diseño de pavimentos
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL REHABILITACION DE LA CARRETERA TRUJILLO-SHIRAN- HUAMACHUCO: SUELO-EMULSIONES DISEÑO DE PAVIMENTOS PROFESOR GUILLERMO LAZO LAZARO INTEGRANTES ADOLFO SANCHEZ RAMOS ITALO PORTILLA SANGUINETI LUIS FLORES PAREDES LUIS VACA HUAMANI LIMA – PERU 2015
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Trabajo Suelo Emulsion
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FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
REHABILITACION DE LA CARRETERA TRUJILLO-SHIRAN-HUAMACHUCO: SUELO-EMULSIONES
DISEÑO DE PAVIMENTOS
PROFESOR
GUILLERMO LAZO LAZARO
INTEGRANTES
ADOLFO SANCHEZ RAMOS
ITALO PORTILLA SANGUINETI
LUIS FLORES PAREDES
LUIS VACA HUAMANI
LIMA – PERU
2015
I. INTRODUCCION
I.1. OBJETIVO DEL ESTUDIO
El Objetivo del estudio es la ejecución de las obras de Rehabilitación y Mejoramiento de la Carretera Trujillo – Shiran– Huamachuco diseñando un pavimento a nivel suelo emulsión para permitir una adecuada serviciabilidad a los usuarios durante el periodo de vida de diseño.
I.2. JUSTIFICACION
La ruta constituye la principal vía de integración de las provincias andinas del departamento de La Libertad tales como Otuzco, Julcán, Sánchez Carrión, Santiago de Chuco y Pataz; con la zona costera, específicamente la ciudad de Trujillo. Además de unir estas provincias con el resto del país a través de la Panamericana Norte así como otros departamentos como Cajamarca y San Martin.
Dicha vía permitirá el abastecimiento de los poblados asentados a lo largo de la vía y también, la salida de productos agrícolas existentes en la zona de proyecto y la explotación de los diversos productos minerales de la región la cual constituye una de las más grandes reservas del país.
I.3. METODOLOGIA
Para el proyecto antes mencionado, se propone la colocación de una carpeta de rodadura de concreto asfaltico en caliente sobre la subrasante que estará conformada por una capa de 5 cm. de espesor, mientras que en las zonas críticas, esta carpeta de rodadura estará conformada por una capa de 5 cm. de espesor de suelo emulsión.
Se está recomendando una estructura suelo emulsión para las zonas críticas debido a los problemas geotécnicos que presenta algunos tramos de la ruta de modo que el pavimento no se vea afectado.
Entre los criterios que se tomaron en cuenta para el diseño con suelo emulsión tenemos:
- La geodinámica externa, es decir la inestabilidad de taludes que además coincide con un suelo malo que puede vulnerar el sistema.
- Las épocas de lluvia en dichos tramos puede deteriorar el funcionamiento de drenaje que se busca para el pavimento.
II. MARCO TEORICO
Se definen las estabilizaciones con emulsiones asfálticas como la mezcla íntima de
emulsión asfáltica, componente mineral constituido por suelo fino, arena o grava
natural de granulometría similar o parecida a aquella de sub-base, agua y a veces
aditivos, conformando un producto que se utiliza en capas de base para carretera.
Por su estructura, este producto se incluye dentro de las mezclas densas en frío,
dando lugar a la más elemental de ellas, al tratarse de combinar el ligante asfáltico de
una emulsión con material o componente mineral, en estado natural, teniendo como
objetivo principal mejorar las características resistentes.
Como en todas las mezclas asfálticas en frío, el ligante se distribuye en forma de
película continua envolviendo parcial o totalmente el componente mineral, tratando de
lograr que este material alcance una resistencia apreciable tanto en seco como
después de su inmersión en agua, disminuyendo su capacidad de absorción y
aumentando su capacidad de cohesión, como consecuencia de la presencia del
ligante asfáltico en el conjunto del producto resultante.
En cualquier caso de los componentes minerales que se contemplan, dados que están
constituidos por un alto porcentaje, de contenidos en finos, (características constantes
de las estabilizaciones), será necesaria la prehumectación del material para facilitar la
dispersión uniforme del asfalto y poder lograr la envuelta de la película de ligante, ya
que el porcentaje que se emplea del mismo es muy bajo, -del orden de 4 a 6%- si se
tiene en cuenta la importante superficie específica a que da lugar el alto contenido en
finos antes mencionado. Esta condición de bajo porcentaje de ligante y alto contenido
en fino, debe hacerse compatible con las propiedades permeables de la mezcla, ya
que es necesaria una cierta porosidad de la misma, para que sea posible la
eliminación del agua de mezclado y compactación.
Las características resistentes de estas estabilizaciones se basan principalmente en la
cohesión del metal, conseguida por la película de ligante, y en cuanto a su
comportamiento en obra, dichas características resistentes evolucionan con el tiempo,
teniendo gran influencia en este posterior comportamiento:
El equipo de mezclado que ha de conseguir una eficiente distribución,
homogénea y uniforme del ligante durante la etapa del mezclado.
El equipo de compactación que debe contar con la potencia adecuada para
conseguir una mínima cantidad de fluidos.
