Exposcicion Suelos Final

7/24/2019 Exposcicion Suelos Final

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COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

La capacidad estructural de pavimentos en servicio, puede medirse utilizando ensayos no destructivos (END), ensayos destructivos (ED), por ambos. Los ED implican la extraccin de muestras probetas que son ensayadas

en el laboratorio para determinar las propiedades de las capas. La resistencia de los materiales y los tipos dedefectos presentes en cada capa se utilizan para determinar la capacidad de cara, las capas da!adas y la causa dela falla estructural. Esta informacin se puede utilizar en los procedimientos de dise!o y an"lisis para determinarsi el pavimento tiene la capacidad estructural necesaria para el tr"fico presente y el proyectado.

Los END pueden utilizarse para evaluar la capacidad estructural del pavimento. Los END miden la respuestaeneral del pavimento a una cara sin disturbar o destruir los componentes del pavimento. Los mismos tienenmuc#as venta$as con respecto a los ED en las quepodemos mencionar% no da!a el pavimento, se minimizan losensayos de laboratorio, es r"pido y econmico.

&uando se aplica una cara en la superficie del pavimento se inducen esfuerzos en las capas inferiores causandotensiones en todas las capas. La suma de todas las deformaciones verticales en la estructura del pavimento y en el

terreno de fundacin representa la deflexin del pavimento y dic#o valor se considera un excelente indicador de laresistencia del pavimento. En otras palabras cuando la deflexin excede un valor l'mite, el pavimentoseuramente mostrar" aln tipo de debilidad estructural, por lo que un pavimento dbil tendr" deflexin muc#om"s rande que un pavimento m"s fuerte cuando se aplica la misma cara.

Los equipos de END para evaluar las propiedades in*situ del pavimento, m"s comnmente usados en +..-. son%

*ia /en0elman,*Dinaflect*1oad 1ater*Deflectmetro de 2mpacto (3allin 4ei#t Deflectometer 34D)

5odos estos equipos miden la respuesta del pavimento frente a una cara externa, y dic#a respuesta por lo enerales en trminos de deflexiones de la superficie en uno m"s puntos del pavimento.

En el 6er el 75& por cuestiones pr"cticas y econmicas exie el uso de la ia /en0elman para la medicin dedeflexiones en los trminos de referencia de las carreteras a mantenerse re#abilitarse.


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METODOLOGAS EXISTENTES RACIONALES Y EMPIRICAS

6ara determinar la capacidad estructural del pavimento y estimar el espesor del refuerzo requerido se puedeemplear metodolo'as emp'ricas y racionales.

7etodolo'a racional del 2nstituto del -sfalto. 7etodolo'a de base racional 7odelo El"stico 7odelo de 8o 7etodolo'a emp'rica establecida por El &onsorcio de 1e#abilitacin ial &9N1E2-L.

METODOLOGA DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

La metodolo'a racional del 2nstituto del -sfalto, no solo emplea el valor m"ximo de la deflexin, sino quetambin analizan el tipo de curvatura que adopta la superficie carada en los ensayos. El espesor del pavimento sedetermina en funcin de la resistencia relativa de las capas componentes de la estructura del pavimento y de laproyeccin del tr"fico.

Los espesores de refuerzo se calculan en funcin de la deflexin caracter'stica (Dc) y del nmero de repeticionesde e$es equivalentes de :.; toneladas, acumulados en el periodo de dise!o. Esta metodolo'a se describe en elmanual -sp#alt 9verlays 3or 8i#.

Estos conceptos son empleados en el soft.

METODO ELSTICO MODELO MATEMTICO

En el a!o de =@AA -.8.-. 8o present la solucin matem"tica del modelo que lleva su nombre. Este modelorepresenta al pavimento como una placa delada con cierta riidez a la flexin y #orizontalmente infinita,

sustentada por una capa el"stica #omonea e isotrpica, de espesor infinito o limitado por una base r'ida,#orizontal y perfectamente ruosa.

En este mtodo, la evaluacin del terreno de fundacin y la estructura del pavimento existente consiste en ladeterminacin anal'tica del &./.1. del terreno de fundacin y de los par"metros estructurales que caracterizan laestructura del pavimento.

