Estas mezclas se fabrican en plantas

mezcladoras centrales, donde se calienta el asfalto y los agregados por separado a

temperaturas aproximadas de 150°C dosificándose, mezclándose y colocándose en la obra

aún cuando están muy calientes.

Las mezclas se transportan en camiones a la extendedora mecánica, que las coloca en

capas uniformes, después de este proceso se compacta con rodillo mientras estén calientes

(temperatura de compactación).

Este tipo de mezclas constituyen las de mejor calidad para el uso de carpetas de rodadura;

por lo que será adoptada para el presente proyecto

DISEÑO DE MEZCLASDe manera similar a la necesidad de diseñar las mezclas de cemento portland para obtener

pavimentos resistentes y durables, se requiere diseñar las mezclas de concreto asfáltico.

Las primeras mezclas empleadas en pavimentación asfáltica se obtuvieron mezclando

tentativamente arenas, piedras y un ligante compuesto por asfaltos refinados en el caso del


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSconcreto asfáltico. En este caso se identificó rápidamente la necesidad de usar un

componente de relleno (filler), que permitiera alcanzar mezclas más densas, así como la

necesidad de tener mezclas consistentes y estables, reconociéndole al asfalto la función de

proporcionar durabilidad a la mezcla. Así se desarrollan algunos conceptos, principios y

relaciones que continúan siendo fundamentales en los diseños de mezclas asfálticas,

siendo el más importante la determinación del contenido asfáltico.

En la evolución de los métodos de diseño asfáltico tuvieron preponderancia dos conceptos:

El de saturación y el de las áreas superficiales. El primero postulaba que la cantidad de

asfalto requerido en una mezcla debía ser tal que llenara los vacíos de los agregados

compactados, mientras que el segundo propugnaba que el contenido asfáltico debía ser

suficiente para recubrir con una película superficial a los agregados. De esos métodos

continua vigente el de las áreas superficiales.

A continuación se desarrolla el método de diseño de mezclas asfálticas en caliente

denominado Método Marshall.

9.2.6.2 MÉTODO MARSHALLEste método se utiliza para mezclas en caliente con agregados de hasta 1”.

El método Marshall, se encuentra descrito en el MS–2 del Instituto del Asfalto. La prueba

Marshall se encuentra descrita en la norma ASTM D1559 (“Resistanse to Plastic Flow of

Bituminous Mixtures Using Marshall Apparatus”). De manera resumida, consiste en moldear

muestras de 2½” de altura por 4” de diámetro, preparadas para diferentes contenidos

asfálticos y bajo ciertas condiciones de temperatura, mezcla y compactación, las cuales son

ensayadas en el aparato Marshall. Los dos parámetros obtenidos con el ensayo son la

estabilidad y el flujo plástico o deformación. La estabilidad es la máxima carga en libras que

puede resistir el espécimen de ensayo a 60ºC. EL flujo plástico que ocurre durante la carga

se expresa en 1/100 de pulgada.

Para efectuar el diseño de una mezcla asfáltica en caliente, se deberá verificar

primeramente que los materiales a utilizar cumplan con las especificaciones respectivas.

Para ello, deberá seleccionar el grado del cemento asfáltico (Cuadro Nº 9.26) y el tipo de

mezcla sugerida por el Instituto del asfalto (Cuadro Nº 9.27), según el clima y la aplicación

que tendrá la mezcla (aeropista, carretera, calle, acceso, estacionamiento, etc.) o según la

parte de la estructura del pavimento que conformará, (sello, superficie de rodadura, capa

ligante, capa nivelante o capa de base).