Las condiciones climáticas en las que se lleva a cabo la ejecución y puesta en
obra del producto, ya que será necesaria una eliminación previa de parte de los
fluidos requeridos para el mezclado de la emulsión y componente mineral,
hasta llegar a la mínima cantidad de fluidos antes citada, precisa para
compactación.
A lo que hay que añadir como de gran importancia, en el caso del empleo de suelos
estabilizaciones:
La disgregación de dicho suelo en una forma suficientemente eficaz, para
facilitar la distribución homogénea y uniforme del ligante sobre el material.
Teniendo en cuenta las características del componente mineral por si solo y las
correspondientes al producto resultante de su combinación con diferentes contenidos
de emulsión.
El comportamiento de la mezcla a efectos de resistencia a la fatiga y durabilidad será
en función de la densidad, ya que, dependiendo de esta, variará el porcentaje de
vacíos y en consecuencia, la permeabilidad y la posibilidad de la acción directa del
agua sobre el ligante, causa del envejecimiento del mismo, y por tanto de la pérdida de
estabilidad del conjunto y de sus cualidades resistentes.
CAMPO DE APLICACIÓN:
La técnica de las estabilizaciones con emulsión presenta grandes mejoras y
ventajas, comparativamente consideradas con las estabilizaciones con otros
productos asfálticos o de otras clases. Por una parte, se confiere a un material,
que quizá no tuviera aprovechamiento para su utilización en carretera, unas
propiedades importantes desde el punto de vista de sus características
recientes, que, podría decirse le eleva un apreciable escalón dentro del rango
de las citadas utilizaciones. Por otra, puede dar la oportunidad de tratar una
problema de difícil solución, en una zona carente de recursos pétreos a
distancias económicas, con una unidad de obra que debido a sus
características de flexibilidad y adaptación a los movimientos de las capas
inferiores, presenta un comportamiento más adecuado que otras unidades de
parecida ejecución, tales como las estabilizaciones con aglomerantes
hidráulicos, o claramente más económicas y fáciles de ejecutar que aquellas
realizadas con otros productos asfáltico. Por ejemplo, del tipo de ligantes
fluidificados, en los que la eliminación de los solventes frecuentemente no
resulta nada fácil.
En última instancia, su aplicación en reciclados de pavimentaciones y
refuerzos, hace de ellas una unidad de obra muy estimable en el
aprovechamiento de materiales tratados o sin tratar existentes en la carretera,
proporcionándoles una ligazón mediante el componente asfáltico preciso, o por
aportación, además, de nuevo material pétreo que permita encajar el conjunto
dentro de las especificaciones recomendadas por la experiencia.
En términos generales, el campo de aplicación es están amplio como se quiera
pero referido a casos particulares en los que el criterio ingenieril tiene una
importancia decisiva, en la consideración de los factores a tener en cuentan en
todos sus aspectos técnicos, económicos, de seguridad, etc. Este criterio
ingenieril tratara se evaluar la mejora de la características resistentes
conferidas a la mezcla, teniendo en cuenta que se aprovecha un determinado
material de calidad frecuentemente mediocre, y por tanto la mejora será relativa
utilizando para conseguir esta mejora productos caros como los derivados de
los hidrocarburos. Hasta qué punto esta operación resulta económica o factible,
será la cuestión a resolver, puesto que algunos casos aunque la mejora será
relativa, puede ser muy suficiente en relación con los resultados que se
requieren, como puede ser el caso de pavimentación de los hombros,
carreteras secundarias vías de comunicación imprescindible desde un punto de
vista social. Sin embargo, en otros casos, la decisión puede que no sea tan
sencilla de justificar si se trata por ejemplo de una situación donde es posible la
adquisición de mejores componentes minerales aunque sea a un costo
superior, para una vía en la cual, por su ubicación o condiciones geográficas de
la zona, el pronóstico de transito estime un alto índice de crecimiento del
mismo. Aparte de las condiciones expuestas o quizá como consecuencia de
ellas, las estabilizaciones con emulsión tienen un campo de aplicación bien
definido en aquellas ocasiones donde convergen los factores de:
Escasez de recursos pétreos.
Precio bajos de productos petrolíferos.
En las que su utilización aporta soluciones claramente ventajosas unas veces,
y otras, constituyen incluso, la única posibilidad económica de construcción de
vías de acceso imprescindibles o necesarias.
III. DESCRIPCION DEL PROYECTO
La carretera Alto Chicama (Dv. Callacuyan)–Huamachuco, forma parte de la carretera
longitudinal de la sierra (Ruta Nacional 3N) que de manera análoga a la carretera
Panamericana y a la carretera marginal de la selva permiten la integración longitudinal
del Perú. Dentro de la política de desarrollo vial del Ministerio de Transportes y
Comunicaciones del Perú, se ha creído por conveniente desarrollar la ruta transversal
Trujillo-Shorey-Huamachuco, conformada por las rutas nacionales 10A y 3, la cual
constituye la principal vía de integración de las provincias andinas de La Libertad.