El sistema pavimento B subrasante existente es idealizado por un modelo el"stico de dos capara (7odelo de8o) y las deflexiones son medidas con la via /en0elman. Los par"metros estructurales del sistema soncalculados determinando los mdulos de elasticidad del pavimento y del terreno de fundacin, el nmeroestructural del pavimento existente y el nmero estructural requerido. 6ara determinar los espesores de las capasque componen la estructura del pavimento se suelen emplear los coeficientes del mtodo --859.


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METODOLOGA EMPRICA CONREVIAL

e basa en el valor de la deflexin m"xima y el tipo de curvatura que adopta la superficie carada, siendo susresultados confiables a medida que exista una base comparativa en una ran variedad de estructuras.

Deflexiones

La deflexin es una medida el"stica, pero intervienen esfuerzos pl"sticos. Los primeros desaparecen en cuanto serenuevan las caras y los seundos son permanentes y su acumulacin a travs de las reiteraciones de las carasproduce distorsiones de a#uellamiento en la superficie del pavimento. 6or este motivo se distinuen tres tipos dedeflexiones%

Deflexin 5otal (D5)% Es la deformacin vertical puntual de una superficie ba$o accin de una cara.Deflexin recuperable o el"stica (Dr)% Es la recuperacin el"stica de la superficie que se produce al retirar lacara.Deflexin permanente residual (Dp)% es la diferencia entre la posicin oriinal de la superficie antes de aplicar

la cara y despus deretirarla.

TIPOS DE DEFLEXIONES

7edicin de deflexiones con ia /en0elman

El instrumento m"s utilizado para medir la deformacin el"stica de un pavimento es la ia /en0elmandesarrollado por -lvin &arlton /en0elman, que permite conocer diferentes estados y propiedades del pavimentoCde ran utilidad para el dise!o, construccin y conservacin de su estructura.La ia /en0elman es un dispositivo mec"nico, que mide el desplazamiento de un punto colocado entre ruedasduales de un camin ba$o el e$e de cara, con una determinada presin de inflado en los neum"ticos y una carapre*establecida en el e$e.


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E+E7- ? 612N&2629 DE 96E1-&2N DE L- 2F- /ENGEL7-N

&9N32F+1-&29N FE97E512&- DEL 25E7- DE &-1F- DE EN-?9 &9N 2F- /ENGEL7-N

La ia /en0elman de acuerdo a los procedimientos estandarizados, no mide la deformacin el"stica delpavimento en un proceso de cara directa sino que partiendo de un estado inicial en que el pavimento se encuentracarado, mide la recuperacin que ste experimenta al ser descarado proresivamente.

6ara ello se coloca la punta del instrumento, en un punto HDI seleccionado, ba$o centro de ravedad de una de lasllantas dobles del camin que aplica la cara, y que inicialmente se encuentra estacionado. El pavimento enconsecuencia, por defecto del peso aplicado por las llantas experimenta una deformacin el"stica. En esa posicinse rada el dial en HceroI, que ser'a la lectura inicial.

E+E7- DEL 619&E9 DE 7ED2&2N &9N 2F- /ENGEL7-N

El camin avanza a una velocidad muy ba$a de (= a J GmK#), como consecuencia el punto HDI del pavimento,donde est" apoyada la punta de la ia /en0elman, es liberado proresivamente de la cara a la que inicialmenteestaba sometido, y por lo tanto, el pavimento en ese punto empieza iualmente a recuperarse del estado dedeformacin en que se encontraba.&uando el camin avanza ; cm, el pavimento en el punto HDI seuir" todav'a parcialmente deformadoC en esaposicin se tomar" una seunda lectura.

3inalmente, la llanta del camin se ale$a completamente del punto HDI de$"ndolo completamente liberado de lainfluencia de la cara, y , en consecuencia, el pavimento en dic#o punto se recuperar" casi completamente delestado inicial de deformacin, condicin en el cual se toma una ltima lectura en el dial del deflectmetro.

Cl!"lo #e l$s #eflexiones

El c"lculo de las deflexiones m"ximas, se debe calcular la diferencia entre la lectura inicial y la lectura final. 6arala deflexin a ; cm, se debe de encontrar la diferencia entre la lectura final y la lectura a ; cm.

Las diferencias se multiplican por la relacin de brazos de la ia /en0elman utilizada.