CUADRO Nº 9.26 SELECCIÓN DEL GRADO DE CEMENTO ASFÁLTICO

Cálido Árido Cálido Húmedo Moderado FríoAeropistas:

Pistas de aterrizaje 60/70 85/100 85/100 120/150Pistas de Taxeo 60/70 60/70 85/100 85/100Plataformas de estación 60/70 60/70 60/70 85/100

Carreteras:Trafico Pesado y muy pesado 60/70 60/100 85/100 85/100Trafico mediano a ligero 85/100 85/100 85/100 120/150

Calles:Tráfico pesado y muy pesado 60/70 60/70 85/100 (*) 85/100Trafico mediano a ligero 85/100 85/100 85/100 85/100

Accesos:Industriales 60/70 60/70 85/100 85/100Estacionamiento de servicio 60/70 60/70 85/100 85/100Residenciales 85/100 85/100 85/100 85/100

Estacionamientos:Playas Industriales 60/70 60/70 85/100 85/100Playas Comerciales 60/70 60/70 85/100 85/100

Canchas deportivas:Canchas de Tenis 85/100 85/100 85/100 85/100Parques deportivos 85/100 85/100 85/100 85/100Sardineles 60/70 60/70 60/70 60/70(*) En el caso de “Sheet Asphalt” (Capa asfáltica delgada) generalmente se utiliza el grado PEN 60/70.

APLICACIÓN EN:Clima

CUADRO Nº 9.27 CARACTERÍTICAS DE LOS TIPOS DE MEZCLAS SUGERIDAS POR EL INSITUTO DEL ASFALTO


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSMezcla

Tipo 1” ¾” ½” 3/8” Nº4 Nº8 Nº16 Nº20 Nº50 Nº100 Nº200 % asfalto

I b 100 70-100 20-40 5.-20 0-4 4.0-5.0II c 100 70-100 45-75 20-40 5.-20 0-4 3.0-4.0III a 100 75-100 35-55 20-35 10.-22 6.-16 4.-12 2.-8 3.0-4.0III b 100 75-100 60-85 35-55 20-35 10.-22 6.-16 4.-12 2.-8 3.0-4.0IV a 100 80-100 35-55 35-50 18-29 13-23 8.-16 4.-10 3.5-7.0IV b 100 80-100 70-90 50-70 35-50 18-29 13-23 8.-16 4.-10 3.5-7.0IV c 100 80-100 60-80 48-65 35-50 19-30 13-23 7.-15 0-8 3.5-7.0V a 100 85-100 65-80 50-65 37-52 25-40 18-30 10.-20 3.-10 4.0-7.5

V b (*) 100 85-100 65-80 50-65 37-52 25-40 18-30 10.-20 3.-10 4.0-7.5VI a 100 85-100 65-78 50-70 35-60 25-48 15-30 3.-10 4.5-8.5

VI b (*) 100 85-100 65-80 47-66 30-55 20-40 10.-25 3.- 8 4.5-8.5VIIa (*) 100 85-100 80-95 70-89 55-40 30-60 10.-35 4.-14 6.0-11.0VII b 100 95-100 85-98 70-95 40-75 20-40 8.-16 6.5-12.0

(*) Pueden utilizarse en capas de base cuando no se cuentan con agregados gruesos .

MEZCLA PARA SUPERFICIE DE RODADURA

De acuerdo a la evaluación de canteras para el agregado asfaltico (Capítulo VII ESTUDIO

GEOLOGICO Y GEOTÉCNICO – Ítem 7.3.2 Evaluación de Canteras para Concreto Asfaltico),

se tienen 02 tipos de agregados; arenas y gravas de la cantera de Zurite, los cuales necesitan

mejorar su gradación (Cuadro Nº 9.28) para obtener una mezcla del Tipo IV y dentro de esta el

tipo IV.C, el cual es recomendado para capa superficial o capa ligante en el Cuadro Nº 9.28.

Mezcla de Agregados para Carpeta Asfáltica

CUADRO Nº 9.28 GRANULOMETRÍA DE AGREGADOS PARA MEZCLA ASFÁLTICA

MATERIAL TAMIZ% QUE PASA

Cantera Zurite Especificaciones

Grava de Zurite

2 ½” 100 ---1” 73.94 100¾” 65.34 80-100

3/8” 32.47 60-80

Arena de Zurite

Nº4 76.93 48-65Nº8 63.36 35-50Nº16 55.91 ---Nº30 46.16 19-30Nº50 20.06 13-23

Nº100 10.63 7-15Nº200 7.55 0-8

De acuerdo a las especificaciones del Instituto del Asfalto la granulometría del agregado tendrá

un tamaño máximo de 1”, por lo tanto ya que el tamaño máximo de la grava propuesta es de

2 ½”, se deberá eliminar el material de partículas mayores a 1”. De manera que el 79.94%

pasará a ser el 100% del suelo a utilizarse.