El tramo de la carretera se inicia a la altura del km 141 de la carretera Trujillo-
Huamachuco, a una altitud de 4200msnm, en el desvío a Callacuyán, el mismo que
también permite el desvío a la empresa minera Barrick Misquichilca, el trazo de la vía
en los primeros 13 kilómetros es ligeramente sinuoso y presenta pendientes
moderadas, a continuación se inicia el descenso hacia el río Bado, el cual se cruza a
la altura del km 268+745, a una cota de 3250msnm presentando tramos en desarrollos
con curvas de volteos, en general el trazo es sinuoso. A partir del puente, el trazo se
desarrolla por un sector semiurbano, con alineamiento sinuoso debido a la presencia
de quebradas y una pendiente baja, hasta ingresar a la ciudad de Huamachuco, por el
lado sur, sobre una cota de 3200msnm. A lo largo del tramo de la carretera se
atraviesan los poblados de Quesquenda, La Ramada, La Arena, La Perdiz,
Yamobamba, Choquisonguillo, y La Colpa.
III.1. UBICACION
La carretera Alto Chicama (Dv. Callacuyán) - Huamachuco se ubica en el distrito de
Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco y en el distrito de Huamachuco, provincia
de Sánchez Carrión, en el Departamento de La Libertad. Geográficamente la zona de
proyecto pertenece a la Región Natural: Sierra. El tramo de la carretera se inicia en el
desvío a Callacuyán (Dv. Minera Barrick Misquichilca) a una altura de 4200 msnm y
finaliza en el ingreso sur de la Ciudad Huamachuco a un altitud de 3200 msnm,
desarrollándose en una longitud de 37.05 Km. El Tramo del proyecto forma parte de la
carretera departamental Trujillo – Shiran – Otuzco –Huamachuco, conformada por las
Rutas Nacionales 10A y 03N, así como del eje de interconexión transversal de la
Costa a la Selva, a través de la ruta Trujillo – Shiran – Huamachuco – Juanjuí.
Fig 3.1.1–Mapa del Perú. Ubicación del departamento de La Libertad.
Fig 3.1.2–Departamento de La Liberta. Ubicación de la carretera objeto de estudio.
Fig 3.1.3–Ubicación de la carretera Alto Chicama. Entre las provincias de Sánchez
Carrión y Santiago de Chuco.
Figura 3.1.2Figura 3.1.1
Figura 3.1.3
III.2. CLIMA
La zona del proyecto posee un clima templado, moderadamente lluvioso y con
amplitud térmica moderada. La medida anual de temperatura varía entre los 3.5 y 19.4
grados centígrados (Periodo 1965-2000). La precipitación media acumulada anual
para el periodo 1965-2000 es 950.5 mm.
III.3. GEOLOGIA
Las características geológicas del área de estudio tienen sus orígenes ligados al
tectonismo regional iniciado desde el Cretáceo tardío al Mío-Plioceno correspondiente
al Ciclo Andino. Estos movimientos formacionales se intercalaron con periodos de
estabilidad en donde se produjeron las superficies de erosión características de este
territorio.
El tectonismo acontecido es evidenciado en la actualidad por las estructuras
geológicas, constituidas por anticlinales y sinclinales que dominan la región norte del
Perú. Cubriendo en parte a estas estructuras se han depositado secuencias volcánicas
clásticas y derrames lávicos correspondientes al vulcanismo post-tectónico del
Terciario Inferior.
En el área afloran unidades lito-estratigráficas sedimentarias y volcánicas que
comprenden periodos desde el Jurásico Superior (Fm. Chicama) hasta los depósitos
Cuaternarios recientes.
Las secuencias más antiguas corresponden a la Formación Chicama, constituída por
horizontes de lutitas deleznables pardas a negras con intercalación de areniscas
grises; sobreyaciendo a esta unidad se ubican las rocas del Grupo Goyllarisquizga,
conformadas por secuencias marinas continentales, con estratificación bien definida
compuesta de areniscas cuarzosas, niveles de carbón, areniscas calcáreas, lutitas
grises a pardas y niveles de cuarcitas; cubriendo las secuencias cretáceas se
emplazan intercalaciones de tobas volcánicas y derrames andesíticos correspondiente
a rocas del Grupo Calipuy; los depósitos cuaternarios se encuentran acumulados en
los conos eyectivos de las quebradas, lechos de los ríos y cubriendo en parte a los
afloramientos rocosos con una cobertura delgada, estos depósitos son de tipo aluvial,
coluvial y glaciar.
Los afloramientos y depósitos se encuentran conformando 3 unidades
geomorfológicas regionales; la unidad de Superficie de Erosión constituída por los
niveles más altos en este lado de la cordillera de los andes, presentando una
superficie ondulada con pendientes suaves a moderadas; la unidad de valle formada
por el cauce y flancos del Río Bado, sus tributantes mayores y por último la unidad de
depresiones andinas locales que se encuentran formando pequeñas pampas
interandinas.
Geodinámicamente la región es afectada por deslizamientos, erosión de laderas,
derrumbes, reptación de suelos y erosión fluvial, los cuales se incrementan en la
época de lluvias estacionales.
III.4. GEOTECNICA
En esta sección se realizará el análisis de las exploraciones geotécnicas realizada en
campo. Los objetivos de las investigaciones geotécnicas efectuadas son:
• Identificación y caracterización física de los suelos y rocas que conforman la
carretera.
