diseño de resistencia
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Diseño de ResistenciaTRANSCRIPT
FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
TEMA
“Resistencia de diseños en suelos de fundación”
AUTORES:
Peñaloza Ricapa, Henry
Martinez Chávez Edgar
Tineo Evangelista Jordan
ASESORA:
Hugo Casso Valdivia
CURSO
Pavimentos
LIMA – PERÚ
(2016 – I)
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ÍNDICE
I. INTRODUCCIÓN 1
II. ARGUMENTACION
RESISTENCIA DE DISEÑO 1
PERIODO DE DISEÑO DE PAVIMENTO
ESTUDIO DE TRAFICO INCLUYENDO VOLUMEN Y DISTRIBUCIÓN DE
PESO POR EJE 1
MÉTODOS DE DISEÑO 1
III. CONCLUSIONES 1
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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I. INTRODUCCIÓN
El suelo es la estructura de soporte de la estructura del pavimento y representa uno de
los problemas más complejos de modelar y predecir su comportamiento, debido a que es
afectado por muchos factores. Proporciona una parte sustancial de la capacidad general del
sistema estructural del pavimento, sobre todo en los pavimentos flexibles. Los esfuerzos
generados por las cargas de tráfico son mayores en las capas superiores y disminuye con la
profundidad. Las capas superiores son de mayor calidad y de mayor costo y los de menor
calidad y menor costo se utilizan para las capas más profundas de la estructura. Los suelos de
fundación pueden ser naturales o transportados (rellenos).
El diseño de pavimentos es una disciplina de la ingeniería civil que se encarga de la
determinación de los espesores y las características físicas mecánicas que deben tener los
materiales que comprenden la estructura de una vía para que sea capaz de soportar las
cargas de tráfico y ambientales a los que será sometidos durante un determinado periodo de
tiempo. Esto y otras razones nos llevan a presentar la investigación resistencia de diseño en
suelos de fundación. Esta disciplina se inició con la construcción de los primeros caminos sin
embargo es a partir de la aparición de los vehículos que cobra in impulso mayor, siendo cada
vez más sofisticada en términos de los elementos de análisis y predicción del
comportamiento.
Los primeros métodos de diseño de pavimentos fueron principalmente empíricos y se
basaban en relaciones similares a las desarrolladas en la mecánica de suelos, estableciendo
cargas límites para mantener los esfuerzos cortantes bajo ciertos niveles para evitar fallas.
Estos métodos, por lo general, consideraban en el diseño una carga máxima a la que sería
sometida la estructura y el diseño consistía en dimensionar los espesores para soportar esa
carga de diseño. Estos primero métodos caracterizaban a los materiales en base a ensayos
disponibles y desarrollados para la geotecnia, posteriormente fueron apareciendo ensayos
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exclusivos para la determinación de las propiedades de los materiales granulares, suelo de
fundación y superficie de rodadura.
Actualmente la ingeniería de pavimentos es una disciplina por sí misma, combina el
conocimiento de la mecánica de los materiales, el análisis estructural de los componentes, las
tecnologías constructivas y la gestión de conservación. Esta interacción entre diferentes áreas
de conocimiento representa un reto para el ingeniero de pavimentos quien debe buscar la
solución más adecuada al costo más efectivo. Para Diseño de Pavimentos, se requiere
conocer las propiedades de los suelos que servirán como suelos de fundación y sub rasante,
pudiendo ser naturales o artificiales (corte o relleno) cabe mencionas que estos estudios son
fundamentales para. Resistencia de diseño de suelo de fundación.
En la ingeniería de pavimentos se han incorporado nuevos conceptos como esfuerzos,
deformación, módulo elástico, comportamiento resiliente, etc. que deberá ser conocidos por
el lector. En el presente capítulo se definirán algunos de estos conceptos y los otros serán
explicados en capítulos especiales. La estructura que se apoya sobre el terreno de fundación
o subrasante, y que está conformado por capas de materiales de diferentes calidades y
espesores, que obedecen a un diseño estructural, se denomina pavimento. La estructura del
pavimento está destinada a soportar las cargas provenientes del tráfico. Tradicionalmente, los
métodos de diseño de pavimentos, han sido empíricos; es decir, que la experiencia
representaba un papel importante. Se requería que el ingeniero tuviese muchos años en el
área para, de alguna manera, poder interpretar los resultados de las investigaciones de
campo y realizar el diseño.