CUADRO Nº 9.29 PORCENTAJES CORREGIDOS DE LA GRAVA

TAMIZ % Originales % Corregidos


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS% Retenido % Pasa % Retenido % Pasa

1” --- 73.94 --- 100¾” 8.6 65.34 11.63 88.37

3/8” 32.87 32.47 44.46 43.91Nº4 32.47 --- 43.91 ---

Con estos nuevos porcentajes de material seleccionado de grava se procedió a mezclar

ambos agregados (grava y arena), mediante el método gráfico (Granulometría).

FIGURA Nº 9.18 METODO GRÁFICO

El resultado de la combinación de los materiales es:

Grava 35%

Arena 65%


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSCUADRO Nº 9.30 RESULTADO DE LA MEZCLA

TAMIZ 35% Grava + 65% Arena Especificaciones

1 “ 100 100¾” 95.93 80-1003/8” 80.37 60-80Nº4 50 48-65Nº8 41.18 35-50

Nº30 30 19-30Nº50 13.04 13-23

Nº100 6.91 7--15Nº200 4.91 0--8

Seguidamente se estima un % de asfalto, preparándose especímenes para la Prueba

MARSHALL con contenidos de asfalto superiores en 0.5% e inferiores a 10%. En estas

condiciones se inicia el ensayo Marshall propiamente dicho, determinándose la estabilidad y

el flujo plástico de la mezcla en función del contenido de asfalto de la misma. En el Cuadro

Nº 9.31 se brindan los criterios Marshall de diseño.

CUADRO Nº 9.31 CRITERIOS MARSHALL PARA EL DISEÑO

CARACTERISTICAS Tránsito de Diseño (N) Ejes equivalentes de 8.2Tn

> 5x106 5x104 - 5x106 < 5x104

Compactación, golpes/cara 75 50 35

Estabilidad Mínima (lb) 1800 1200 750Flujo (0.01”) 8--14 8--16 8--18

Vacíos con aire (%) 3--5 3--5 3--5% Vacíos llenos con

Asfalto (VFA) 65-75 65-78 70-80

% Vacíos en el Agregado Mineral (VMA) Ver Tabla VIII.13.

NOTA:

1. Los esfuerzos de compactación de laboratorio deberán aproximarse a la máxima

densidad obtenida en el pavimento bajo tránsito.

2. Los valores de fluencia se refieren al punto donde la carga comienza a disminuir.

3. La porción de cemento asfaltico perdida por absorción dentro de las partículas del

agregado debe ser considerada cuando se calcule el porcentaje de vacios.


1.-

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EÑO

DE

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CLA

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760

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15.5

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Asf

alto

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Nº8

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8.82

10.6

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¡¡ C

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030

19-3

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013

.04

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OK

Con

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rand

o el

sig

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spec

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Nº1

006.

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OK

Nº2

004.

910-

-82.

0045

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54.3

53.

851

6.25

OK

95.0

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asf

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916.

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TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS4. El porcentaje de vacios en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso

específico del agregado.

CUADRO Nº 9.32 PORCENTAJE DE VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL

mm Pulg. 3.0 4.0 5.01.18 Nº16 21.5 22.5 23.52.36 Nº8 19.0 2..0 21.04.75 Nº4 16.0 17.0 18.09.5 3/8” 14.0 15.0 16.0

12.5 ½” 13.0 14.0 15.019 ¾” 12.0 13.0 14.025 1 11.0 12.0 13.0

37.5 1.5 10.0 11.0 12.050 2 9.5 10.5 11.563 2.5 9.0 10.0 11.0

TAMAÑO MÁXIMO VMA mínimo por cientoVacíos de diseño por ciento

Seguidamente se procederá a efectuar el diseño de mezcla por el método Marshall basándose

en la combinación granulométrica de los agregados de la cantera de Zurite.