• Ubicar el nivel del agua subterránea.
• Obtener muestras para ser analizadas en laboratorio.
• Caracterización y evaluación de los macizos rocosos.
• Identificación y evaluación de las zonas críticas producidas por los diferentes
fenómenos geodinámicos que se encuentran afectando la vía en estudio.
• Análisis por el método de Equilibrio Límite la estabilidad de los taludes
existente, los cortes y rellenos propuestos.
Las exploraciones geotécnicas consistieron en calicatas, cortes de talud y sondajes
diamantinos.
Estos se realizaron en los sectores críticos, puentes, pontones, taludes y a lo largo de
la carretera en estudio con la finalidad de caracterizar los suelos, rocas y depósitos
para sectorizarlos en áreas que tengan las mismas características litoestratigráficas,
geomorfológicas y geodinámicas.
Se realizaron un total de 132 exploraciones geotécnicas, consistentes en 126 calicatas
y 6 trincheras haciendo un total de 254.20 m. de excavación.
Exploración en zonas críticas y taludes = 123 und.
Exploración en pontones = 10 und.
Sondajes diamantinos en puentes = 40 mts.
Sondajes diamantinos en pontones = 38 mts
ENSAYO EN LABORATORIO DE SUELOS
Las muestras de suelos precedentes de la carretera en estudio se ensayaron
conforme a la norma ASTM que rigen para cada tipo de ensayo, estos ensayos se
realizaron en el laboratorio geotécnico del CISMID de la Universidad Nacional de
Ingeniería (Norma MTC E-101-2000 - ASTM D 420)
La relación de ensayos efectuados es:
• Análisis Granulométrico (ASTM D-422).
• Contenido de Humedad (ASTM D-2216).
• Límite Líquido (ASTM D-423).
• Límite Plástico (ASTM D-424).
• Densidad Natural (ASTM D-1556).
• Peso Específico (ASTM D-854).
• Identificación al Sistema Unificado de Suelos (SUCS).
• Identificación al Sistema AASHTO.
• Triaxial UU (ASTM D-2850).
Los resultados obtenidos de los ensayos en mecánica de suelos efectuados en
laboratorios con las muestras de suelos se presentan en formatos especialmente
elaborados que serán presentados en la sección de anexos.
Clasificación Geomecánica de Macizos Rocosos
Se han efectuado la clasificación de los macizos rocosos representativos presentes en
la zona de estudio, para lo cual se establecieron 4 estaciones geomecánicas en las
que se levantaron y midieron las características de dichos macizos y se tomaron
muestras para los ensayos de laboratorio (ver fichas de estaciones geomecánicas en
el anexo N° 2).
Las muestras de rocas tomadas en campo de la carretera en estudio, se ensayaron en
el laboratorio de Mecánica de Rocas de la Universidad Nacional de Ingeniería,
conforme a los TDM.
La relación de ensayos efectuados es:
• Análisis de Compresión Simple (Uniaxial).
• Análisis de Carga Puntual.
Análisis por el método de Equilibrio Límite la estabilidad de los taludes existente, cortes y rellenos propuestos.
El análisis de estabilidad de taludes por el método de equilibrio limite se ha realizado
por medio de un software disponible en el mercado, el cual emplea los métodos
conocidos de equilibrio límite como BISHOP y JAMBÚ a través de parámetros
geotécnicos convencionales para tal análisis (Áng. fricción, cohesión, peso unitario,
napa freática, etc.). Este software tiene una validación de resultados con respecto a
otros softwares de estabilidad de taludes ampliamente conocidos en el mercado como:
PANGEO - PENDI, SLOPE-W y TALREN que muestran la similitud en los resultados
finales.
SECTORES CRÍTICOS
Se ha identificado 31 zonas críticas de la vía en estudio, las cuales han sido evaluadas
y clasificadas según las siguientes características:
• Tipo de fenómeno geodinámico
• Periodicidad
• Dimensión
• Causas
• Evaluación.
Para la evaluación se han tomado 3 categorías según el impacto que tenga el
fenómeno geodinámico sobre la infraestructura vial y el peligro sobre los transeúntes
de dicha vía, de esta manera se han categorizado en:
Medianamente sensible
En general corresponde a zonas de incidencia de eventos de pequeña escala que se
activan en épocas de lluvia y en épocas de sequía el terreno se estabiliza, estos
movimientos no interrumpen el tránsito de la vía y no pone en peligro la vida de los
transeúntes.
Sensibles
Estos sectores se caracterizan por presentar superficies de erosión o deslizamiento
que deterioran la infraestructura vial, se incrementan más en la época de lluvia y en
eventos de fuertes precipitacionesque pueden obstaculizar parte de la vía con
pequeños derrumbes, huaycos o hundimientos.
Muy Sensibles
Son sectores que por su características morfológicas, estructurales y litológicas
presentan un peligro latente para la infraestructura vial y/o la seguridad de los
transeúntes, se tratan de sectores desestabilizados por la acción antrópica y dadas las
condiciones climáticas del área son sectores muy inestables.