Los pavimentos asfálticos están conformados por una carpeta asfáltica apoyada
generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y sub base. No obstante puede prescindirse
de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares del proyecto. La
distribución típica de las capas que conforman la estructura del pavimento
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II. ARGUMENTACION
II.1. Resistencia de diseño
El soporte proporcionado por el suelo al pavimento de suelo-cemento es el
elemento más importante en el procedimiento de diseño. El soporte del suelo es
medido en términos del módulo de Westergaard de reacción del suelo k, el cual
se determina mediante ensayos de placa sobre el terreno. El procedimiento
para la medición en campo de los valores de k esta dado en el Manual Técnico
del Ejercito TM5-824-3. En caso que no esté disponible el equipo para la
determinación del valor-k mediante el ensayo de placa, las relaciones
aproximadas listadas en la Tabla 2 pueden ser utilizadas a modo de guía; ellas
están basadas en ensayos de laboratorio sobre tipos generales de suelos.
Desde que estas relaciones son aproximadas y frecuentemente influenciadas
por variaciones en los métodos de ensayos, podrán ser modificadas de acuerdo
a la práctica local.
Suelos muy blandos que tengan valores de resistencia significativamente
menores que los valores de soporte mostrados en la Tabla 2, no serán capaces
de soportar el equipo necesario para alcanzar una adecuada compactación del
suelo-cemento. Estos suelos deberán ser mejorados mediante diversos
métodos descritos en el Manual de Construcción de Suelo-Cemento de la PCA.
Tabla 2. Relaciones entre Tipos de Suelos y Valores de Soporte
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II.2. Periodo de diseño
El periodo de diseño seleccionado convencionalmente por el procedimiento
es de 20 años. Sin embargo este valor no hay que confundirlo con la vida de
servicio de los pavimentos con suelo-cemento. Proyectos que han sido
construidos a mediados y finales de 1930’s muestran que sus vidas útiles no
han sido excedidas, y que las capas de suelo-cemento aún siguen funcionando
como principal elemento que soporta las cargas.
Debido a que la selección del periodo de diseño es algo arbitrario y que la
formulación del diseño no es particularmente sensible a las variaciones en el
periodo de diseño, el diseñador puede seleccionar un valor diferente de este y
proporcionar el volumen total de tráfico en forma concordante.
Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseño, para el cual se
determinan las características del pavimento, evaluando su comportamiento
para distintas alternativas a largo plazo, con el fin de satisfacer las exigencias
del servicio durante el periodo de diseño elegido, a un costo razonable.
Generalmente el periodo de diseño será mayor al de la vida útil del pavimento,
porque incluye en el análisis al menos una rehabilitación o recrecimiento, por lo
tanto éste será superior a 20 años. Los periodos de diseño recomendados por
la AASHTO se muestran en la tabla IV.1.
Tabla IV.1. Periodos de Diseño en Función del Tipo de Carretera
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II.3.Estudio de trafico incluyendo volumen de peso por eje
Los pesos y volúmenes de las cargas por eje esperados durante el periodo
de diseño son los factores más importantes en la determinación del espesor de
diseño. El análisis de tráfico usado en este procedimiento incluye:
a) Determinación del tráfico promedio diario en ambas direcciones (TPD) y los
porcentajes de camiones.
b) Proyección del tráfico al futuro periodo de diseño.
c) Determinación de la distribución probable eje-carga.
d) Cálculo del Factor de Fatiga.
Sin embargo, cualquier otro método que proporcione una razonable estimación
de estos factores de tráfico pueden ser empleados. El tráfico promedio diario en
ambas direcciones y el porcentaje de camiones puede ser obtenido directamente
de una encuesta del tráfico del proyecto, o de datos que pueda estar disponible
en el Departamento de Transportes o Municipalidad, para el proyecto específico
o para otros proyectos que tienen un tráfico similar. Si se efectúan conteos de
tráfico de 24 horas, estos son efectuados durante uno o más días entre lunes y
viernes. Estos conteos son ajustados a valores promedio diarios. Como una guía
para efectuar estos ajustes puede consultarse la sección de planificación de
encuestas del Departamento de Carreteras.
Las tasas de crecimiento del tráfico y los factores de proyección
correspondientes son empleados para estimar el Trafico Promedio Diario (TPD)
de diseño y el número de camiones que emplearán el pavimento durante el
periodo de diseño. Las secciones de planificación de encuestas de los
departamentos estatales de carreteras son fuentes muy útiles para conocer el
crecimiento del tráfico y los factores de proyección. Los ingenieros determinan
estos factores para proyectos de carreteras estatales y, en algunos casos, para
caminos locales y calles, y otros proyectos dentro de sus estados.