9.2.6.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIOEl concreto asfáltico en frio es la combinación de áridos y materiales asfalticos líquidos (Cut

Back) que se mezclan y colocan a temperatura ambiente. Este tipo de mezclado y colocado se

limita a los meses cálidos, si fuera necesaria esta operación en los meses fríos entonces sería

preciso cierto grado de calentamiento de los áridos y material asfáltico.

El tipo de pavimento con mezcla asfáltica en frio es ligeramente inferior al mezclado y colocado

en caliente, por lo que este tipo de mezcla asfáltica queda descartado.

9.2.7 REFUERZO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO CON GEOTEXTILEl uso de geotextiles en la estructura del pavimento permite reforzar la subrasante y optimizar la

funcionalidad de las capas granulares. El objetivo de la utilización de los geotextiles para el

refuerzo de pavimentos, principalmente es el aumento en la capacidad portante del sistema,

trabajando en conjunto como un material con resistencia a la tensión en compañía de los suelos,

los cuales tienen resistencia a la compresión y además como parte complementaria asegura la

separación y estabilización de suelos.

En todo proyecto vial principalmente en los que se proyecten el empleo de pavimentos, es vital

garantizar la homogeneidad de los materiales a lo largo del tiempo durante el periodo de diseño


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSproyectado, para conservar las características de la estructura. Evitando la contaminación de

materiales, se contribuye con la disminución de costos de mantenimiento a lo largo de la vida útil

del proyecto.

9.2.7.1 GEOTEXTILES 7

Los geotextiles son cualquier material textil permeable utilizado en tierra, suelo, roca o cualquier

otro material relacionado con la ingeniería civil y que forma parte integral de un proyecto,

estructura o sistema.

Los geotextiles cumplen básicamente con seis funciones, que son las siguientes:

Separación y Estabilización.

Refuerzo.

Filtración.

Drenaje Planar.

Membrana amortiguadora de esfuerzos y barrera impermeable.

Protección.

Su clasificación abarca dos grandes grupos: los tejidos con un mayor módulo a la tensión,

ideal para la función de refuerzo y estabilización, y los no tejidos con unas propiedades

hidráulicas considerables, convenientes para las funciones de filtración y drenaje.

Los geotextiles tienen aplicación en las siguientes construcciones:

Vías.

Repavimentaciones.

Ferrovías.

Subdrenes.

Muros de contención.

Tratamiento de Muros.

Terraplenes.

Gaviones.

Muelles y puentes.

Presas, diques y canales.

Túneles.

Embalses y rellenos sanitarios.

FUNCION DE SEPARACIÓN DEL GEOTEXTIL EN LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOUno de los problemas que se presentan con mayor frecuencia es el deterioro prematuro de las

vías, causado, por diversos factores relacionados con las características y propiedades de los

materiales que conforman la estructura de la vía y con las condiciones de carga que

sobrepasan los valores de diseño. Desde el punto de vista estructural, la contaminación de la

7 GEOSISTEMAS PAVCO


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOScapa granular, la mezcla de suelos de diferentes características y el comportamiento mecánico

del suelo de la subrasante son factores de gran influencia en el deterioro de las vías, lo que se

traduce en una reducción de la capacidad portante de todo el sistema.

La utilización de geotextiles como una capa de separación entre los suelos de subrasante y las

capas granulares ha permitido mantener la integridad de los materiales y mejorar su

funcionamiento, aumentando la vida útil de las estructuras.