La interpretación geológica – geotécnica se ha realizado mediante los trabajos de
campo, gabinete, ensayos de laboratorio y prospecciones en situ, para los cuales se
desarrollaron calicatas y trincheras en los lugares más representativos de diferentes
zonas, a pesar de ello los datos que se han tomado para la presente evaluación son
aproximaciones de la realidad ya que los depósitos por su naturaleza no son
completamente homogéneos, así mismo el nivel freático puede variar con las
estaciones, bajando en los meses de sequía e incrementándose en los meses de lluvia
e igualmente en los eventos extraordinarios como “El Niño” este nivel se acrecienta de
manera anormal.
Señalamos que los datos fueron tomados entre los meses de mayo y junio, en el
transcurso del término del periodo de lluvias lo que nos muestra el efecto del periodo
de lluvias en la vía y su entorno.
III.5. SISMICIDAD
La ubicación geográfica del Perú, dentro del contexto geotectónico mundial “Cinturón
de Fuego Circunpacífico” y la existencia de la placa tectónica de Nazca que se
introduce debajo de la Placasudamericana, le otorgan a nuestro país un alto índice de
sísmicidad, esto se advierte por los continuos movimientos telúricos producidos en la
actualidad y los eventos catastróficos datados en la historia.
Segiendo los lineamientos del Manual de Diseño de Puentes del MTC, sobre estudios
de riesgo sismico, este establece que para las es tructuras (puentes y pontones) del
tipo que se proyectan en esta carretera, siendo la moyor estructura un puente de una
sola luz apoyados en estribos, que dicha luz no supera el rango establecido en dicho
manual, se utilizaran directamente las fuerzas sísmicas especificadas en el título II del
referido manual.
El coeficiente de aceleración “A” determinado del mapa de iso-aceleraciones con un
10% de nivel de excedencia, para 50 años de vida util, equilvalente a uj periodo de
equivalencia de 475 años.
Zona Sísmica: 4
Coeficiente de aceleración (A): A > 0.29
Coeficiente del sitio (S): Tipo II = 1.2
III.6. HIDROLOGIA E HIDRAULICA
INFORMACIÓN CARTOGRÁFICA
Se cuenta con las Cartas Nacionales proporcionadas por el Instituto Geográfico
Nacional (IGN), a escala 1:100 000, habiéndose empleado las siguientes:
Cajabamba Hoja 16 – g
Santiago de Chuco Hoja 17 – g
Planos proporcionados por el Ministerio de Agricultura del Proyecto Especial de
Titulación de Tierras y Catastro Rural (PETT), a escala 1:25 000, habiéndose
empleado las siguientes:
Quiruvilca Hoja 16 – g (III SE)
Chuyuhuay Hoja 16 – g (II SO)
Laguna Huangacocha Hoja 16 – g (II SE)
Huamachuco Hoja 16 – g (II NE)
Sanagoran Hoja 16 – g (II NO)
INFORMACIÓN PLUVIOMÉTRICA
La información pluviométrica utilizada fue proporcionada por el Servicio Nacional de
Meteorología e Hidrología (SENAMHI), referente a registros de precipitación máxima
en 24 horas disponibles en el área de estudio, dado que la escorrentía existente que
se produce en dicha área, proviene exclusivamente de las precipitaciones pluviales
caídas en la zona.
La ubicación y características de las estaciones pluviométricas localizadas en la zona
de estudio o cercanas a ella, se presentan a continuación en el Cuadro N° 01.
INFORMACIÓN HIDROMÉTRICA
Se ha identificado numerosas quebradas que interceptan el trazo del tramo en estudio,
de las cuales la cuenca del río Bado cuenta con una estación de aforo o medición de
caudales, referente a niveles medios, dicha información ha sido proporcionada por el
Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) y servirá como referencia
de los tirantes calculados mediante el modelamiento hidráulico. A continuación en el
Cuadro N° 02 se presenta la ubicación y característica de dicha estación.
HIDROLOGÍA ESTADÍSTICA
Los métodos probabilísticos que mejor se ajustan a valores extremos máximos,
utilizados en la formulación del presente Estudio son:
Distribución Log Normal
Distribución Valor Extremo Tipo I o Ley de Gumbel
Distribución Log – Pearson Tipo III
PRUEBA KOLMOGOROV – SMIRNON
Se realizó el análisis de la prueba de ajuste según Kolmogorov-Smirnov para
determinar cuál de las distribuciones se ajusta satisfactoriamente a los datos de la
muestra, del cual obtenemos los siguientes resultados:
De la Estación Huamachuco :
Distribución Gumbel Δmáx= 0.0606
Distribución Log PearsonTipo III Δmáx= 0.0594
Distribución Log Normal Δmáx= 0.0696
ΔTabular (Cuadro N° 24, nivel de significancia 0.05, n=39) = 0.2128
0.0594<0.0606<0.0696<0.2128
Δmáx <Δtab
Se aceptan las tres Distribuciones
Podemos concluir que los datos se ajustan satisfactoriamente a una Distribución Log Pearson Tipo III por tener el menor Δmáx = 0.0594.