Co%%e!!i&n #e l$s Deflexiones 'o% efe!(o #e l$ Te)'e%$("%$

6ara un pavimento, la manitud de las deflexiones aumenta con un incremento de la temperatura de la carpeta,atribuido a una menor riidez de la mezcla. 6ara correir la deflexin se corrien respecto a una temperaturaest"ndar de ;M&.

6ara el caso de tratamientos superficiales bituminosos dic#o rano se #a ampliado #asta J:&, y en virtud alescaso aporte estructural de los mismos, &9N1E2-L considera no necesario efectuar correccin portemperatura.


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- fin de referir todas las deflexiones a una temperatura est"ndar de ;M&, se emplea la siuiente formula%

D *+,-C. / D(0*1 x *(2+,-C.x 345.

Donde%

D (;M&)% Deflexin recuperable a la temperatura est"ndar ;M& (=M*; mm)G% =x =M*JC constante de las capas ranulares (=Kcm x &)Dt% Deflexin recuperable a la temperatura HtI (=M*; mm)t% 5emperatura de la carpeta asf"ltica del pavimento (&)#% Espesor de la carpeta asf"ltica (cm)

Co%%e!!i&n 'o% es($!ion$li#$#

La capacidad de deformacin de los suelos est" influenciada por el rado de saturacin que experimentan, por lotanto, es deseable que la medicin de deflexiones se realice durante la estacin de lluvias, durante la cual lossuelos se encuentran en su situacin m"s cr'tica. De no ser as', se debe efectuar la correccin de las medidas a finde tomar en cuenta dic#o aspecto. Los valores de deflexin deben afectarse por los siuientes valores%

N-5+1-LEO- DE +EL9 DE +/1--N5E E5-&29N LL+29- E5-&29N E&-

uelos arenosos y

permeables=.M =.= a =.J

uelos arcillosos eimpermeables

=.M =.; a =.A

3actores de &orreccin por Estacionalidad

ANALISIS DE LA CAPACIDAD ESTRUCTURAL

De(e%)in$!i&n #el R$#io #e C"%6$("%$

El rado de curvatura de la l'nea el"stica de Deflexin es una caracter'stica de fundamental importancia, quedetermina la manitud de la deformacin lineal por traccin que sufren las capas el"sticas el flexionar ba$o lascaras de tr"nsito.

El mtodo para determinar el radio de curvatura, se basa en la #iptesis de que la l'nea de deflexiones de ladistancia #asta el e$e de la cara, se aproxima a una par"bola #asta una distancia superior a ; cm, sufriendo lueouna inflexin para atender asintticamente #acia la #orizontal. La curvatura de la par"bola queda entoncesdefinida por su par"metro, el cual en la zona de m"xima curvatura, se confunde con el radio del arco oscular endic#o punto, es decir exactamente ba$o el centro del e$e de la rueda carada. El radio de curvatura sen lametodolo'a francesa se expresa mediante la siuiente frmula%


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DEFORMADA DEL PAVIMENTO Y RADIO DE CURVATURA

R!/ *5, x +7 +.0 *+ x *D,2D+7..

Donde%

1c% 1adio de &urvatura (m)DM% Deflexin m"xima correida por temperatura (=M*; mm)D;% Deflexin a ; cm correida por temperatura (=M*; mm)=M% &oeficiente por cambio de unidades

DEFLEXIN CARACTERSTICA

La deflexin caracter'stica, es un par"metro estad'stico, empleado para la caracterizacin representativa de los

pavimentos. 6ara su determinacin, es necesario contar con una base de datos de deflexiones recuperablesm"ximas (DM), del tramo que se quiere evaluar, y establecer los par"metros estad'sticos de dic#os datos.

Los estudios de deflexiones recuperables #an demostrado que las deflexiones medidas en una seccin delpavimento, presentan una distribucin de frecuencias que se aseme$an a una distribucin normal.