FIGURA Nº 9.19 FUNCIÓN DE SEPARACIÓN DEL GEOTEXTIL

La función de separación que cumple un geotextil es mantener la integridad y el buen

funcionamiento de los suelos adyacentes con propiedades y características diferentes. En el

caso de las estructuras de pavimento donde se coloca suelo granular (Base, Subbase) sobre

suelos finos (subrasante); se presentan dos procesos en forma simultánea:

Migración de los suelos finos dentro del suelo granular, disminuyendo su capacidad de

drenaje.

FIGURA Nº 9.20 DISMINUCIÓN DE LA CAPACIDAD DE DRENAJE

Intrusión del suelo granular dentro del suelo fino, disminuyendo su capacidad portante

(resistencia).

FIGURA Nº 9.21 DISMINUCIÓN DE LA CAPACIDAD PORTANTE



9.2.7.2 DISEÑO DEL REFUERZO EN LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOComo se expuso anteriormente, el geotextil permite incrementar la capacidad portante del

sistema que conforma la estructura del pavimento, lo que se puede traducir en un

mejoramiento de las propiedades mecánicas de los materiales que hacen parte de capa

granular o en un incremento de la vida útil de la vía en estudio.

Los geotextiles son materiales con alta resistencia a la tensión y son un buen complemento de

aquellos materiales con alta resistencia a la compresión pero con poca resistencia a la tensión,

como ocurre generalmente en suelos finos y granulares. El refuerzo con geotextiles asume la

fuerza de tensión del suelo, absorbiendo la fuerza de corte y aumentando la resistencia al corte

del suelo.

Para efectuar el diseño del refuerzo en la estructura del pavimento mediante la utilización de

geotextiles se usara el software GEOSOFT.

FIGURA Nº 9.22 VISUALIZACION DEL GEOTEXTIL



REPORTE DE SEPARACIÓN DE CAPAS GRANULARES Y SUBRASANTEDATOS DEL PROYECTO

Nombre del Proyecto:

CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA - PETROPERU

Nombre de la Empresa:

UNSAAC

Nombre del Diseñador:

BR. RAFAEL OMAR NIBLE BACA

Cargo del Diseñador:

TESISTA

País: PERU Departamento: CUSCO Ciudad: CUSCO

Descripción del Proyecto: El proyecto contará con dos calzadas conformadas con pavimento asfaltico sobre capas

granulares de Base, Subbase y Subrasante mejorada.

DATOS DE ENTRADAPARÁMETROS PARA CHEQUEOS MECANICOS REQUERIDOS


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSFactor de Seguridad Global: 2.0

Factor de Seguridad Parcial: 1.5

Presión de Inflado: 56 kPa

Diámetro de Partículas de Agregado: 0.5 pulgadas

Tipo de suelo:

Arenas, arenas gravosas, arenas limosas y arenas arcillosas (menos de 50% pasa tamiz #200)

PROPIEDADES HIDRÁULICAS REQUERIDAS

Permeabilidad Suelo Fundación: 0.0 cm/s

D10: 34.0

D60: 24.0

D85: 19.0

PÁRAMETROS CALCULADOS Y RESULTADOS

Resistencia al Punzonamiento Requerida: 2,8 N

Resistencia al Estallido Requerida: 23,1 N

¿Se revisó criterio de supervivencia?: SI

Factor de Seguridad Global Calculado Geotextil Tejido: 1.207,3

Factor de Seguridad Global Calculado Geotextil no Tejido: 948,9

GEOTEXTILES RECOMENDADOS

Geotextil Tejido: T2100

Geotextil No Tejido: NT2500

Notas: La elección final del tipo de geotextil (tejido-no tejido), dependerá de las condiciones de

humedad propias del proyecto, posición y fluctuación del nivel freático.

Los valores de los geosintéticos corresponden a valores mínimos promedio por rollo

(VMPR) ó (MARV) por su nombre en inglés.

De acuerdo al diseño efectuado se proyecta utilizar el Geotextil No Tejido T 2100, pues

presenta mayores ventajas considerando sus especificaciones técnicas y las características

geotécnicas de los suelos del proyecto.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS9.2.8 PROCESO CONSTRUCTIVO

1. La primera operación que debe de realizarse es el desbroce de la vegetación existente,

remoción de la capa superficial del terreno y escarificación.