De la Estación Quiruvilca:
Distribución Gumbel Δmáx= 0.1226
Distribución Log PearsonTipo III Δmáx= 0.0901
Distribución Log Normal Δmáx= 0.1585
ΔTabular (Cuadro N° 24, nivel de significancia 0.05, n=38) = 0.2156
0.0901<0.1226<0.1585<0.2156
Δmáx <Δtab
Se aceptan las tres Distribuciones
Podemos concluir que los datos se ajustan satisfactoriamente a una Distribución Log Pearson Tipo III por tener el menor Δmáx = 0.0901.
De la Estación Huangacocha:
Distribución Gumbel Δmáx= 0.0690
Distribución Log PearsonTipo III Δmáx= 0.0644
Distribución Log Normal Δmáx= 0.0792
ΔTabular ( nivel de significancia 0.05, n=25) = 0.264
0.0644<0.0690<0.0792<0.264
Δmáx <Δtab
Se aceptan las tres Distribuciones
Podemos concluir que los datos se ajustan notablemente a una Distribución Log Pearson Tipo III por tener el menor Δmáx=0.0644.
Para la formulación del presente Estudio, se ha elegido los resultados de la
Distribución Log Pearson III, dado que según la prueba de bondad Kolmogorov –
Smirnov dicha distribución de probabilidades se ajusta satisfactoriamente a los datos
de la muestra. Con el propósito de obtener resultados más conservadores, se ha
asumido como datos de precipitación máxima de diseño la media aritmética de los
valores respectivos entre las estaciones “Huamachuco”, “Quiruvilca” y "Huangacocha",
cuyos resultados fueron ponderados previamente por el factor 1.13 correspondiente a
dos lecturas diarias de precipitaciones (según criterio de Hershfield), tal como se
presenta a continuación.
IV. DESARROLLO DEL TEMA
IV.1. DISEÑO DE MEZCLA
Diseñar una mezcla para la estabilización de la base consiste en determinar las
cantidades de suelo y emulsión necesaria que permitan obtener un material, que
compactado dinámicamente ofrezca determinadas características de durabilidad y
resistencia. El proceso de diseño consiste en una serie de ensayos de laboratorio,
para determinar:
Las cantidades de emulsión asfáltica que deben agregarse al suelo para que la
mezcla endurezca adecuadamente.
La cantidad de agua que se debe agregar.
La densidad a la cual se debe compactar.
Los ensayos de laboratorio necesarios para lograr los valores antes mencionados han
sido normalizados por organismos como ASTM, AASHTO e INV.
IV.2. ETAPAS DE DISEÑO
El trabajo de laboratorio consiste en las siguientes etapas:
Caracterización de los materiales. Se trata de definir los agregados a través de
sus características, granulometría, equivalente de arena, plasticidad y su
comportamiento, 84 enfrentados a las diferentes emulsiones para proceder a la
elección de la más adecuada.
Contenido teórico del ligante.
Se determina mediante cualquiera de los siguientes métodos.
a. Método Gilly: Obtiene el porcentaje de emulsión a emplear a través de la expresión siguiente:
E=0.43 (0.05a+0.10b+0.5c)
L
Siendo:
E = % emulsión a emplear
a = % de material referido en el tamiz Nº 10
b =% de material entre tamiz No. 10 y No. 200
c =% de material que pasa el tamiz No. 200
L= concentración del ligante en la emulsión
b. Método Duriez:Determinar el porcentaje de emulsión a emplear a través del cálculo de la
superficie específica del material (S) a la expresión:
%L=K 5√S
Siendo:
L = % ligante residual, del que puede obtenerse en % de emulsión
dividiendo por la concentración en tanto por uno.
K = módulo de riqueza; 3-4 para estabilizaciones.
S = superficie específica del material. Esta última se obtiene a través de
la siguiente expresión.
S=∑ (%retenidoentamiz× F .S .E .)100
Con los valores de S. F. E. (factor de superficie específica) siguiente:
IV.3. CONTENIDO OPTIMO DE AGUA DE ENVUELTA
Con diversas cantidades de agua de adición se determinaría que proporciona una
vuelta uniforme y homogénea del ligamento, en estimación subjetiva.
IV.4. CONTENIDO OPTIMO DE AGUA DE COMPACTACION
Con el componente mineral solo, se realice el ensayo Proctor Modificado para la
determinación de fluidos correspondientes a la máxima densidad.
Esta etapa diseño es crítica puesto que se pretende conseguir:
Una distribución uniforme y homogénea del ligante sobre el componente
mineral.
Mínima cantidad donde sea necesario proceso de compactación.
Cohesión inicial suficiente para que no se produzca la rotura de la probeta al
desmoldar.
Como puede observarse, por lo ya comentado, son tres condiciones contradictorias,
(especialmente las dos primeras) pero con el empleo de emulsiones asfálticas
catiónicas de rotura controlada es posible llegar a un compromiso, que resulta de
mayor interés conseguir, tanto desde el punto de vista de calidad como de la pronta
apertura al tránsito.