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La Tabla 3 muestra las relaciones entre las tasas anuales de crecimiento y
los factores de proyección de 20 años. El crecimiento del tráfico anual varía de 2
a 6 por ciento, siendo los valores más bajos más aplicables a los tipos de
caminos y calles donde se emplea comúnmente el suelo-cemento. Las tasas de
crecimiento más altas son para carreteras urbanas y entre ciudades. Para
caminos rurales secundarios rurales de dos carriles y calles residenciales donde
la función principal es el uso de la tierra o el servicio de propiedad contiguo, las
tasas de crecimiento de tráfico pueden ser bastante más bajas que 2 por ciento.
Para calles residenciales y calles colectoras de tráfico ligero, el crecimiento del
tráfico no es significativo como para afectar el espesor de diseño.
Tabla 3. Tasas anuales de crecimiento de tráfico y factores de proyecciónCorrespondientes
Para calles y caminos de mediano a alto tráfico, debe efectuarse la verificación
de la capacidad de diseño de las vías para asegurar que se cuenta con el
número suficiente de carriles para el tráfico proyectado. La Tabla 4 puede
emplearse para una verificación gruesa. En el Apéndice A se dan los métodos
para el diseño para capacidad de tráfico.
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Distribución de cargas por eje
La información sobre la distribución de cargas por eje para el tráfico de
camiones es necesaria para calcular los números de ejes simples y tándem de
los diversos pesos esperados durante el periodo de diseño. Estos datos se
emplean después para el cálculo del Factor de Fatiga, el cuál expresa los efectos
de fatiga producidos por el número y pesos de las cargas por eje.
II.4.Método de diseño
El método de diseño han evolucionado con el tiempo, pasando de ser puramente
empíricos a ser más analíticos. Estos cambian con el tiempo más lentamente que el desarrollo
tecnológico en las resistencias de diseño suelos de fundación debido a que requieren a ser
adecuadamente verificados y calibrados para tener la certeza de que los diseños resultantes
funcionaran de la forma en que se plantean en el diseño. Esta evolución ha sido acelerada con la
posibilidad de ejecutar ensayos en campo y laboratorios más precisos y que producen mejores las
condiciones reales de servicio, adicionalmente la capacidad de procesamiento de las
computadoras se ha incrementado dado la oportunidad de resolver modelos más complejos con
un mayor número de variables y por ende más realístico .
a) Método empírico
Se basa en relaciones entre ensayo y espesores de capa basada
principalmente en observaciones, solamente se puede aplicar a condiciones
similares a las cuales se realizaron las observaciones. Un ejemplo de este
método es el denominado método CBR.
b) Método de esfuerzo cortante
Este topo de método se basa en el principio de definir los espesores del
pavimento de tal manera que los esfuerzos cortantes o la deflexión se
controla para que no exceda determinados límites y por lo tanto no se
produzcan fallas por fatiga. La mayor limitación de este tipo de método es
que aun en caso de los pavimentos desarrollen esfuerzos o deflexiones
menores a los admisibles las condiciones funcionales de la vía pueden fallar o
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en el caso de las deflexiones los esfuerzos en el interior de la estructura
pueden ser excesivos.
c) Método de regresión basados en pistas de prueba
Este tipo de método desarrolla las relaciones entre las variables de
diseño y los espesores del pavimento basados en tramo o pistas de prueba.
Estas secciones o tramos de prueba son construidas para cubrir un
determinado rango de variación que permita tener relaciones entre tráfico,
carga por eje, tipo de material, clima y suelo de fundación con la condición
estructural o funcional del pavimento. El método AASHTO es un ejemplo de
este tipo de métodos
d) Métodos mecanisticos – empíricos
Este tipo de método se basa en ecuaciones fundamentales del
comportamiento de los materiales y del comportamiento de la estructura
del tal forma que se pueda a obtener de forma analítica (mecanistica) el
resultado. Sin embrago debido que estas expresiones requieren, en la
mayor cantidad de casos, calibraciones para hacer ajustadas a la condiciones
reales se denominan mecanisticos empíricos. Son ejemplos de estos tipos de
métodos el desarrollador por NSHRP o el desarrollador del Shell.
III. CONCLUSIONES
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IV. CONCLUSIONES
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V. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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