Una vez llegado a los niveles especificados para la conformación de la subrasante

mejorada, se procede a realizar el extendido de una capa de arena para luego encima de

ella, colocar los materiales provenientes del corte del Cerro Torremoqo y de la Cantera

Huancaro. Luego con ayuda de la Motoniveladora y el rodillo se procede a ejecutar la

compactación en capas controlando el alcance del 95% la densidad máxima seca y el

óptimo contenido de humedad (para el caso de los materiales del cerro Torremoqo la

densidad a alcanzar será de 2.00 gr/cm3 y un contenido de agua del 11.56%).

En las zonas de enrocado se procede de similar forma supervisando también el 95% de la

máxima densidad seca Proctor y el óptimo contenido de humedad.

FIGURA Nº 9.23 PROCESO CONTRUCTIVO DE LA SUBRASANTE MEJORADA


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSFIGURA Nº 9.20 PROCESO DE ESCARIFICACION

FIGURA Nº 9.21 PROCESO DE ENROCADO

2. Para la sub-base se utilizará los materiales de la cantera de Huancaro, eliminando

previamente las partículas de 2”, luego de colocar el material se distribuye el agua y

finalmente se compacta hasta alcanzar el 95% de la densidad máxima teórica (2.27

gr/cm3), el optimo contenido de agua (8.20%) y el valor mínimo de CBR (CBR=44%).


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSFIGURA Nº 9.22 CONFORMACIÓN DE LA SUBBASE

3. Para la base se traerán materiales de la cantera de Angostura, luego se procederá de la

misma forma que para la sub-base, llegando al CBR óptimo (70%). Controlando que la

densidad máxima seca alcance (2.22 gr/cm3) y un optimo contenido de agua de 7.40%.

FIGURA Nº 9.23 CONFORMACIÓN DE LA BASE

4. Sobre la capa de base sin tratar se aplica el riego de imprimación que será asfalto diluido

de curado medio MC-70. Esta aplicación se realiza con un distribuidor de asfalto, que es


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSun tanque acondicionado sobre un camión adaptado con bombas, barras rociadoras y

controles apropiados para regular la cantidad de asfalto en las boquillas rociadoras. Para

un asfalto diluido MC-70 la cantidad de aplicación varia de 1.10 a 2.3 lt/m2. En caso de que

se aplique demasiado asfalto diluido sobre la capa base, después de un proceso normal

de curado de 24 horas, este exceso deberá secarse con arena limpia para evitar que la

exudación produzca un plano de deslizamiento y luego deberá limpiarse antes de colocar

la mezcla asfáltica.

FIGURA Nº 9.24 IMPRIMACIÓN

5. Las operaciones de pavimentación incluyen el transporte de la mezcla asfáltica en caliente

a obra, la colocación de la mezcla sobre la vía y la compactación de la mezcla hasta la

densidad de diseño, para lo que se utiliza el siguiente equipo:

Camiones de transporte, que se encargarán de transportar la mezcla, los cuales deberán

estar equipados adecuadamente a fin de evitar el enfriamiento de la mezcla, el cual será

entregado a la pavimentadora.

La pavimentadora se encarga de colocar la mezcla asfáltica con el espesor determinado

(5”) y proporcionar una compactación inicial a la carpeta. Luego se procederá a compactar

para proporcionar resistencia y estabilidad a la mezcla, para lo que se utilizarán los

vehículos compactadores, los que con su peso o fuerzas dinámicas compactan la carpeta

del pavimento: Tándem de ruedas de acero, ruedas neumáticas o vibratorias, de las que

se debe revisar lo siguiente: el peso total de la compactadora por unidad de ancho (para

compactadoras con ruedas de acero), esfuerzo promedio de contacto (compactadoras

neumáticas). Se pueden usar compactadoras de mano o placas vibratorias en áreas que

sean inaccesibles a las compactadoras grandes.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS6. La textura superficial deberá ser uniformemente densa, tanto en sentido longitudinal como

en el transversal, evitándose el desgarre producido por mezclas demasiado frías y las

irregularidades en la textura, como burbujeos y ampollamientos. La lisura de la superficie

se ve afectada por la falta de uniformidad en las operaciones, gradaciones incorrectas del

agregado, variaciones de la velocidad de la pavimentadora, etc.

FIGURA Nº 9.25 COLOCADO DE LA CARPETA ASFÁLTICA

7. Luego del colocado de la carpeta asfáltica se debe verificar que la Temperatura de

compactación sea la más adecuada para obtener una superficie uniforme, y se garantice

el comportamiento estructural de la carpeta asfáltica.

FIGURA Nº 9.26 COMPACTACIÓN CON RODILLO LISO



FIGURA Nº 9.27 COMPACTACIÓN CON RODILLO NEUMÁTICO

9.2.9 CONSERVACION DE PAVIMENTOSLa conservación o mantenimiento de pavimentos8 es el trabajo rutinario realizado para

conservar el pavimento, bajo la acción normal del tráfico y de las fuerzas de la naturaleza, en

condiciones tan semejantes como sea posible a las del pavimento recién construido.

8 INSTITUTO DEL ASFALTO, El Asfalto en el Mantenimiento de los Pavimentos, Manual Nº 16 (MS-16), Cap. I Introducción, 1.03 Definición de Mantenimiento, pág. 4, Año 1970


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSTodos los pavimentos requieren mantenimiento, siendo la principal razón de ello en que las

tensiones que producen los pequeños defectos están constantemente en acción. Tales

tensiones pueden ser ocasionadas por el tráfico, por pequeños movimientos en el terreno

subyacente o adyacente. Las grietas, huecos, depresiones y otros tipos de fallas son las

evidencias visibles del desgaste del pavimento. Ellas son simplemente, el resultado final del

proceso de desgaste que comienza cuando la construcción termina. En zonas urbanas, la

excavación de zanjas a lo largo del pavimento para la instalación de redes de conducción de

agua o para cualquier otro servicio público es la causa principal que determina la necesidad

del mantenimiento del pavimento.

El deterioro de los pavimentos incrementa el costo de operación de los vehículos, y por tanto

el transporte en general, de aquí la importancia del mantenimiento oportuno. Tres hechos

relativos al deterioro de los pavimentos ayudan a una comprensión más clara del problema:

Debido a que los costos de reconstrucción son de 3 a 5 veces los de renovación o

rehabilitación, no debe permitirse que ningún pavimento decline hasta tener que quedar

en malas condiciones.

Los pavimentos en medianas condiciones tienen la oportunidad a partir del quinto año de

vida de renovarse.

El costo de operación de los vehículos aumenta a medida que se deterioran los

pavimentos.

En lo que respecta a las obras de mantenimiento, estos se dividen en los trabajos necesarios

de prevención, rutinarios o periódicos, de rehabilitación y de reconstrucción.

Los trabajos de prevención deben efectuarse antes de que ocurra el suceso. En zonas donde

el récord histórico demuestra por ejemplo la caída de huaycos, un trabajo oportuno de

prevención se justifica plenamente.

Los trabajos rutinarios o periódicos comprenden los rubros de:

Resellado de juntas.

Desarenado y limpieza de derrumbes.

Limpieza de cunetas y alcantarillas.

Acondicionamiento de bermas.

Los trabajos de rehabilitación comprenden:

Parchado de baches (o bacheo, se ejecuta normalmente con mezclas asfálticas en frío).

Sellado se superficies viejas y desgastadas.

Reposición de áreas desgastadas.

Los trabajos de reconstrucción implican la existencia de un pavimento sumamente

deteriorado, en el que la rehabilitación ya no se justifica.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOSConsiderando el criterio de formulación de un proyecto en base al SNIP, este aspecto está

involucrado en el desarrollo de la Post Inversión, que consiste en la Verificación de la

Operación y mantenimiento del proyecto de inversión ejecutado.