Por ello, resulta recomendable en éste punto, la ejecución de probeta testigos,
(además del Proctor) como mínimo de fluidos de compactación. En todo caso, así
como a una húmeda próxima a la correspondiente a la máxima densidad, no es
posible acercarse a una buena envuelta y distribución del ligante, y por consiguiente
se emplea una humedad de envuelta superior, será necesario proceder a la aireación
de la mezcla.
IV.5. ESTABILIDAD Y RESISTENCIA CONSERVADA (MATERIALES GRANULARES)
El procedimiento a utilizar es el ensayo de acción del agua sobre la cohesión de
mezclas densas bituminosas en frío (ensayo de inmersión-comprensión), que se
define un mínimo numérico de la pérdida producida al comparar la resistencia a
comprensión simple de las probetas curadas al aire, con la correspondiente a probetas
sometidas al acción del agua, manteniendo la humedad óptima y variando el contenido
asfalto residual.
Con moldes perforados para facilitar la evacuación de las agua de rotura, se fabrican
probetas de 101.6mm que se someten a carga estática de 17,000kg. (210kg/cm2)
durante dos minutos.
Las probetas se someten a un período de curado de 14 días (la mitad de 14 días al
aire, la otra mitad de siete días al aire y siete días en agua), siendo la 87 curación al
aire en cámara húmeda a 18°C y 50% de humedad, rompiéndose a velocidad
constante de 1mm/seg).
Estabilidad, Absolución Y Expansión (Suelo) El procedimiento a utilizar es el
ensayo de " dosificación y ensayo de mezclas de suelo-emulsión", que define un
mínimo de la resistencia a destrucción como absolución de agua e hinchamiento,
sobre series de probetas variando por porcentaje de ligante asfálticos residual, el cual
se estructura en la forma siguiente:
Se fabrican series de probetas de 50. 8. mm. por 50.8 mm que se someten a
carga estética de 6000 libras (2720 kg) durante dos minutos.
Las probetas se someten a un período de curado de 7 días (la mitad aire libre y
la otra mitad en agua hasta la mitad altura), a 25°C, procediéndose enseguida
a extrusión a velocidad constante de 25 mm/min, previa predeterminación de la
absorción e hinchamiento de las curadas en agua. La carga máxima de rotura
determina la estabilidad.
La elección del contenido de ligante a emplear tendrá en cuenta además la
estabilidad, absorción e hinchamiento, la densidad de la mezcla obtenida
anteriormente, pues como ya se ha mencionado, en principio una densidad
baja puede dar lugar al envejecimiento prematuro y en consecuencia, a una
pérdida más o menos inmediata de estabilidad.
Como siempre, al tratar de mezclas densas en frío, esta formulación de laboratorio se
corregirá en obra a la vista de las condiciones de humedad de los materiales, clima,
equipos disponibles, etc.
IV.6. ESPECIFICACIONES DE MATERIALES A SER EMPLEADOS EN EL DISEÑO DE LA MEZCLA
El material por estabilizar puede ser aquel que resulta al escarificar una capa
superficial existente, un material que se adiciona o una mezcla de ambos, estas
especificaciones han sido tomadas del Articulo 340, de las Especificaciones 88
Generales de Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías dependencia
del Ministerio de Transporte de Colombia.
Suelos y Agregados
Los materiales por estabilizar podrán ser agregados pétreos o suelos naturales, cuyas
características básicas se indican a continuación:
a) Agregados Pétreos. Los agregados podrán ser triturados, clasificados o una
mezcla de ambos y deberán estar exentos de materia orgánica o cualquier otra
sustancia perjudicial. Deberán cumplir, además, los siguientes requisitos:
Granulometría. El agregado por estabilizar deberá presentar una gradación
que se ajuste a alguna de las siguientes franjas:
Plasticidad. La fracción inferior al tamiz de 425 μm (No.40), deberá
presentar un índice plástico no mayor de siete (7).
Resistencia a la abrasión. El agregado a estabilizar con emulsión asfáltica
deberá presentar un desgaste no mayor de cincuenta por ciento (50%) al
ser ensayado en la máquina de Los Ángeles (norma de ensayo INV E-218
o su equivalente ASTM-AASHTO).
b) Suelos. Podrán emplearse suelos de grano fino que sean pulverizables o
disgregables económicamente, que se encuentren exentos de cantidades
perjudiciales de materia orgánica, arcilla plástica, materiales micáceos y
cualquier otra sustancia objetable. Sus requisitos básicos son los siguientes:
Granulometría. La granulometría del material pulverizado, listo para
estabilizar, deberá ajustarse a los siguientes límites:
Plasticidad. El índice de plástico de la fracción que pasa el tamiz de 425 μm
(No.40), determinado según norma de ensayo INV E-218 o su equivalente
ASTM-AASHTO, no podrá ser mayor de siete (7).
Clasificación. Independientemente del cumplimiento de los anteriores
requisitos, el suelo deberá clasificar en los grupos A-1-b ó A-2-4 del sistema
de clasificación de la AASHTO.