6or ende, a partir de las deflexiones individuales, asumiendo que se #allan distribuidas de acuerdo a la ley deFauss se #an determinado la deflexin promedio (Dprom), el desv'o cuadr"tico medio o desviacin est"ndar (P) yel coeficiente de variacin &, usando las siuientes expresionesC donde n es el nmero de determinaciones%

D8'%o)/ *98*i/5.:n;Di.0n

Dado que la desviacin est"ndar aumenta con un incremento de las deflexiones, y mayores deflexiones est"nasociadas a pavimentos m"s dbiles en eneral son m"s variables, y que la deflexin de dise!o, cuando se utilizaen aln mtodo para el c"lculo de refuerzo, debe basarse tanta en la deflexin media como en la dispersin.

6ara dise!o se emplea la deflexin caracter'stica, valor que representa me$or a una determinada seccinCsiuiendo el criterio adoptado normalmente en an"lisis estad'stico, se establece como deflexin caracter'stica a%

D! / D'%o) 4 < (

Donde%

Dc% Deflexin caracter'sticaDprom% Deflexin promedio de los valores individuales DM correidost % &oeficiente que representa al porcenta$e del "rea total con probabilidad de presentar deflexiones superiores a ladeflexin caracter'sticaP % Desviacin est"ndar


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&onsiderando que cada deflexin media representa una cierta extensin "rea de pavimento, cada valor HtIcorresponder" a un porcenta$e del "rea total con probabilidad de presentar deflexiones superiores a las

caracter'sticas correspondientes.

VALOR DE =(> Y PRO?A?ILIDAD DE OCURRENCIAVALOR DE DISE@O DEFLEXION CARACTERISTICA

D! D' EXTENSION DELPAVIMENTO

CON DD!

M DpromQM.RA> P M> DpromQ P ;: DpromQ=.J P =

@M DpromQ=.RA P =M@ DpromQ; P @: DpQ;.JJ P ;@@ DpQJ P =

(3uente% Sos 4ilfredo L., 7odelacin Feotcnica de 6avimentos 3lexibles con 3ines de -n"lisis y Dise!o en el 6er, Lima 6er, ;MM>)

En el caso del dise!o de un refuerzo, el espesor deber" ser tal que solo una peque!a "rea resulte infradise!ada. Laeleccin del valor HtI es una decisin tcnico B econmica que depender" del nmero de determinaciones, delrado de confiabilidad, de la relacin entre costos de mantenimiento y de re#abilitacin, de la variabilidad decapacidad estructural o constructiva, del tr"fico, ubicacin e importancia de la carretera, etc.

En el mtodo &9N1E2-L se adopta como deflexin caracter'stica aquella que corresponde al @T, es decir laque es superada solo por el T de las determinaciones (DpQ=.RA P).

Deflexi&n A#)isiBle

La deflexin admisible, es un par"metro definido en funcin al tr"fico de dise!o, que establece un l'mite para ladeflexin caracter'stica, por encima del cual no se arantiza un comportamiento satisfactorio de la estructura,durante el periodo considerado.

D$/5570N5:*50.

Donde%Da% Deflexin admisible (en mm)N=:% Numero esperado de repeticiones de e$es equivalentes a :.; toneladas en el periodo de dise!o (en millones).

Los valores resultan del estudio de tr"nsito, el cual intera los conteos de ve#'culos, el pesa$e de los ve#'culos demayor capacidad y #allar los factores equivalentes de cara y tasas de crecimiento anual de tr"nsito.


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Defle!(oH%$)$s

Los resultados obtenidos se vuelcan en un deflectorama donde se rafican los resultados obtenidos, permitiendo

una visin lobal del con$unto de datos obtenidos.

El deflectorama constituye un elemento fundamental para el an"lisis de la variabilidad de la capacidadestructural. En este sentido se destaca que el principal ob$etivo de la medicin de deflexiones radica en poderdiferenciar secciones de distinta capacidad estructural en un mismo tramo.

En base a los deflectoramas se procede a%

Diferenciar secciones de distinta capacidad estructural yKo comportamiento considerando deflexiones,fallas observadas y estructura del pavimento.

Eliminar valores extremos aislados 9btenidos los par"metros estad'sticos, ubicar las perforaciones requeridas para interpretar los resultados,

en zonas representativas de acuerdo al comportamiento estructural. Delimitar secciones en las que se requiere intensificar los estudios o realizar estudios especiales. Evaluacin de la capacidad estructural del pavimento

Los valores calculados de 1c, Dc, Dp y la Da, se contrastan con los valores que presenta las recomendaciones atener en cuenta para el dise!o de refuerzo.


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MODELOS DE DETERIORO

En pavimentos de concreto #idr"ulico, los deterioros que usualmente se consideran como esenciales, sin serlos nicos, son el arietamiento por fatia, el escalonamiento entre losas y los desprendimientos de bloque.6ara el caso del arietamiento por fatia, ste se puede propaar iniciando a partir del fondo de la losa o biendesde la superficie. El inicio del arietamiento se debe al desarrollo de esfuerzos cr'ticos de tensin en la losa deconcreto en ciertas ubicaciones dentro del pavimento (fiura J.=).

a) -rietamiento iniciando desde aba$o

b) -rietamiento iniciando en superficie

5r"fico

Esfuerzo

Esfuerzo

3iura J.= 5ipos de arietamiento por fatia considerados en pavimentos de concreto


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Los modelos de deterioro para el caso de arietamiento por fatia relacionan el nmero de repeticiones Nadmisible con el nivel de esfuerzos aplicado, usualmente empleando la relacin de esfuerzos 1, definidacomo el cociente entre el esfuerzo de tensin m"ximo esperado en el fondo de la losa y el valor de laresistencia a la tensin del concreto medida con base en el mdulo de ruptura 7r, es decir,

En donde las constantes dependen del tipo de concreto que se utiliceC por ello se debe de validar para suaplicacin en cada pa's.

9tro tipo de deterioro que se puede presentar es el escalonamiento entre $untas transversales, que es factible deasociar a una falta de transferencia de cara entre dos losas consecutivas, ya sea por escasez o ausencia de$untas, bien por una capacidad de apoyo deficiente del material de base. Desde un punto de vista estructural,este tipo de deterioro se asocia a las deflexiones m"ximas que se pueden observar en las esquinas de las losas(fiura J.;).


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a) in pasa$untas b) &on pasa$untas

3iura J.; 1espuestas estructurales asociadas al escalonamiento entre losas

Es usual explicar el escalonamiento a partir del fenmeno de bombeo, que se presenta cuando el material debase es erosionable, est" saturado y la intensidad del tr"nsito ve#icular es muy alta (fiura J.J).

3iura J.J Esquema explicativo del fenmeno de bombeo en pavimentos de concreto


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Los modelos matem"ticos para calcular el nivel de escalonamiento #acen intervenir de forma emp'rica elvalor de la deflexin en la esquina de losaC un factor E19D relacionado con el potencial de erosin delmaterialC y un factor 4 con el aua libre presenteC esto es

Donde & es una constante de a$uste, y a,b,c son los factores de correlacin. +n factor fundamental lo $uea elpotencial de erosin de la base, que se puede estimar a partir de una clasificacin sub$etiva (tabla J.=), establecidapor la -sociacin 7undial de &arreteras (62-1&).

5abla J.=

&lasificacin de materiales sen su resistencia a la erosin, de acuerdo con la -sociacin 7undial de&arreteras (62-1&).

6ara el caso de pavimentos de concreto continuamente reforzados, un deterioro especial es el denominadodesprendimiento de bloque, que se ilustra en la fiuraJ.A en con$unto con los puntos cr'ticos en donde se calculan los esfuerzos, y deformaciones de tensin.

&lase Descripcin

- (extremadamente

resistente)

&oncreto #idralico

&oncreto asf"ltico

/ase permeable

/(muy resistente)

7aterial ranular tratado con

cemento ( T)


asfalto (A T)

&

resistente


cemento (J.T)


asfalto (JT)

Derosionable

7aterial ranular tratado con ;.T

de aln aditivo

uelos estabilizados

Emuy erosionable

7ateriales ranulares no tratados


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3iura J.A

6untos cr'ticos en el c"lculo de esfuerzos y deformaciones de tensin para el deteriorodenominado desprendimiento de bloque

Los deterioros mencionados son inducidos por la cara repetida que provoca el tr"nsito ve#icular.Existen, sin embaro, arietamientos que se pueden enerar por el alabeo de la losa de concretopor cambios de temperatura (fiura J.), o cambios de #umedad, y que conviene tenerlos encuenta.

Fradiente

Fradiente

3iura J.

Esquema del fenmeno de alabeo por temperatura en pavimentos de concreto


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