9.3 CONCLUSIONES El método de diseño empleado para el dimensionamiento final de la estructura del pavimento fue

el brindado por el Instituto del Asfalto.

La ejecución del proyecto con pavimento rígido tendría el inconveniente principal del aspecto

económico, no solo por la magnitud del proyecto sino también por la clasificación de la vía, por lo

que esta alternativa de diseño no se efectuó.

Para el diseño de la estructura del pavimento se utilizó un CBR de 12%, que corresponde a un

suelo mejorado a nivel de la subrasante, debido a que inicialmente el CBR natural tenía un valor

muy bajo (CBR = 3.53%). Por esta razón el modulo resiliente es obtenido a partir de

correlaciones y no mediante el ensayo del triaxial cíclico, pues en este caso se necesitaría

efectuar ensayos con muestras representativas de un material compactado con 12% de CBR a

lo largo de un año con diferentes variaciones del contenido de humedad.

El valor CBR de la Subrasante mejorada (CBR = 12%) se controlará mediante la densidad

máxima seca obtenida de la Curva CBR – Densidad, efectuados para la Cantera de Huancaro y

para el cerro Torremoqo. La manera de obtener esta densidad es entrando a dichas curvas con

un CBR del 12%, de modo que los materiales de la cantera de Huancaro deberán alcanzar en

campo una densidad máxima de 1.86 grcm3 y los materiales del Cerro Torremoqo deberán

alcanzar en campo una densidad máxima de 1.82 grcm3 , solo de esta manera se llegará al valor

proyectado del CBR para esta capa.

La capa de base estará conformada por materiales de la cantera Angostura, el cual deberá de

alcanzar un espesor de 15 cm para ambas calzadas controlando en el proceso de compactación

la densidad de 2.22 grcm3 y la humedad optima de 7.40 %.

La capa de Subbase estará conformada por materiales de la cantera Huancaro, el cual deberá

de alcanzar un espesor de 20 cm para la calzada de subida y 17.5 cm para la calzada de bajada,

controlando en el proceso de compactación la densidad de 2.27 grcm3 y la humedad optima de

8.20 %.

Una vez colocada la carpeta asfáltica debe de verificarse que la temperatura de compactación

sea la más adecuada y que este entre el rango de 110ºC – 130ºC.


TESIS DE GRADOPROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA VIA DE EVITAMIENTO TRAMO ANGOSTURA – PETROPERU DE LA CIUDAD DEL CUSCO PROVINCIA DEL CUSCO – CUSCO” CAPÍTULO IX: ANÁLISIS Y DISEÑO DE PAVIMENTOS La verificación del CBR de los materiales de cantera se realiza indirectamente al constatar el

95% ó 100% de la densidad máxima seca alcanzada en laboratorio.

Terminado el trabajo de pavimentación y compactado se puede aperturar al tránsito vehicular 24

horas después, de esta manera se mejora el proceso de consolidación de la estructura del

pavimento.

9.4 RECOMENDACIONES Las características geotécnicas de los materiales de la Subbase y Base (CBR, granulometría,

límites de consistencia, abrasión y compactación) deben de ser verificadas y supervisadas en el

momento de la ejecución de la obra, debido a que el material tiende a cambiar ligeramente

según la zona donde es extraído.

La utilización de diferentes softwares de diseño de pavimentos deben ser minuciosamente

interpretados, pues es necesario efectuar muchas veces el análisis para obtener un resultado

que sea catalogado como el más optimo para el diseño.

Es recomendable que las construcciones de las obras de arte se efectúen previamente al

proceso de colocación de la carpeta asfáltica, pues los detalles constructivos de estos elementos

servirán como elemento confinador de la estructura del pavimento.

Para el presente proyecto las bermas aledañas a la superficie de rodadura tendrán la misma

estructura del pavimento y recibirán el mismo tratamiento para evitar la infiltración de aguas que

puedan perjudicar la estructura del pavimento.


Cap 09 Analisis y Diseño de Pavimentos

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