Equivalente de arena. De acuerdo con la clasificación del suelo por
estabilizar, su equivalente de arena (norma de ensayo INV E-133 o su
equivalente ASTM-AASHTO) deberá estar comprendido dentro de los
siguientes límites:
o Menor o igual a noventa (90) para los suelos A - 1 – b
o Entre veinte (20) y cuarenta (40) para los suelos A - 2 -4
Resistencia El suelo sin estabilizar deberá presentar un C.B.R. (Norma de
ensayo INV E-148) mínimo de quince (15) al cien por ciento (100%) de la
densidad máxima del ensayo Proctor modificado (INV E-142 o su
equivalente ASTM-AASHTO).
c) Material Bituminoso. Será una emulsión asfáltica catiónica de rotura lenta,
que corresponda a los tipos CRL-1 o CRL-1h, que cumpla los requisitos de
calidad siguientes:
d) Agua. El agua que se requiera para la estabilización deberá ser limpia y libre
de materia orgánica, álcalis y otras sustancias perjudiciales. Su pH, medido de
acuerdo con norma de ensayo ASTM D-1293, deberá estar entre cinco y medio
y ocho (5.5 y 8.0) y el contenido de sulfatos, expresado como SO4 = y
determinado según norma ASTM D-516, no podrá ser mayor de un gramo por
litro (1 g/l).
IV.7. METODOS DE DISEÑO Y PRESCRIPCIONES QUE DEBEN CUMPLIR LAS MEZCLAS
Después de haber establecidos las especificaciones que deben cumplir los materiales
que se van a usar en el diseño de la mezcla, se establecen dos métodos de diseño de
mezcla:
a) Método de Inmersión – Compresión
Este método se utiliza para diseño de mezclas cuando los el material a estabilizar son
agregados pétreos. En el caso de que los materiales por estabilizar sean agregados
pétreos, el diseño de la mezcla se efectuará empleando el ensayo de inmersión-
compresión, 92 aplicando el siguiente criterio para la determinación del contenido
óptimo de ligante:
El contenido óptimo de agua de preenvuelta se fijará a la vista del suelo o agregado
por estabilizar, basándose principalmente en la experiencia obtenida en casos
análogos. La humedad por elegir será aquella que dé lugar a un cubrimiento uniforme
y homogéneo del material mineral por parte del ligante, mientras que la humedad
óptima de compactación será la óptima del ensayo Proctor modificado sobre el suelo o
agregado por estabilizar.
b) Método de Extrusión
Cuando los materiales por estabilizar correspondan a suelo, el diseño de la mezcla se
hará a través del ensayo de extrusión, aplicando el siguiente criterio para la
determinación del contenido óptimo de ligante:
V. ANALISIS DE LOS RESULTADOSVI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
VII. BIBLIOGRAFIAS
Ministerio de Transportes y Comunicaciones - Estudio Definitivo para la
Rehabilitación y Mantenimiento de la carretera TRUJILLLO-SHIRAN-
HUAMACHUCO - TRAMO: ALTO CHICAMA (CALLACUYAN) –
HUAMACHUCO.
“Guía Básica Para El Uso De Emulsiones Asfálticas En La Estabilización De
Bases En Caminos De Baja Intensidad En El Salvador” - UNIVERSIDAD DE EL
SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE
INGENIERÍA CIVIL. Noviembre de 2007.
Tesis: “Diseño y evaluación de un afirmado estabilizado con emulsión asfáltica,
aplicación: Carretera Cañeter – Chupaca” – UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERIA. 2010
VIII. ANEXOS
Norma CE.020 Estabilizacion de Suelos y Taludes
6. Suelos6.1 Estabilizacion de suelos mediante métodos químicos
Se aplican métodos químicos en la estabilización de suelos, en casos que:
No cumpla con los requisitos mínimos de resistencia o deformación para
sustentar obras de ingeniería civil.
No pueda ser empleado en condiciones naturales.
No pueda ser eliminado o reemplazado por otro.
Para aplicar métodos químicos, el Profesional Responsable deberá sustentar
previamente un estudio técnico, que el suelo alcanzará estabilidad volumétrica,
adecuada resistencia, permeabilidad, compresibilidad y durabilidad.
Tanto la técnica, como los insumos empleados, no deben generar riesgo para el
hombre, otros seres vivos y el ambiente, o por lo que debe desarrollarse un EIA.
Los productos deberán estar fabricados a base de enzimas o compuestos multi
enzimáticos que trabajen en forma eficiente para el beneficio del medio ambiente
según el Trabajo Técnico del Banco Mundial N°140 “Libro de Consulta para la
Evaluación Ambiental” y solo requieran de agua para su dilución y aplicación.
6.1.1 Aditivo Estabilizador“…La efectividad de los agentes estabilizadores debe cumplir con lo indicado en el
siguiente cuadro:”
6.1.1.3 Estabilización con AsfaltoSe empleara asfalto o bitumen, para lograr propiedades impermeabilizantes,
adhesivas y de preservación, en el suelo. En suelos friccionantes puede considerarse,
además de la química, estabilización mecánica.
La estabilización de cada suelo, debe ser investigada en forma independiente, a partir
de la granulometría, plasticidad, densidad y otras propiedades del suelo. Para un peso
específico del material igual a 1.64 gr/cm3, le debe corresponder 10% de asfalto y
para 1.75 gr/cm3, no es necesario su aplicación, tal como lo muestra a continuación el
siguiente cuadro:
