volumen1(octubre2006)

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APUNTESDE

PAVI MENTOS

Volumen 1

Ing. Gustavo Corredor M.

Universidad Santa MaríaFacultad de Ingeniería Universidad Católica Andrés BelloFacultad de Ingeniería



In memoriam

Luís Alberto Salamé Ruíz

Maestro y amigo



Presentación

Hace prácticamente tres lustros que la Primera Edición de estos “Apuntes de Pavimentos” fueron ofrecidos a los alumnos de Ingeniería Civil de la Universidad Santa María en Caracas, con la única pretensión de “ ser un aporte a la enseñanza de los pavimentos y un reconocimiento a los Profesores de esta materia en otras Universidades”.

En esta Segunda Edición se mantiene el mismo propósito y esta nueva versión contiene el mismo material y en el mismo orden que fue presentada en la primera edición, ya que la Ingeniería de Pavimentos se fundamenta en los mismos principios que se mantienen en el tiempo. El correr de los años mejora el grado de conocimiento en las materias que la conforman.

Confiamos que la publicación que hoy presentamos pueda haber recogido el avance que se ha logrado en estos últimos años en los Pavimentos y que puedan reflejar también la experiencia que como Profesor aspiramos haber aprendido.

Esta Edición, por otra parte, se realiza bajo la sombra de las Universidades Santa María y Católica Andrés Bello, en donde tenemos la fortuna de dictar la materia de “Pavimentos” a nivel de Pre-grado. Esperamos contribuir en la formación de los futuros Profesionales de la Ingeniería de Pavimentos en ambas Casas de Estudios, en una manera que podamos presentarnos con orgullo en el momento en que tengamos que hacer el balance de nuestro actuar Profesional.

Ing. Gustavo Corredor Muller

Caracas, octubre de 2004



Apuntes de PavimentosVolumen 1

Capítulo 1Introducción y conceptos básicos

Edición de octubre de 2004(Revisión Octubre 2006)



Definiciones y conceptos básicos

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1-1

Diseño de Pavimentos


La Organización de los Estados Americanos, a través de su organismo técnicodenominado Congresos Panamericanos de Carreteras, define a un pavimentocomo:

"La superestructura de una vía, construida sobre la sub-rasante, ycompuesta normalmente por la sub-base, la base y la capa derodamiento, cuya función principal es soportar las cargas rodantes ytransmitir los esfuerzos al terreno, distribuyéndolos en tal forma que nose produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer unasuperficie lisa y resistente para los efectos del tránsito"

Dentro de esta definición se encuentran diversos términos, que irán siendoampliados a medida que sean tratados como parte del pavimento. Esta definición

es, por otra parte, orientada hacia el ingeniero o técnico que se relaciona con estaárea de la ingeniería, y por tal razón se conoce como una "definición estructural",es decir aquélla que plantea los conceptos técnicos fundamentales de estaestructura. Esta definición fue la única utilizada durante muchos años, hasta que enla década de los años 60, se considera la razón para la que un pavimento seconstruya, y se genera la "definición funcional", mediante la cual se refiere a unpavimento como:

"La parte superior de una carretera, pista de aterrizaje, o estacionamiento y cuyo objetivo es servir al tráfico de una manera segura, cómoda, eficiente, permanente y económica".

El Diseño de pavimentos, será "el proceso de determinación de una combinaciónde tipos de materiales, y espesores de capas construidas con tales materiales, quegaranticen tanto el comportamiento estructural de su conjunto, cuando es sometidoa los efectos impuestos por las variables actuantes sobre esta estructura, como elcumplimiento de las funciones para las cuales ha sido diseñado".

El Diseño de pavimentos presenta una serie de características importantes:

• Es de desarrollo reciente: Se inicia básicamente a partir de 1945, fechamuy cercana a la actual. Otras técnicas de la ingeniería, edificaciones,canales, etc, han ido prácticamente paralelas al desarrollo de lasconcentraciones humanas

• es dinámico: los métodos están cambiando continuamente al producirsenuevos datos, tanto de campo como de laboratorio. Como ejemplo de estadinámica propia del diseño de pavimentos podemos citar al, quizás mejor detodos los métodos, que fue desarrollado por la AASHTO, que es introducidopor primera vez en 1962 como una "Guía Provisional", se perfecciona en1972 y en 1981, y nuevamente en el año 1986. Posteriormente, en el año1993, se actualiza el procedimiento de diseño de rehabilitaciones, pero semantiene igual al del año 1986 el procedimiento de diseño de nuevos




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1-2

pavimentos. El Método del 86(93), ha sido validado para las condicionesparticulares de Venezuela por el Dr. Augusto Jugo, en el año 1997. Para elaño 2002 se esperaba una nueva versión de este método, la cual sinembargo, solo ha sido hecha del conocimiento de los Ingenieros en el mesde marzo de 2004.

• Es atípico entre todos los diseños: es prácticamente la únicaestructura de uso definitivo que se diseña bajo la hipótesis de quefallará a un tiempo determinado.

• Es un diseño a futuro: toma en consideración la variable"tiempo", y el diseño se realiza desde el momento presente y a lolargo de un número de años determinado.

• No es uniforme, o único: se dispone de numerosos métodos;existen diferencias sobre la aplicabilidad de un mismo método endiversos sitios, lo que ha generado modificaciones sobre los

métodos básicos, o al desarrollo de métodos particulares a unmaterial o región. Así se dispone de métodos para pavimentosconstruidos con materiales asfálticos, con concreto, con mezclasde suelo y cemento, etc.

• Es crítico: los pavimentos están sujetos a las condicionesambientales, las cuales son no controlables, al abuso del tráfico yal mal mantenimiento, y los métodos no contemplan ningún "factorde seguridad" de aplicación directa.

• Tiene una alta incidencia en la economía: pequeñasvariaciones en valores de diseño (cms espesor) resultan en altos

valores de inversión por los grandes volúmenes que significa suconstrucción.

• Afecta la vida diaria del individuo: un alto porcentaje deltiempo de un ciudadano es pasado sobre un vehículo; si esinseguro puede causar accidentes con resultados económicosadversos y de salud o muerte.

• Requiere del uso de mucho criterio: no existen dospavimentos con condiciones idénticas, y en la optimización delproceso de diseño el ingeniero debe hacer participar, además desus conocimientos técnicos en la materia, su experiencia e ingenio




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1-3

Tipos de Pavimentos

Históricamente los pavimentos han sido divididos en dos tipos:a. Pavimentos flexiblesb. Pavimentos rígidos

Es indudable que tal división proviene de una simplificación de todas lasposibilidades de definiciones, pero representa verdaderamente la imagen quecualquier usuario recibe de los tipos de superficies sobre la que él rueda.

Bajo este esquema se define como "Pavimento flexible" a aquél cuya superficiede rodamiento está constituida por una mezcla asfáltica, y sus principalescaracterísticas son:

° la capacidad estructural del pavimento es proporcionada por las ca-pacidades de aceptación y distribución de cargas de cada una de las capasque conforman la estructura. ° son construidos en, al menos la capa superior, con material asfáltico

° variaciones pequeñas del suelo de fundación tienen gran incidencia en lacapacidad estructural del pavimento° las propiedades de las mezclas, afectan, aún cuando en menor grado, laresistencia del conjunto multicapa

Por lo contrario, un "Pavimento rígido" es aquel que:° distribuye la carga sobre un área relativamente grande del suelo por larigidez y alto módulo de elasticidad de sus componentes; una gran parte dela capacidad estructural la proporciona la capa superior.° construidos de concreto-cemento en su superficie de rodamiento° en su comportamiento influye notablemente la resistencia del concreto° variaciones pequeñas del suelo de fundación tienen poca incidencia en la

capacidad estructural del pavimento

Otras maneras, quizás menos frecuentes, de definir los tipos de pavimentos sebasan en:

• tipo de tráfico que soportarán:de autopistas, carreteras, aeropuertos, estacionamientos, etc.

• intensidad de tráfico que circulará sobre ellos:para tráfico liviano, medio o pesado

• manera como son construidos:mezclados sobre la vía, o en planta; o pavimentos en frío o encaliente

En este Volumen, cuyo propósito fundamental es servir como libro de Texto para laenseñanza del Diseño de Pavimentos en las Universidades Santa María (USM) yCatólica Andrés Bello (UCAB), se tratarán exclusivamente los pavimentos flexiblesen caliente para carreteras, debido a varios factores, entre ellos:• son los más comunes en nuestro país• las limitaciones de tiempo en un curso de pre-grado no permiten cubrir otrostópicos




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Tipos de pavimentos flexibles

Las secciones de pavimento presentadas en la Figura 1, permiten compararalgunos de los tipos más comunes de "pavimentos asfálticos", o "pavimentosflexibles"

Otras definiciones

En la definición de un pavimento fueron incluidos varios términos para los cualesconviene aclarar su función, o participación, dentro de la estructura de unpavimento:

• sub-rasanteancho total de la vía que constituye la fundación para el pavimento, hombrillos yzonas de estabilización. Este término realmente es compartido en los aspectos dediseño geométrico: en ellos se refiere al plano que separa la infraestructura ysuperestructura del pavimento; y en el diseño de pavimentos: en el cual se refiere a

los últimos centímetros (generalmente 50,0 cm) del relleno o corte del movimientode tierras, que sirven de soporte a la estructura capaz de recibir y reducir lascargas del pavimento. La sub-rasante no forma parte del pavimento, pero esuna variable fundamental en su determinación.

Figura 1: Secciones transversales típicas de pavimentos flexibles




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• Sub-baseParte de la estructura del pavimento construida directamente sobre la sub-rasante,y que sirve de soporte a la base.

• BaseCapa, o capas, de agregados, o de suelos o agregados tratados, destinadas adistribuir las cargas provenientes del paso de los vehículos sobre la sub-base osub-rasante de la vía, y encima de la cual se construye la capa de rodamiento.

• Capa de rodamientoCapa superior del pavimento que soporta directamente el tránsito, constituida poruna o más capas.

• Tránsito (Tráfico)Vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas, considerados aisladamente oen conjunto, que utilizan cualquier vía.

El "Diseño" no es una actividad aislada dentro de todas aquellas relacionadas conlos "Pavimentos", sino que forma parte de lo que hoy se conoce como "SistemaGerencial de Pavimentos", y que en Venezuela ha sido definido como "Gerencia de

Inversión en Pavimentos (GIP)1", y que es "una serie de actividadescoordinadas, fáciles e integradas, cuyo fin inmediato es el de obtener unpavimento funcional". Este "Sistema Gerencial de Pavimentos", también puedeser considerado como un "enfoque sistemático que proporciona aladministrador un resumen completo, preciso y significativo de la informaciónnecesaria para definir claramente los objetivos y las alternativascontempladas dentro de un programa global de pavimentos"

La Figura 2 representa todo el conjunto de actividades que forman parte de un

"Sistema Gerencial Idealizado de Pavimentos".

En nuestro país no hemos alcanzado aún el grado de un "Sistema Idealizado deGerencia de Pavimentos"; sin embargo se han venido adelanto acciones en elsentido de alcanzarlo: las universidades realizan investigaciones en el campo depavimentos, especialmente como Trabajos Especiales de Grado, el Ministerio deTransporte y Comunicaciones desarrolló un método de diseño de pavimentos, yactualmente se trabaja en la implementación de un sistema gerencial depavimentos.

La Figura 3 representa la visión particular del autor de estos Apuntes, sobre elestado actual del "Sistema de Gerencia de Pavimentos en Venezuela", pero es

necesario apuntar que, bajo un panorama generalmente pobre, existen ciertoscasos en los cuales se ha destacado la acción de los profesionales en las etapasde investigación, evaluación y control de calidad, y que las empresas de mástradición disponen de suficientes equipos y personal técnico dispuesto a realizarlos trabajos de pavimentación de acuerdo a las mejores técnicas.

1 Jugo, Augusto: Sistema de Gerencia de Inversión en Pavimentos, Caracas, 1988




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Figura 2: Actividades dentro de un "Sistema Gerencial de Pavimentos"

Figura 3: "Sistema de Gerencia de Pavimentos en Venezuela".




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• Unidades de diseño

Una de las primeras decisiones que debe tomar un proyectista de pavimentos es lade como manejar una gran serie de variables, y transformarlas en "valores dediseño", que le permitan usarlas en el método seleccionado, como parte delproceso total.Efectivamente, el diseño de un pavimento es esencialmente distinto del de otraestructura de ingeniería: el pavimento, en su totalidad se apoya sobre el materialde fundación y es, por lo tanto, altamente influenciado por las condicionesambientales. Una carretera, por otra parte, atravesará en su desarrollo unamultiplicidad de depósitos de suelos, cada uno con propiedades diferentes. Cadauno de esos suelos, que son la fundación del pavimento, y también los materiales ymezclas que formarán la estructura propiamente dicha del pavimento, se venafectados por muchos factores, entre los que pueden citarse: densidad, humedad,textura y estructura de sus componentes, y grado de confinamiento. A todos estoshechos debe añadírsele la variabilidad propia del tráfico que actuará sobre elpavimento.

Tales características hacen del diseño de pavimentos una tarea compleja, y parafacilitar el manejo de tal volumen y tipo de información, el proyectista debedeterminar unas "Unidades de Diseño", que pueden definirse como: "tramos de lavía que presentan condiciones similares de topografía, drenaje, clima, tráficoesperado, suelos existentes, y materiales de construcción."

Por facilidades de construcción se establece que las "Unidades de Diseño" tengan,como regla general, una longitud mínima de dos (2) kilómetros.

Del gran número de variables que participan en el diseño de un pavimento sedeben destacar:

• Tráfico° Número y tipo de vehículos a lo largo del período de diseño ° Magnitud de la carga aplicada° Configuración de la carga aplicada.° Repeticiones de carga.° Velocidad de desplazamiento.° Presión de inflado/ área de contacto° Error esperado en las estimaciones

• Condiciones ambientales° Precipitación pluvial° Temperatura, o altura sobre el nivel del mar, de la unidad de diseño

° Drenaje del área en estudio° Pendiente longitudinal promedio de la unidad de diseño

• Suelo de fundación° Resistencia o estabilidad° Densidad° Contenido de Humedad° Textura y Estructura




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° Grado de confinamiento

• Materiales a ser empleados en la estructura del pavimento

°° Tipo de subbase° Resistencia o estabilidad° Densidad° Contenido de Humedad° Textura y Estructura° Grado de confinamiento° Disponibilidad° Costo° Variabilidad en la construcción

°° Tipo de base° Resistencia o estabilidad° Densidad

° Contenido de Humedad° Textura y Estructura° Grado de confinamiento° Disponibilidad° Costo° Variabilidad en la construcción

°° Tipo de rodamiento° Resistencia o estabilidad° Densidad° Durabilidad° Disponibilidad

° Costo° Variabilidad en la construcción

• Nivel de servicio° Seguridad/Comodidad° Capacidad de Servicio° Durabilidad del Pavimento° Mantenimiento durante el período de servicio° Métodos constructivos

• Costos° Costos de Construcción° Costo anual de mantenimiento




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• Factores que influyen en el diseño de un Pavimento

El diseño de pavimentos está conformado por dos grandes fases:

a. cuantificación del tránsito, caracterización del material de fundación y de losmateriales y mezclas que serán empleados en el pavimento

b. determinación de los espesores de capas

Ambas etapas deben ser desarrolladas simultáneamente: cada una depende de laotra; los espesores resultantes serán función de las características de losmateriales y mezclas empleados en su construcción, y los espesores podráncondicionar las exigencias de calidad que se impongan sobre los materiales a serempleados en el pavimento.

• Método de diseño

° Para el Ingeniero que diseña pavimentos debe quedar claramente establecido

que deben tomarse en consideración los siguientes elementos, relacionados con elprocedimiento de diseño seleccionado:a. los conceptos teóricos empleados para predecir los parámetros de fallab. los métodos de evaluación de las propiedades de los materiales o mezclas queparticiparán en la estructura del pavimentoc. la determinación de la relación entre los criterios de falla y de comportamientoesperado del pavimento

La Figura 4 representa un resumen de los factores relacionados con el proceso dediseño de pavimentos.

• Conceptos estructurales básicos en los pavimentos flexibles

En el caso de los pavimentos flexibles, su capacidad de soporte se debe a la formade como se distribuyen las cargas aplicadas sobre la superficie.

Por definición, un pavimento flexible consiste de una serie de capas con el mejormaterial cercano a la superficie. Como consecuencia, la carga aplicada se reducecon la profundidad. La forma como ésta varíe dependerá de las propiedades de losdiferentes materiales empleados en la construcción del pavimento. La sub-rasantees, finalmente la capa que debe soportar las cargas impuestas, al igual que lascapas que sobre ella serán construidas.

La Figura 5 muestra la carga de una rueda (W), que es transmitida a la superficiedel pavimento a través del caucho del vehículo, y que resulta en una presión

unitaria vertical aproximadamente uniforme, identificada como Po. Cada capa delpavimento absorbe parte de esta presión, y distribuye la presión restante sobre lacapa inferior de tal manera que este esfuerzo se ve reducido a un valor menor alesfuerzo resistente de la capa subyacente.




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Figura 4: Factores Relacionados con el Proceso de Diseño de Pavimentos

La selección adecuada de los materiales y/o mezclas, y de los correspondientesespesores, resultará en que el esfuerzo aplicado sobre la sub-rasante (P1), serásuficientemente pequeño para ser soportado fácilmente por el material defundación.

Figura 5: Distribución de las cargas de los neumáticos a través de la estructura de un pavimento flexible




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Cada vez que un vehículo pasa sobre una sección de un pavimento, éste sufre unadeformación, o deflexión, que es recuperable; es decir es una deformación elástica.La Figura 6 representa como la carga del vehículo (W) deforma levemente laestructura del pavimento, causando esfuerzos de tracción y compresión dentro delmismo. Las capas asfálticas tienen resistencia a la tracción y compresión parasoportar los esfuerzos impuestos. Las capas granulares de sub-base y/o base sóloresisten esfuerzos de compresión.

Figura 6: Esfuerzos de tracción y compresión como resultado del paso de una carga sobre un pavimento flexible

• Esfuerzos en los pavimentos flexibles

Estos Apuntes no pretenden discutir los conceptos teóricos sobre los esfuerzosactuantes en los pavimentos flexibles, pero deben al menos presentar las hipótesisválidas sobre las cuales se fundamentan todos los "Métodos Racionales" para eldiseño de pavimentos.

Estas hipótesis, representadas en la Figura 7, son:

a. un pavimento está compuesto por un sistema de varias capas, esdecir es un "Sistema Multicapa"

b. los materiales en cada capa son homogéneos, es decir laspropiedades del material Ai son las mismas del material Bi , ya queforman parte de la misma capa




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c. cada capa tiene un espesor finito, excepto la sub-rasante. Todas lascapas, sin embargo son infinitas en la dirección lateral

d. el material que forma cada capa es isotrópico, es decir laspropiedades del material en el punto Ai son iguales en cualquierdirección

e. se desarrolla una completa fricción entre las capas a nivel de lasdiversas interfases

f. no ocurren esfuerzos cortantes en la capa de rodamiento

g. los esfuerzos para cualquier material se definen mediante dospropiedades: la relación de Poisson (µ) y su módulo elástico (E )

Figura 7: Generalización de un sistema elástico multicapa Fuente: Principles of Pavement Design, Yoder & Witczack.

• Tipos de fallas en los pavimentos

Tal como fue establecido inicialmente, un pavimento siempre tenderá a fallar. Estasfallas pueden ser, básicamente, de dos tipos:

° estructural: colapso, o rotura de uno o más de los componentes delpavimento, de una magnitud tal que lo hacen incapaz de soportar las cargasimpuestas




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° funcional: condición del pavimento que causa incomodidad o inseguridadal conductor, o grandes esfuerzos sobre el vehículo al transitar sobre elpavimento. La falla funcional puede venir, o no, acompañada de una fallaestructural.

El grado de falla de un pavimento es progresivo; indudablemente, al poner unaobra en servicio, no debe presentar falla alguna, pero al paso del tiempo, es decirla aplicación de las cargas y los efectos adversos de las condicionesclimatológicas, van haciendo aparecer, y avanzar, las fallas.

La calificación del grado de severidad de las fallas es, por otra parte, relativamentesubjetiva, es decir dependiente de la persona que realice la evaluación. Esimportante, sin embargo el conocer bajo que tipo puede calificarse una falla,estructural o funcional, ya que las medidas correctivas que el ingeniero vaya atomar, dependerán de que tipo se trate.

Las causas de las fallas, sin embargo, son comunes a ambos tipos, y pueden

provenir de múltiples razones, entre ellas:

° sobrecargas, provenientes a su vez de vehículos con cargas totalesmuy altas, repeticiones del paso de los camiones muy por encima de lasestimaciones iniciales, y elevadas presiones de contacto entre el caucho yel pavimento, causarán la falla prematura de la estructura

° efectos de las condiciones ambientales, que progresiva eirremediablemente irán deteriorando el pavimento. Muchas de lasvariables climáticas pueden ser estimadas, pero sigue siendo "pobre" lacerteza en la predicción de su efecto sobre los pavimentos

° defectos en la construcción, harán que los materiales resulten conniveles de calidad menores a los supuestos en el diseño

° variabilidad propia de los materiales, que podrá conducir también asectores del pavimento con niveles de calidad inferiores a los deseados

°mantenimiento inadecuado, conducirá a un desarrollo exponencial deuna falla inicialmente de fácil corrección

° mal diseño, causado por errores en la información de entrada almétodo, o mala aplicación o interpretación de los resultados de ensayos

Todas estas fallas pueden agruparse bajo un mismo término: subdiseño, sin queesto quiera decir que el Ingeniero realizó un trabajo profesional de bajo nivel, sinoque todas las variables que actúan sobre un pavimento, que en la etapa de diseñoson estimadas, pueden tener un comportamiento muy distinto, e impredecible, conel transcurrir del tiempo de trabajo del pavimento. Esta condición, muy real ennuestro país debido a la carencia de registros estadísticos permanentes yconfiables, exigen del proyectista de pavimentos, un esfuerzo mayor en el análisisde toda la información disponible, con el fín de producir un diseño que se comportela más parecido posible a como fue conceptuado.




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• El proceso y las estrategias de diseño

Uno de los conceptos incorporados en los nuevos métodos de diseño es elrelacionado con su "habilidad de prestar servicio", mejor conocida como"servicapacidad", en un momento determinado después de haber sido construido.La "servicapacidad" es una calificación, fundamentada en la evaluación subjetivade los usuarios, del estado del pavimento y su relación con su funcionalidad, enese momento determinado. La Figura 8 muestra la tendencia general de laservicapacidad a lo largo de los años de servicio de un pavimento. Es indudableque el nivel más alto lo logrará el pavimento en el momento de ser puesto enservicio, es decir el año "0" de su vida útil. A medida que el tráfico hace uso delpavimento, al transcurrir el tiempo, los valores de servicapacidad irándisminuyendo; la rata de disminución será función del nivel de mantenimiento quese le aplica a ese pavimento en particular.

Figura 8: Tendencia generalizada de la servicapacidad con el tiempo de servicio Fuente: Principles of Pavement Design, Yoder & Witczack.

Al llegar al año "y1", el pavimento exigirá una repavimentación mayor, y el nivel deservicapacidad se recuperará al valor inicial del año "0". A medida que el tráficoprogresa, el proceso de disminución se repite, con la misma intensidad o no, yllegará el momento del año "y2", en el cual se requerirá nuevamente otra accióncorrectiva mayor.




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El diseño de pavimentos no es un proceso exacto, y tal como ha sido señaladoanteriormente, depende de muchos factores. La Figura 9(a) muestra la relaciónentre el efecto de las cargas, definidas como "repeticiones acumuladas de un ejepatrón de 18 kips", sobre dos pavimentos hipotéticos, uno sobre una fundación dealto valor de resistencia, medida mediante un ensayo empírico llamado CBR, y otropavimento de bajo valor CBR, y los espesores requeridos en ambos casos.Si los mismos valores del Gráfico 9(a) se transforman en "años de aplicación deltráfico", las curvas toman las tendencias mostradas en la Figura 9(b).

Figuras 9(a) y 9(b): (a) espesores -vs- repeticiones de carga (b) espesores como función del tiempo de servicio

Fuente: Principles of Pavement Design, Yoder & Witczack.

Durante el proceso de diseño, el proyectista tiene la posibilidad de seleccionarentre varias opciones, o "estrategias de diseño".

La Figura 9(c) muestra varias de esas muchas opciones: refiriéndose a la curvasuperior de este gráfico, el proyectista puede decidirse por el espesor "t1" , lo cualsignificará que el pavimento durará hasta el año "y1", momento en el cual exigiráuna repavimentación, que lo llevará hasta el año "y2", año en el que se aplicaráuna segunda repavimentación para extender la vida útil hasta el año "y3".

Pero la estrategia del proyectista puede ser la de inicialmente seleccionar elespesor "t2 " , lo que lo llevará directamente hasta el año "y2", momento en el cualrequerirá la primera repavimentación.

Como estas dos alternativas podrían plantearse otras, resultando en un númerocasi infinito de soluciones para el diseño inicial, dependiendo cada una de ellas del

año de servicios que el proyectista espera lograr del pavimento antes de que ésterequiera un mantenimiento mayor.




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Figuras 9(c) y 9(d): (c) varias estrategias de diseño para un mismo pavimento (d) costo inicial de construcción, de mantenimiento y total

Fuente: Principles of Pavement Design, Yoder & Witczack.

Debe concluirse que, al final, la decisión referente al período que puede seresperado como "vida útil" del pavimento, será el producto del proceso de estudiocomparativo de las diversas alternativas; en este proceso el ingeniero deberábalancear los aspectos técnicos y los económicos: deberá decidir entre invertir másal momento de la construcción, y diferir el costo de mantenimiento, o por locontrario, esperar un mayor costo de mantenimiento como consecuencia de una

inversión limitada durante la etapa de construcción inicial.

La Figura 9(d) pretende señalar los aspectos económicos relacionados con ladecisión final: si la alternativa escogida resulta en una inversión inicial baja, porejemplo como resultado de un pavimento con espesores totales muy reducidos, loscostos de mantenimiento resultarán mayores debido al más rápido desgaste de laestructura. Por lo contrario, si el proyectista decide un pavimento de espesoresmucho mayores, la inversión en mantenimiento se verá reducida, pero la inversiónen la construcción inicial será mucho mayor que en la primera decisión.

Se concluye, entonces, que el proceso de decisión deberá tomar en cuenta tantolos aspectos técnicos, como los económicos y las consecuencias de afectar, enmayor o menor grado al usuario de la vía.

En teoría, el costo total de la estructura del pavimento debe incluir tanto los costosde construcción, como los de mantenimiento, como los causados a los usuarios enlos casos de cierres temporales de la facilidad vial por los trabajos de reparación, ylos que éstos sufren como consecuencia de desperfectos en sus vehículos por elmal estado del pavimento. Este proceso de cuantificación de costos totales no hasido todavía considerado, en forma general, en nuestro país




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El proceso de toma de decisiones en el diseño de pavimentos es, en resumen,complejo y difícil, y depende de muchas variables, incluyendo el tipo de facilidadvial sobre la cual se construirá el pavimento. La aseveración anterior puedeaclararse mediante un simple ejemplo: es fácil reparar frecuentemente una víaagrícola, sus usuarios son escasos y el tiempo de espera por reparaciones no tieneun gran significado; no sucede lo mismo en una autopista urbana como la del Esteen Caracas, en la cual no puede pensarse en cerrarla durante el día debido altremendo problema de circulación que se ocasionaría. Se debe recordar, además,que los valores de diseño son estocásticos por naturaleza, y que la variabilidad decualquiera de ellos puede ser extremadamente alta, el proyectista debe seleccionarpara cada una de las variables de diseño un sólo valor que la representeverdaderamente.

El Ingeniero debe tratar de predecir el comportamiento futuro del pavimento,sin recurrir al largo proceso de esperar que el tráfico, las condicionesambientales, las características de construcción y el mantenimiento sobre lavía, entre otros factores, hayan actuado realmente sobre el pavimento que

será construido de acuerdo a su diseño.

El diseño de pavimentos es un proceso complejo y es oportuno reproducir unpensamiento encontrado en el escritorio del Ingeniero Matt Witzack, quizás elmejor profesional de la ingeniería de pavimentos, quien actualmente es el líder dela investigación que está conduciendo al desarrollo del nuevo método de laAASHTO. Este pensamiento dice:

“La Ingeniería de Pavimentos es el arte de utiizar unos materiales que no entendemos completamente, en formas que no podemos analizar con precisión,para que soporten cargas que no sabemos predecir con exactitud, en una forma tal que nadie sospeche nuestra ignorancia”.




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La red vial nacional

Con el fin de lograr un cabal entendimiento, y la correcta interpretación de la redvial existente en Venezuela, al ser asociada ésta con los pavimentos, esconveniente conocer la manera como ella se ha dividido, ya sea en función de laimportancia de la vía, o del tipo de su superficie de rodamiento.

• Definiciones por importancia de la vía

De acuerdo a la importancia de la vía, la red de carreteras y autopistas de

Venezuela se clasifica en 2:

°Carreteras TroncalesSistema de carreteras que contribuyen, o contribuirán en el caso de que noestén aún construidas, a la integración nacional y al desarrollo económico delpaís, a la vez que proveen la interconexión regional y la comunicacióninternacional. Las carreteras dentro de esta clasificación absorben altosvolúmenes de tráfico entre los centros poblados de mayor importancia.

Se codifican con las siglas "TO", seguidas de dos dígitos, que secorresponden a su vez con la vía en particular. Los dígitos impares significanque su trazado es "E-W" ó "W-E", y los pares se ha reservado para aquellastroncales con sentido "N-S" ó "S-N". Se identifican en los mapas de vialidadpor estar encerradas dentro de una figura en forma de escudo. Como ejemplode troncales se puede mencionar la TO-01, que saliendo de Caracas va, víaautopista, hasta Valencia y luego a Puerto Cabello y Morón. En esta poblacióncontinúa hacia San Felipe-Barquisimeto-Carora-El Vigia y finaliza en la ciudadde San Cristóbal.

El origen del sistema nacional de vialidad se encuentra en Caracas, en laAutopista del Valle en el sitio donde se inicia la rampa que va hacia lostúneles del Valle y El Paraíso, muy cerca de una estación de servicioDeltaven. En este sitio nace, hacia el Oeste la TO-01, y hacia el Este la TO-09, que termina en Guiria, después de pasar por Guarenas-Guatire-Caucagua-El Guapo-Clarines-Píritu-Barcelona, continuando luego haciaCumaná y Carúpano.

°Carreteras Locales Son carreteras de interés regional, pues permiten la comunicación desdecentros poblados a vías de mayor importancia y reciben el tránsitoproveniente de ramales y sub-ramales.

Un buen ejemplo de local es la "LO-01" del Estado Miranda, que nace en elDistribuidor frente a las instalaciones militares de Conejo Blanco, en laAutopista del Valle, y se desarrolla hacia Los Teques, y continúa haciaTejerias, donde, un poco antes de esta población, en el límite entre Miranda yAragua, termina como LO-01 del Estado Miranda, y se inicia como LO-01 del

2Definiciones tomadas del "Nomenclador Vial" del MOP -hoy MINFRA-. Edición 1966




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Estado Aragua. Se identifican en los mapas de vialidad por estar encerradasdentro de una figura en forma de círculo.

°Carreteras RamalesConforman el sistema vial que complementan otros medios de comunicacióntales como carreteras principales, ferrocarriles y aeropuertos. Intercomunicancentros poblados de menor importancia y permiten su acceso a la redprimaria. Su interés es estrictamente estadal. Se identifican en los mapas devialidad por estar encerradas dentro de una figura en forma de rectángulo.

°Carreteras Sub-ramalesConforman, junto con las ramales, el sistema secundario, y su función básicaes la de permitir el acceso a fundos y centros de muy baja densidadpoblacional. Permiten también la incorporación de las regiones aisladas. Aligual que las ramales, se identifican en los mapas de vialidad por estarencerradas dentro de una figura en forma de rectángulo.

En la Figura 10 se presenta la red planificada de carreteras troncales yautopistas

• Definiciones de acuerdo al tipo de superficie de rodamiento

De acuerdo al tipo de materiales que conforman la superficie de rodamiento, la redvial se divide en los tipos que se mencionan a continuación, y que se discriminanen la Tabla 1::

°Carreteras de concretoSe agrupan dentro de este tipo aquellas vías cuya superficie de rodamientoestá constituida por una mezcla de concreto-cemento. Actualmente, dentro

del sistema regional -excluyendo las vías urbanas- sólo se cuentan dentro deeste tipo a la autopista Valencia - Puerto Cabello, y un tramo de la pista "W-E"de la Autopista del Valle (TO-01) en Caracas.

°Carreteras de asfaltoEn este tipo de pavimento se agrupan aquellas vías cuya superficie derodamiento está formada por una mezcla asfáltica, ya sea en frío o caliente,sea cual sea la base sobre la cual están construidas. Dentro de este grupo seincluyen también las vías de concreto-cemento que han sido repavimentadascon mezclas asfálticas. Prácticamente toda la red vial pavimentada enVenezuela es de superficie asfáltica, ya que de los 29.991,30 kmpavimentados, un 99,80% de ellos corresponden a este tipo, tal como seobserva en la Tabla 1.

°Carreteras engranzonadasSe clasifican dentro de este grupo a aquellas vías que tienen como carpeta derodamiento un material granular grueso o fino.

°Carreteras de tierra tratadaDentro de este tipo de carreteras quedan incluidas todas aquellas vías quepresentan como carpeta de rodamiento a una mezcla estabilizada de suelo y




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1-20

agregado. El agregado puede estar constituido por arena, grava, piedrapicada o escoria. Como cementante se emplea asfalto, cal o cemento, aceitesulfonado, o cualquier otro agente estabilizante.

°Carreteras de tierraSe incluyen en este renglón todas aquellas vías que presentan una superficiede rodamiento constituida simplemente por el suelo natural compactado.

Tabla 1Red Vial Venezolana registrada (km)

por tipo de pavimento y nomenclatura, para el año 19973

kms por tipo de superficie de rodamientoNomenclatura

Concreto Asfalto Granzón Tierra Total

Troncal 30,0 10.899,9 180,8 924,6 12.035,3Local 0,0 10.329,0 1.529,8 1.079,2 12.938,0Ramal 0,0 11.069,5 9.572,8 4.516,8 25.159,1Subramal 0,0 6.863,5 14.821,1 23.838,8 45.523,4

Total 30,0 39.161,9 26.104,5 30.159,4 95.655,8

La Tabla 2: "Red Vial Terrestre Nacional por Entidad y Tipo de Pavimento",presenta la distribución, por entidad federal, de la red venezolana para el año 1997.En esta Tabla las "carreteras de tierra" y las de "tierra tratada" se incluyen dentrode un mismo grupo.

La red nacional, por otra parte, se encuentra referenciada a un origen común quese conoce como el “cero nacional” y está ubicado en la Autopista Valle-Coche, a laaltura de la Estación de Servicio de Fuerte Tiuna. De este punto nace la TO-01,que termina en la población de San Antonio del Táchira, después de habersedividido en el Distribuidor San Blas en Valencia, Estado Carabobo, sitio dondenace la TO-05, que finaliza en la ciudad de San Cristóbal. La TO-01, además, alllegar a la altura de Taborda, en las cercanías de la Refinería de Puerto Cabello, daorigen a la TO-03, que llega hasta la ciudad de Maracaibo, en el Estado Zulia. Eneste cero nacional arranca también la TO-09 que termina en la población de Guiria,en el Estado Sucre, después de haber recorrido los Estados Miranda, Anzoátegui ySucre.

Existen algunos casos particulares de tramos de carreteras troncales que tienen

una doble codificación, por ejemplo, el tramo entre El Palito y Morón essimultáneamente TO-01 y TO-03.

3 Fuente: MINFRA, Dirección de Vialidad, Oficina de Planificación y Presupuesto, 1997




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1-21

Tabla 2Red Vial Interurbana de Venezuela (km)

registrada por Tipos de pavimento y por Entidad Federal4

4 Fuente: MTC, Dirección de Vialidad, Oficina de Planificación y Presupuesto, 1992

kms por Tipo de superficie de rodamiento

EntidadFederal

Concreto Asfalto Granzón Tierra Total

Dto. Federal 574,0 273,3 155,4 1.002,7

Amazonas 186,7 64,6 336,9 570,2

Anzoátegui 3.748,9 2.083,1 4.443,7 10.275,

Apure 1.135,8 823,0 2.308,9 4.267,7

Aragua 1.096,0 733,3 573,7 2.403,0

Barinas 807,9 1.547,4 2.471,0 4.826,3

Bolívar 2.797,8 2.136,7 2.643,2 7.577,7

Carabobo 30,0 1.049,6 784,7 252,0 2.116,3

Cojedes 669,3 1.210,0 459,9 2.339,2 Delta Amacuro 200,9 37,1 335,3 573,3

Falcón 2.600,9 1.125,3 3.856,1 7.582,3

Guárico 2.281,2 2.715,3 2.604,2 7.600,7

Lara 1.595,3 1.530,3 2.792,5 5.918,1

Mérida 1.087,0 659,7 695,2 2.477,9

Miranda 1.555,8 1.020,6 426,4 3.002,8

Monagas 2.055,2 1.262,8 2.444,9 5.762,9

Nueva Esparta 460,0 75,9 230,9 766,8

Portuguesa 911,7 3.311,2 987,8 5.210,7

Sucre 1.165,6 770,5 429,9 2.366,0

Táchira 1.715,6 1.256,7 470,0 3.442,3

Trujillo 1.207,6 782,5 839,7 2.829,8 Yaracuy 660,5 1.209,1 497,8 2.367,4

Zulia 5.396,6 1.526,2 3.453,2 10.376,

Total 30,0 34.959.9 26.939.3 33.726,6 95.655,

Porcentaje 0.03 36.55 28.16 35.26 100,00

1 Fuente: MINFRA, Dirección de Vialidad, Oficina de Planificación y Presupuesto, 1997




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Figura 10: Sistema nacional de carreteras troncales y autopistas de Venezuela




Capítulo 2 Obtención y manejo de la información de

tránsito para el diseño de pavimentos




Obtención y manejo de la información de tránsito

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__________________________________________________________________________ 2-1

Características del Tránsito

• Introducción

“El tránsito es la variable más importante en el diseño de pavimentos ”. Así

comienza el Profesor Yang H. Huang, de la Universidad de Kentucky, el Capítulodedicado a este tema en su libro “Análisis y Diseño de Pavimentos” 1. EnVenezuela deberíamos añadir que es también la menos estudiada y a la que se leotorga la menor importancia.

Para el dimensionamiento de un pavimento es necesario determinar los efectosque las cargas de estos vehículos causarán sobre el pavimento, por lo cual sedebe conocer el número y tipo de vehículos que circularán por una vía, así como laintensidad de la carga y la configuración del eje que la aplica.

El objeto de este capítulo es presentar la metodología para la determinación de losparámetros de tránsito que se requieren para el diseño estructural de los

pavimentos en carreteras y autopistas interurbanas.

En el país los bienes de producción y consumo se transportan básicamente porcarretera. La Norma COVENIN 614 actualizada en el año 19972, establece lasiguiente reglamentación en cuanto a cargas máximas:

° 6.000 kg. en eje simple de 2 cauchos° 13.000 kg. en eje simple de 4 cauchos° 20.000 kg en dos ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno° 27.000 kg en tres ejes simples consecutivos de 4 cauchos cada uno

No existe en Venezuela un control de cargas eficiente; lo dispuesto en la Ley yReglamentos de Tránsito es "letra muerta", y por ello estas disposiciones son

violadas constantemente, lo que ha traído como consecuencia el deterioroprematuro de centenares de kilómetros de vías pavimentadas, causando pérdidasapreciables al Patrimonio Nacional.

• Definiciones y conceptos básicos

A continuación se presentan una serie de definiciones de términos referentes a losvehículos y cargas que se sirven de una vía, y que serán empleados en losprocesos de diseño de pavimentos. Estos términos han sido tomados de lapublicación "NORVIAL: Vocabulario Vial", la cual fue editada por el Ministerio deTransporte y Comunicaciones en Mayo de 1977.

° Tránsito (Tráfico): Los vehículos de todo tipo, con sus respectivas cargas,considerados aisladamente o en conjunto, mientras utilizan cualquier vía.

°Volumen de Tránsito: Número de vehículos que pasan por una sección dada deun canal o vía, durante un período determinado

1 Huang, Yang: “Pavement Analysis and Systems”. University of Kentucky. Mac Graw International,

1995.2 Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN): Norma 614-1997: Límite de peso paravehículos de carga (1ra. Revisión).




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__________________________________________________________________________ 2-2

° Promedio Diario de Tránsito (PDT o PTDA): volumen promedio de tránsito enveinticuatro (24) horas, obtenido al dividir el volumen total durante un determinadotiempo, generalmente un (1) año, por el número de días del mismo período

°Volumen de tránsito Actual: es aquel que circulará por una vía si ella estuvieraabierta al tránsito. En el caso de vías existentes, donde se cuenta con datosestadísticos, el tránsito actual se puede obtener proyectando para la fecha enconsideración la tendencia de los registros históricos.En el caso de vías que van a ser mejoradas, el tránsito actual estará compuestopor el existente antes de la mejora, más el tránsito atraído de otras vías cercanaspor las ventajas que ésta ofrece. En el caso de vías nuevas todo el tránsito seráatraído.

° Tasa de Crecimiento (TC): Es el incremento anual del volumen de tránsito enuna vía, expresado en porcentaje. Se determina en base a los datos de lasestaciones de conteo, extrapolando la tendencia de los datos estadísticos.

° Proyección de Tránsito: El volumen de tránsito para un año cualquiera sedetermina empleando la siguiente ecuación:

PDTn = PDTo * (1+ TC) n (E-1)

en donde:

• PDTn = Volumen diario de vehículos para el año "n"• PDTo = Volumen diario de vehículos para el año inicial del período

considerado.• TC = Tasa de Crecimiento para el período de años en análisis, expresada en

forma decimal• n = Número de años del período considerado

°Composición del Tránsito: es la relación porcentual entre el volumen de tránsitocorrespondiente a cada diferente tipo de vehículos, expresado en función delvolumen de tránsito total.

° Vehículos Livianos: son todos los vehículos de dos ejes y cuatro ruedas, talescomo: automóviles, camionetas y camiones de dos ejes con ruedas traserassencillas.

°Vehículos Pesados: son todos los autobuses y camiones, con no menos de seis

ruedas y/o tres o mas ejes individuales (eje trasero con cuatro ruedas, en el casode vehículos de dos ejes). Se clasifican de acuerdo a diferentes categoríasseñaladas en la Tabla 1, donde se indica tanto la nomenclatura que utiliza laOficina de Planificación del Transporte Terrestre (O.P.T.T) del Ministerio deInfraestructura, como la establecida en la Norma "COVENIN 2402-86".




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__________________________________________________________________________ 2-3

Tabla 1Tipos y características de los vehículos pesados

que circulan normalmente por la red vial venezolana, con indicación del número deejes por camión y la carga máxima total de acuerdo a la

Norma COVENIN 614-1997




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__________________________________________________________________________ 2-4

Los tipos de camiones se dividen en los siguientes grupos, de acuerdo a la NormaCOVENIN 2402-1986:

(a) camiones unitarios: vehículos con sistema de tracción y de carga integradosen una sola unidad (2RD, y O3E)

(b) Semitrailers: vehículo compuesto por una unidad de tracción que no llevacarga (chuto) que arrastra una plataforma o batea sobre la cual va la carga, yque tiene un solo grupo de ejes, ya sea simple o compuesto. Se identificancon un primer dígito que designa el número de ejes individuales del tractor,seguido por el carácter alfabético “S” (Semitrailer) y con un segundo dígitoque designa el número de ejes individuadles de la plataforma remolcada

(c) Remolques: vehículo compuesto por un camión unitario que arrastra uncomponente carente de motor con eje(s) delantero(s) y trasero(s) quedescansa sobre sus propios ejes (remolque). Se identifican con un primerdígito que designa el número de ejes individuales del camiòn, seguido por elcarácter alfabético “R” (Remolque) y con un segundo dígito que designa elnúmero de ejes individuadles de la unidad remolcada.

°Período de Análisis: Se entiende como tal el número de años seleccionado parala comparación de las diversas alternativas de diseño; generalmente es de veinte(20) años para vías troncales y autopistas, aún cuando actualmente se estáconsiderando un período de hasta treinta (30) años para autopistas urbanas.

° Período de Diseño: Es el número de años para el cual se diseñaespecíficamente el pavimento; generalmente varía entre los ocho (8) y veinte (20)años, dependiendo del tipo de vía. En casos excepcionales pudiera reducirse elperiodo de diseño hasta un mínimo de cinco (5) años. Al final del Período deDiseño puede esperarse que el pavimento requiera una carpeta asfáltica derefuerzo para restaurar su capacidad de servicio. La Tabla II resume los periodos

de diseño recomendados por la Asociación Americana de Administradores deCarreteras y Transporte (AASHTO) y la correspondiente a la tipología de la red vialnacional

Tabla 2Periodos recomendados de diseño

Tipo de vía segúnAASHTO

Según nomencladorvial venezolano

Periodo de diseño(años)

Principal Autopista urbana orural de alto volumeny vía troncal

15-20

Secundaria Vía local 12-15Terciaria Vía ramal, sub-ramal

o agrícola8-12, con mínimo de5 años

El "Período de Diseño" no debe ser confundido con la "Vida Útil" del pavimento, nicon el Período de Análisis; este último puede comprender varios Períodos deDiseño, como en el caso de la pavimentación por etapas. Por otra parte, la "VidaÚtil" de un pavimento puede extenderse indefinidamente con la colocación de




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__________________________________________________________________________ 2-5

carpetas de refuerzo y otras medidas de rehabilitación, o durar mucho menos quelo estimado en el diseño, debido a fallas prematuras, o "sub-diseño" del pavimento

• Obtención de los valores de tránsito para el diseño de pavimentos

Normalmente el Ingeniero Proyectista de pavimentos recibe la información detránsito que ha sido obtenida y procesada por la OPTT, o por especialistasconsultores en esta área de la ingeniería; sin embargo, su responsabilidad es la deprocesar adecuadamente tal información, y muchas veces, realizar mediciones enel sitio, con el fin de ajustar o verificar la información recibida.

Debido a la importancia de este tema, se considera que en cualquier diseño depavimentos debe participar un especialista en tráfico, con el fin de que estavariable de diseño, tan importante, o quizás más que la información de suelosy materiales, sea la más ajustada a las expectativas futuras de la facilidad vial.

Es la opinión del Autor que en Venezuela no se le ha dado la importancia que

realmente tiene la recolección y procesamiento de la información de tránsito parael diseño de pavimentos, y que se debe profundizar en los estudios de estavariable para cada diseño particular.

A continuación se describe muy brevemente el proceso empleado en Venezuelapara la obtención de la información de tránsito para el diseño de pavimentos:

1. Volumen y tipo de vehículos

(a) Sistema de Primera Generación

La antigua Oficina de Planeamiento Vial, adscrita al desaparecido Ministerio deObras Públicas, implementó, desde el año 1963 y hasta el año 1976, un Sistema

de Conteos de Tránsito en 1.606 puntos de la red vial nacional de carreteras,mediante el empleo de sistemas mecánicos por detectores neumáticos tales comolos que se muestran en las siguientes figuras:

Los sistemas mecánicos por bandas neumáticas presentan la ventaja de sueconomía, pero su mayor limitación es que no clasifican los tipos de vehículos quesobre ellas circulan, por lo cual sus mediciones siempre deben ser corregidas porobservaciones visuales, de tal manera que el número de “ejes registrados” sehaga coincidir con los “ejes reales”. Esta corrección se hace a lo largo de un




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__________________________________________________________________________ 2-6

tiempo determinado, y su “factor de corrección” se aplica a toda la medición,independientemente del tiempo que en que esta haya sido realizada.

Esta actividad fue paralizada desde 1977 hasta 1979, cuando se inicia el Ministeriode Transporte y Comunicaciones. Entre los años 1979 y 1981 se reinicia esta

actividad, pero prácticamente, desde 1982 se cubren cada vez un menor númerode estaciones.

Cada tipo de estación tiene la siguiente característica:

°Estaciones Permanentes (67 puntos de registro en la red vial):Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales seefectúan conteos del volumen de tránsito en forma continua, mediante dispositivosmecánicos (todas las horas del día y todos los días del año). Estas estaciones hansido hoy en día sustituidas por los puntos de peaje.

°Estaciones de Cobertura 1(395 puntos de registro en la red vial):

Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales seefectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en díaslaborales de 24 horas de duración, cada mes del año

°Estaciones de Cobertura 5 (1259 puntos de registro en la red vial):Son aquellas localizaciones de la carretera, señalizadas ó no, sobre las cuales seefectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivos mecánicos en díaslaborales de 24 horas de duración, tres veces al año (una vez cada cuatro meses)

° Estaciones Especiales:Son aquellas localizaciones en carreteras o vías urbanas, señalizadas ó no, sobrelas cuales se efectúan conteos del volumen de tránsito mediante, dispositivosmecánicos en días laborales ó no, de 24 horas de duración, en cualquier momento

La información recabada mediante este sistema de conteos no solamente hapermitido conocer las leyes que rigen la circulación del tránsito en la carreteras delpaís, sino que también ha servido para determinar los valores de los coeficientesde ajustes diarios y mensuales para los conteos realizados en "Estaciones deCobertura 5", ubicadas sobre la red primaria.

Es conveniente observar que las cifras presentadas en todas la estadísticas detránsito publicadas hasta la fecha, incluyendo la última publicada en 1983, no hansido ajustadas mediante la aplicación de dichos coeficientes.

También cabe observar que, aún cuando se sigue manteniendo la nomenclatura y

los nombres de los tres tipos de estaciones creados en 1973, los conteos que sehan venido realizando desde 1976 no se ajustan a las condiciones establecidas enla definición de cada tipo de estación.

Mediante el análisis estadístico de los valores de tráfico correspondientes alperíodo 1964-1968, se determinó que los máximos errores de estimación quepodían contener las cifras presentadas en las estadísticas publicadas hasta 1976,y los cuales se consideran como válidos hasta la fecha actual, eran las indicadasen la Tabla 3, siempre que las mismas se refieran a carreteras de poco tránsitorecreacional:




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__________________________________________________________________________ 2-7

Tabla 3Niveles de precisión y confianza de los valoresde tráfico según el tipo de Estación de Conteo

Tipo de Estación Precisión Error Nivel de confianza

Permanente Ninguno 100Cobertura 1 14.4 95Cobertura 5 35.0 95

Todos los análisis se basaron en la suposición de muestras aleatorias simples, asícomo de que los datos seguían una distribución normal o de Gauss.

La Figura que se muestra a en la siguiente página corresponde a la informaciónque suministra el MINFRA como resultado de uno de sus conteos mecánicos:

Es conveniente señalar nuevamente que la Oficina de Planificación de TransporteTerrestre (OPTT) del Ministerio de Infraestructura (MINFRA) puede suministrar lainformación básica de tránsito de la mayor parte de la red vial venezolana.

La determinación del volumen de tránsito actual en las vías nuevas, o que vayan asufrir mejoras de consideración, requiere de un cúmulo de información quenormalmente no está al alcance del proyectista de pavimentos; en estos casosgeneralmente habrá que obtener los valores de tránsito de la OPTT; si ésta no lostuviere se tendrá que realizar un estudio especial, directamente a través de ella o através de especialistas en esta rama de la ingeniería.

En esta Tabla 4 se presenta, para cada Estación de Conteo, la siguiente

información:° Número de la estación° Identificación (Descripción del tramo vial en el cual está ubicada la estaciónde conteo° Identificación de la vía (Troncal, local, etc.)° Entidad Federal a la que pertenece el tramo vial° Tipo de pavimento (asfalto, concreto, granzón, tierra)° Año y valor del PDT° Porcentaje de vehículos pesados° Año de la última determinación del porcentaje de vehículos pesados




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__________________________________________________________________________ 2-8

Figura 1: ejemplo de conteo vehicular por medios mecánicos




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La Tabla 4 muestra una de las hojas típicas de la publicación "Estadísticas de Tránsito, Período 1972-1Transporte y Comunicaciones, 1982".

Tabla 4"Estadísticas de Tránsito, Período 1972-1981

Ministerio de Transporte y Comunicaciones, 1982"




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_____________________________________________________________________ 2-1

La información de tránsito, tal como es suministrada por la OPTT, puede serutilizada para proyectar el tráfico futuro de una vía, en vez de utilizar la Fórmula (E-1), cuando los valores de Tasa de Crecimiento no son constantes a lo largo de losaños, que es el caso común. El procedimiento consiste en graficar la información, y

obtener una curva y su correspondiente ecuación, tal como la que se presenta enla Figura 2, a partir de la cual se puede estimar el valor de tráfico en un año futurocualquiera.

(b) Sistemas de segunda generación

Los sistemas de conteo vehicular por medios mecánicos ha sido mejorado graciasal desarrollo de equipos que utilizan diversos sistemas: eléctricos, fotoeléctricos,piezo-eléctricos, de radar, magnéticos, ultrasónicos, infrarrojos, etc.

Desde comienzos de la década de los años 90, cuando se implementa enVenezuela el sistema de las “Concesiones de Mantenimiento”, se han instaladocerca de 62 “Estaciones de Peaje”, en los corredores viales de las troncales y

autopistas, que emplean fundamentalmente los medios piezo-eléctricos omagnéticos para la obtención de la información de tránsito.

Peaje “El Rastro”, Estado Guárico

Estas estaciones de peaje han venido a reemplazar las “estaciones de conteopermanente” y registran la información diaria, no solo de número de vehículos, sinotambién clasifican los diferentes tipos de vehículos que atraviesan un peajedeterminado. Su gran ventaja es que permiten registrar todos y cada uno de losdiferentes vehículos que transitan por el punto de medición; en su contra se

esgrime el argumento de que presentan un mayor costo de ejecución. Para lafecha actual (octubre 2004) el costo de una medición de una semana continua seaproxima a los 3.150.000 Bs. (1.640 US$).




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Tabla 4-a: Ejemplo de registro mensual en la estación de Peaje Simón Planas, ubicada en la carretera Acarigua




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_____________________________________________________________________ 2-12

El modelo de registro anterior clasifica los vehículos no por “Tipo COVENIN”, sinoen función del “tipo y Número de ejes”.

La siguiente tabla describe, para este Peaje en particular, la tipología de cada

clasificación:Clase Descripción

1 Vehículo liviano (pasajeros y pickup)2 Colectivos (2RD y O3E)3 Camión 2RD Carga liviana, Tipo 3504 Camión 2RD Carga pesada, Tipo 7505 Camión O3E y Semitrailers 2S16 Semitrailers y remolques de 4 ejes7 Semitrailers y remolques de 5 ejes8 Semitrailers y remolques de 6 o más ejes

Debe recordarse que, en el caso venezolano, cada estación de peaje puede tenersu propia tabla de clasificación.

La precisión de estos sistemas es del 100%, con la ventaja ya comentada que nosolo permiten el registro del total de vehículos, sino aportan la información delconteo clasificado por tipo de vehículo.

La información obtenida año tras año en los sitios de conteo, tal como se ilustra enla Tabla 4, permite estimar cómo será el volumen en una vía en un año futuro, pormedio de proyecciones estadísticas, un ejemplo se presenta en la Figura 2.

Figura 2

Ejemplo de proyección gráfica de valores futurosde tráfico en función de valores históricos

Registros históricos de volúmenes de tránsito. Límite

Aragua-Distribuidor Santa Clara

y = 744.58x - 1E+06

R2 = 0.6243

4,000

6,000

8,00010,000

12,000

14,000

16,000

18,000

20,000

1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982

Año del conteo

P D T




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_____________________________________________________________________ 2-14

(c) Conteos visuales

Aún cuando lo ideal es que el conteo vehicular –clasificado o no– se realicemediante el empleo de equipos, en el caso de que esto no sea posible, por

razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se podrá recurrir al sistema decontar los vehículos mediante la simple observación visual del paso del flujovehicular.

El conteo visual permite no solo determinar el total de vehículos que circulan por elpunto de medición, sino que se obtiene un “conteo clasificado” ya que secontabiliza el número de cada tipo de vehículo que pasa por esa sección durante eltiempo de la medición.

La planilla que se muestra a continuación puede ser utilizada para un conteo visualclasificado.

En esta planilla se detallan los tipos de vehículos mas comunes que circulan por lared vial venezolana.




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_____________________________________________________________________ 2-15

Lapso de medición de volúmenes de tránsito

El lapso ideal para la realización de un conteo –ya que se elimina cualquier errorpor condiciones estacionales del flujo de vehículos– es de un (1) año. Cuando el

conteo se realiza en estaciones de cobertura 1, o en peajes, automáticamente alcorrer del año se va registrando el volumen acumulado de vehículos. En otrasocasiones o puntos de medición, no es ni práctico ni económico, el que sedisponga de este lapso de tiempo. Lo ideal entonces, es realizar una medición deun mes continuo. En caso de que esto tampoco sea posible, la medición deberíaser de una (1) semana completa, en forma tal que se obtenga un registro de lunesa domingo. Si tampoco esto fuese posible, debería al menos disponerse de unregistro de un día laboral y de un día de fin de semana (sábado o domingo). Si enalguno casos ni siquiera esto fueses posible, el conteo debe ser realizado en undía (24 horas) continuas, preferiblemente en un día laborable.

Pudiera darse el caso de que ni aún pudiese contarse en un lapso de 24 horas; eneste caso debe irse a un conteo de doce horas. Si ni aun pueden contarse en

estas 12, debe irse a ocho (8) horas, y a veces solo podrá contarse durante unahora. En estos casos, el PDT debe ser obtenido dividiendo el número de vehículoscontado durante el periodo entre el “factor de medición” que se indica en lasiguiente tabla:

Tabla 5Estimaciones del PDT en función del conteo horario

Total de conteodurante el lapso

Horas continuasdel conteo

Factor demedición

7:00 am—7:00 pm 12 0,754

8:00 am—4:00 pm 8 0,504

PDT =

(total conteo) / (factorde medición)

1 hora (hora pico) 1 0,083Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.

En caso de no conocer la Hora pico de la carretera, puede estimarse de la Tabla 6

Tabla 6Frecuencia de ocurrencia de las Horas-Pico

Factor demedición horariaHora Pico % de

ocurrencia Promedio Rango

6:00 am-7:00 am 6,45 0,091 0,062-0,1317:00 am-8:00 am 10,75 0,087 0,065-0,1128:00 am-9:00 am 5,37 0,073 0,065-0,0829:00 am-10:00 am 6,45 0,082 0,069-0,09610:00 am- 11:00 am 2,15 0,081 0,080-0,08111:00 am – 12:00 m 3,23 0,082 0,075-0,09412:00 m – 1:00 pm 1,08 0,086 0,0861:00 pm – 2:00 pm 2,15 0,089 0,082-0,0952:00 pm – 3:00 pm 5,38 0,083 0,070-0,108




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_____________________________________________________________________ 2-16

3:00 pm- 4:00 pm 11,83 0,078 0,061-0,0964:00 pm- 5:00 pm 12,90 0,081 0,068-0,1055:00 pm- 6:00 pm 20,43 0,081 0,065-0,1536:00 pm- 7:00 pm 9,68 0,082 0,070-0,1097:00 pm- 8:00 pm 2,15 0,101 0,075-0,127

No se registraron horas pico fuera de las señaladasFuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.

Es evidente de la tabla anterior que, en caso de no conocer la Hora-pico, lo masconveniente es realizar la medición entre las 5 y 6 de la tarde, ó entre las 4 y 5 de latarde, ya que la mayoría de las carreteras presentaron horas-pico entre estas horas.

2. Peso total y peso por eje de los vehículos de carga

Para el conteo de vehículos, tal como ha sido mencionado en párrafos anteriores,se podrá disponer desde de equipos electrónicos muy modernos, hasta una simpleobservación visual, pero siempre, aun en el caso de mayores dificultades, se podráobtener o validar en campo la información de volúmenes de tránsito.

Para el caso de determinación de las cargas en los vehículos, por el contrario,deberá contarse con sistemas de pesaje, los cuales serán realizados con balanzascon carga detenida, o a través de medios electrónicos.

(a) Pesaje mediante el empleo de balanzas con carga detenida

(a.1) Balanza de peso totalEste sistema permite la medición de la carga de un vehículo por medio de unabalanza, normalmente mecánica, sobre la cual el vehículo debe estar detenido.Las balanzas que se emplean son del “tipo romana”, sobre la cual se coloca todoel vehículo, y registran su peso total. Pueden ser empleadas para determinar el

peso por eje, o grupo de ejes, desplazando el vehículo sobre la balanza, en formatal que sobre la balanza solo esté cargando el eje, o grupo de ejes, que se deseapesar. Este tipo de balanza es el que se emplea en los sitios en que pesan losvehículos para el control de carga y sobre-carga. Son de tipo fijo, aun cuando sedispone de algunos modelos portátiles.

(a.2) Balanzas de peso por ruedaMediante este tipo de balanzas portátiles se logra determinar el peso por cadarueda o conjunto de ruedas en un eje. Se ubican en sitios estratégicamenteseleccionados y requieren de un número alto de operadores: uno por cada juegode balanzas, dos o tres señaleros y un jefe de grupo. Lo ideal, para que el sistemasea mas rápido, es que se disponga de siete (7) balanzas, de modo que pueda

colocarse una bajo cada grupo de ejes.Su precio de adquisición es relativamente bajo pero tienen poco rendimiento. Enun día de trabajo se pueden pesar entre 40 y 60 vehículos. Una de sus grandeslimitaciones es que la muestra del pesaje debe ser muy bien diseñada, en formatal que represente el universo de vehículos que circulan por la vía en estudio.




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_____________________________________________________________________ 2-17

La siguiente figura presenta una balanza de peso total:

Y las dos figuras que se incluyen a continuación corresponden al modelo debalanzas portátiles de carga por rueda:

(b) Pesaje mediante el empleo de balanzas con carga en movimiento (WIM)

Gracias a la electrónica, hoy en día se dispone de medios mucho mas rápidos yseguros para el pesaje de vehículos. Estos dispositivos permiten pesar cualquiervehículo, eje a eje y peso total, sin obligarlo a detenerse; se conocen comosistemas “WIM” por sus siglas en inglés Weigh In Motion”.




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_____________________________________________________________________ 2-18

El costo de un pesaje total de vehículos alcanza a la fecha a un valor cercano alos 750.000 Bs por día (375 US$ al cambio actual de 2.000 Bs/US$). Lacaracterística mas importante de este sistema es su confiabilidad, ya que permiteobtener y registrar el peso de cada vehículo, es decir el 100% de la muestra bajo

medición, sin interrupción alguna de tránsito, ya que el sistema se compone deuna serie de cables co-axiales empotrados o adheridos sobre el pavimento.

Detalle de sensores piezo-eléctricos adheridos sobre el pavimento

El siguiente esquema muestra el procedimiento de recolección de la data depesaje por medio de un sensor piezo-eléctrico:




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_____________________________________________________________________ 2-19

• Utilización de la información de tránsito para el diseño de pavimentos

La información de tránsito que interesa al proyectista de pavimentos debecomprender:

• el volumen de tránsito, es decir el número de vehículos que utilizará la facilidadvial• la composición del tránsito, es decir la identificación de los tipos de vehículos quecircularán sobre el pavimento• la intensidad de la carga, lo cual significa el determinar el peso de los vehículosvacíos más el de la carga que transportan• la configuración de los ejes que transmiten las cargas al pavimento• el canal de circulación que servirá como patrón de diseño

• Volumen de tránsitoEl número de vehículos que circulará sobre la vía será determinado, tal como hasido ya señalado, en función de las estadísticas y estudios de tránsito, y/o

mediciones reales de campo. Debe conocerse tanto el volumen para el año inicialde diseño, como la tasa de crecimiento interanual para el período de diseño.

• Composición del tránsitoEl número de vehículos de pasajeros, el número y tipo de vehículos pesados esobtenido también de los conteos y proyecciones de tráfico. En la Tabla I sepresentaron los tipos de vehículos de carga más comunes en Venezuela

• Intensidad de cargaEl total del peso del vehículo, tanto vacío como cargado, según sea el caso,también se obtiene en las "Estaciones de pesaje", mediante el uso de un sistemade balanzas que permiten determinar tanto el peso bruto total, como el peso en

cada uno de los ejes del vehículo. En la Tabla I se presentaron las cargasmáximas para cada uno de los diversos tipos de vehículos pesados, y másadelante se tocará el tema referente a la carga que transmiten los cauchos sobreel pavimento

• Configuración de los ejes que transmiten las cargas al pavimentoUna de las piezas de información más importantes en cuanto al tráfico se refiere,es la manera como se aplicará la carga sobre el pavimento, es decir cuantos ejes,y de qué tipo son esos ejes (número de ruedas por eje, número de ejes,separación entre ejes, presión de inflado, etc.)

A este respecto es conveniente definir los tipos de ejes que pueden serencontrados en los vehículos que transitan sobre nuestros pavimentos, de acuerdoa lo establecido en la Norma COVENIN 2402-86 (Tipología de vehículos de carga):




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_____________________________________________________________________ 2-20

Ejes Simples: Son ejes sencillos de dos o cuatro ruedas

Ejes Tandem (dobles): Es el conjunto de dos ejes sencillos,separados entre 1,20 y 1,60 metros aproximadamente, quetienen una suspensión común




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_____________________________________________________________________ 2-21

Ejes Triples: es el conjunto de tres ejes sencillos, separadosentre 1,20 y 1,40 metros aproximadamente, los cuales no tienenuna suspensión común

• Canal de circulación que servirá como patrón de diseñoEs necesario, además conocer como se distribuirá el flujo de vehículos en ambossentidos de la vía. A tal efecto se aplican los siguientes conceptos:

• Tránsito Balanceado: se denomina así cuando la composición, volumen eintensidad de carga en una vía es similar en ambas direcciones.

• Tránsito Desbalanceado: cuando no se cumple la definición anterior en lacirculación del tráfico en la vía

• Canal de Diseño: es aquel canal de una vía que estará sometido a lascondiciones más severas de carga y por lo tanto será el que controle el diseño delpavimento.

En una carretera de dos vías con tránsito balanceado, es cualquiera de los doscanales de circulación. En una vía de varios canales, el Canal de Diseñocorresponderá, normalmente, al canal de circulación lenta del sentido máscargado, a menos que exista una información de tránsito que permita conocerespecíficamente cual será ese canal más cargado. En vías de múltiples canalescon isla central y tránsito desbalanceado, puede seleccionarse un canal de diseñopara cada sentido.




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_____________________________________________________________________ 2-22

• Determinación del efecto de las cargas transmitidas por los diferentes ejessobre un pavimento flexible

Uno de los factores de diseño que presenta mayor variabilidad es el

correspondiente al efecto de las cargas que transmiten los vehículos. Cualquierobservador, por más inexperto que sea en el área de pavimentos, no puede dejarde notar que por una sección dada de pavimento circulan diariamente unsinnúmero de tipos de vehículos, y un mayor número de tipos de carga: observarápara un mismo tipo de camión que algunos circularán vacíos, otros cargados concemento, otros con cerveza, otros con materiales de construcción, etc.; además lacondición de variabilidad descrita se repetirá para cada tipo de camión sobre la vía.

Es necesario, en consecuencia, transformar toda esa gama de realidades deformas e intensidades de carga, en un valor que los represente y que seasimplemente obtenible y manejable. Por esta razón se definió un "Eje Patrón" querepresenta la carga estándar, o normalizada.

En Venezuela, como en la gran mayoría de los países occidentales, este "ejepatrón" contempla una carga por eje simple de cuatro ruedas de 8.200 kg (80 KNó 18.000 libras)

Adicionalmente fue necesario asignar a este eje patrón un valor del efecto quecausaba al pasar sobre un pavimento, este efecto se conoce como "factor daño",y para una carga patrón de 18 kips, sobre un eje simple de cuatro ruedas (o ruedasmorochas), se le asignó un valor unitario, es decir cada vez que un eje simple de18.000 lbs pasa sobre una sección de un pavimento flexible, causa sobre esepavimento un daño igual a uno (1).

Como consecuencia de esta simplificación surge la definición de los "Factores de

equivalencia de cargas", que "son valores numéricos que definen el daño quecausa el paso de un vehículo, o eje determinado, sobre una sección de pavimentoen una manera relativa al daño que el vehículo, o eje patrón, causa al pasar sobrela misma sección de pavimento", o dicho de otra manera, los "Factores deEquivalencia" transforman las repeticiones de un eje cualquiera, a un número derepeticiones del eje patrón que causan el mismo efecto daño sobre el pavimentoque el daño causado por ese eje cualquiera.

Los "Factores de Equivalencia" para los ejes simples y tandem (dobles y triples)son los derivados empíricamente en el Ensayo Vial AASHO en función no solo dela magnitud de la carga y la configuración del eje que la transmite al pavimento,sino también del tipo de pavimento (flexible o rígido), del espesor del pavimento yde la condición final de calidad de rodaje del pavimento para el momento final delperiodo de diseño y obedecen, en una forma muy simplificada, a la relaciónexponencial siguiente:




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_____________________________________________________________________ 2-23

Factor de equivalencia = [Carga en eje / Carganormalizada]^

4

Si se establece como carga normalizada los valores de 6.6 ton en eje simple dedos ruedas, de 8.2 ton en ejes simple de cuatro ruedas y ejes tandem dobles, y de23 ton en eje tandem triple, los “factores de equivalencia” toman las expresionesaproximadas siguientes:

(Fei simple de dos ruedas) = (Carga por eje (i) / 6.6)^4 (E-

2)

(Fei simple de cuatro ruedas) = (Carga por eje (i) / 8.2)^4 (E-

3)

(Fei doble) = (0,57 * Carga por eje doble (i) /8.2)^4 (E-

4)

(FEitriple) = (Carga por eje triple (t)/23) 4,22 (E-

5)

Ejemplos de estimación de los ejes equivalentes:

Ejemplo 1Camión semitrailer 3S3 con 48 toneladas de carga total

Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje 5 Eje 6Carga (Ton) 5,76 7,68 9,12 8,16 10,56 6,72Eje de carga Simple dos

ruedasTandem doble(Eje 2 + eje 3)

Tandem triple(eje 4 + eje 5 + eje 6)

Toneladas eneje de carga 5,76 16,80 25,44Factor deequivalencia

0,58 1,86 1,53

Ejesequivalentescausados por elpaso de estevehículo (Factordaño)

(0,58 + 1,86 + 1,53 )

3,97

Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un “camión virtual de 3,97 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas




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_____________________________________________________________________ 2-24

Ejemplo 2El mismo Camión semitrailer 3S3 pero con 96 toneladas de carga total



Tandem triple(eje 4 + eje 5 + eje 6)

Toneladas eneje de carga 11,52 33,60 50,88Factor deequivalencia

9,28 29,76 28,52

Ejesequivalentes

causados por elpaso de estevehículo (Factordaño)

(9,28 + 29,76 + 28,52)

67,56

Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un “camión virtual de 62,99 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas.La carga, en este ejemplo se dobló, pero el efecto daño fue prácticamente 16 veces mayor.

El “Factor camión” de esta flota de dos camiones sería igual a:

FC = (3,97 + 67,56) / 2 = 35,76 ejes equivalentes

Ejemplo 3Camión Semitrailer 3S2 con una carga de 55 toneladas

Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3 Eje 4 Eje 5Carga (Ton) 6,60 8,25 10,45 16,24 13,46Eje de carga Simple dos


Tandem doble(Eje 4 + eje 5)

Toneladas eneje de carga

6,60 18,70 29,70

Factor deequivalencia

1,00 2,86 18,17

Ejesequivalentescausados por elpaso de estevehículo (Factordaño)

(1,00 + 2,86+ 18,17)

22,03

Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un “camión virtual de 22,03 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas.

El “Factor camión” de esta flota de tres camiones sería igual a:

FC = (3,97 + 67,56 +22,03 ) / 3 = 31,18 ejes equivalentes




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_____________________________________________________________________ 2-25

Ejemplo 4Camión Remolque 3R3 cargado con 55 toneladas



Simple cuatroruedas

Tandem doble(Eje 5 + eje 6)

Toneladas eneje de carga

4,95 16,50 12,65 20,90

Factor deequivalencia

0,32 1,73 5,66 4,46

Ejesequivalentescausados por

el paso deeste vehículo(Factor daño)

(0,32 + 1,73 + 5,66 + 4,46)

12,17

Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un “camión virtual de 12,17 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado con 8,2 toneladas.

El “Factor camión” de esta flota de cuatro camiones sería igual a:

FC = (3,97 + 67,56 +22,03 + 12,17) / 4 = 26,43 ejes equivalentes

Ejemplo 5Un Camión Tipo O3E autobús cargado con 20 toneladas

El “Factor camión” de esta flota de cinco camiones sería igual a:

FC = (3,97 + 67,56 +22,03 + 12,17 + 1,53) / 5 = 21,45 ejes equivalentes

Eje individual Eje 1 Eje 2 Eje 3Carga (Ton) 4.80 7,60 7,60Eje de carga Simple dos ruedas Tandem doble

(Eje 2 + eje 3)Toneladas en eje de carga 4,80 15,20Factor de equivalencia 0,28 1,25Ejes equivalentescausados por el paso deeste vehículo (Factordaño)

(0,28 + 1,25 ) 1,53

Es decir que el paso de este camión causa el mismo daño sobre el pavimento que el causaría un “camión virtual de 1,53 ejes simples de cuatro ruedas, cada eje cargado

con 8,2 toneladas.




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_____________________________________________________________________ 2-26

• Metodología para el cálculo del Número de Cargas Equivalentes (REE oWt18) para el diseño de pavimentos

La determinación de las cargas que actuarán sobre un pavimento, en su

período de diseño, se basa en la aplicación de la Ecuación E-6

REE = Wt18 = EEo * {(1+TC)^n – 1)} / TC (E-6)

en donde:

REE = cargas equivalentes totales en el período de diseñoEEo = cargas equivalentes acumuladas en el primer año de diseño

Siendo EEo igual a:

EEo = PDTo * %Vp * FC * fds * fuc * A * D (E-7)

en donde:

PDTo = volumen diario del total de vehículos (livianos + pesados), paracualquier día el año inicial de diseño.

%Vp = número de vehículos pesados, expresado en forma decimal, comoporcentaje del PDT.

El resultado de la expresión (PDTo * %Vp), se define como VTPi y es igualal volumen diario de tráfico pesado —o número de camiones— para el añoinicial de diseño.

Por otra parte, uno de los valores más importantes es el que corresponde altérmino "FC", el cual se define como "Factor camión", y es igual al número decargas equivalentes promedio por camión, y se obtiene dividiendo el valorobtenido al sumar el total de cargas equivalentes de cada camión, de un númerodado de camiones que circulan por una sección de carretera, entre el número totalde camiones considerados en la sumatoria de los ejes equivalentes.

(véanse ejemplos de estimación de ejes equivalentes por tipo de camión)

El Factor Camión es una constante característica de la distribución defrecuencia de eje por rango de carga e independiente del número devehículos; es decir no depende del número de camiones a partir de loscuales se determine, pero sí de la conformación, o distribución de losdiversos camiones dentro del total del tráfico pesado diario de la vía enestudio.

El Factor Camión permanece constante si la distribución de los tipos y cargas delos camiones permanece invariable. Por lo contrario, si se modifica en algo elporcentaje de vehículos cargados, o el tipo de carga, o los tipos de camionesdentro del total de vehículos diarios, el FC se variará con respecto al anterior.




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_____________________________________________________________________ 2-27

Los otros términos considerados en la Ecuación (E-7) son:

Factor de distribución por sentido (fds)

El factor de distribución por sentido (fds) permite cuantificar la fracción del total del

tránsito que circulará en el sentido de diseño, y sus valores son los que se indicanen la Tabla 7.

Tabla 7Valores del Factor de distribución por sentido

Modo de medición del PDT Valor del fdsEn ambos sentidos 0,50Por sentido de circulación 1,00

Factor de utilización de canal (fuc)

Este valor permite asignar al canal de diseño, la fracción del total de vehículos quecirculará por este canal, y su valor se selecciona de acuerdo a lo indicado en la Tabla

9: En Venezuela tradicionalmente sus valores han sido los siguientes —para eltránsito ya asignado al sentido de circulación:(a) para un canal por sentido, el fuc=1,0(b) para dos canales por sentido, el fuc=0,90; y(c) para tres o mas canales por sentido, el fuc = 0,80.

La Tabla 8, presenta unos valores de “fuc” no sólo en función del número decanales por sentido, sino también del número de vehículos totales que circulan porel sentido de diseño:

Tabla 8Valores recomendados de factor de utilización de canal

Fuente: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc. 1998

Vía de dos (2) canalespor sentido decirculación

Vía de más de dos (2) canales porsentido de circulaciónPDT en unsolo sentido

Canalrápido

Canallento

Canal(es)rápido(s)

Canalcentral

Canallento

2.000 0,06 0,94 0,06 0,12 0,824.000 0,12 0,88 0,06 0,18 0,766.000 0.15 0,85 0,07 0,21 0,728.000 0,18 0,82 0,07 0,23 0,7010.000 0,19 0,81 0,07 0,28 0,6815.000 0,23 0,77 0,07 0,28 0,6520.000 0,25 0,75 0,07 0,30 0,6325.000 0,27 0,73 0,07 0,32 0,61

30.000 0,28 0,72 0,08 0,33 0,5935.000 0,30 0,70 0,08 0,34 0,5840.000 0,31 0,69 0,08 0,35 0,5750.000 0,33 0,67 0,08 0,37 0,5560.000 0,34 0,66 0,08 0,39 0,5370.000 - - 0,08 0,40 0,5280.000 - - 0,08 0,41 0,51100.000 - - 0,09 0,42 0,49




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_____________________________________________________________________ 2-28

Factor de Ajuste por Tránsito Desbalanceado (A)

Este factor reconoce que, cuándo la medición de los volúmenes de tránsito se hacepor ambos sentidos, lo normal es que uno de los polos generadores de tránsitoresulte con un mayor número de vehículos, y con mayor carga, que el otro polo. La

Tabla 9 presenta los valores tradicionalmente empleados en Venezuela, así como losresultantes de las mediciones obtenidas en investigaciones de tránsito enVenezuela..

Tabla 9Factores de Ajuste por Tránsito Desbalanceado (A)

Tipo de tránsito, con conteo en ambossentidos

Factor de Ajuste (A)

Tránsito desbalanceado en la mayoría delas vías(Nota 1)

1,05 – 1,35(1,20 valor más común)

Tránsito desbalanceado en vías mineras

(Nota 1)

1,90

Tránsito desbalanceado en la mayoría delas vías(Nota 2)

1,03 – 1,53(1,23 valor promedio)

Vías con tránsito balanceado, o conteosen un solo sentido

1,00

Nota 1: fuente: Ing. Luis Salamé R. “Método Venezolano para el Diseño de Pavimentos Flexibles”.Nota 2: fuente: elaboración propia

Número de días por año en que las variables anteriores son aplicables (D)

En Venezuela se ha venido aplicando la fórmula para la estimación de las cargastotales acumuladas en el período de diseño, para un total de 365 días por año, locual es válido cuando se considera que (a) el valor de PDT ha sido determinado parael promedio de, al menos los siete días de la semana, es decir tanto los díaslaborables (Lunes a Viernes), como los Sábados y Domingos, y (b) que lascondiciones restantes del tránsito (%Vp, FC, etc.) se aplican a lo largo de los 365días.En la mayoría de los casos estas dos premisas no se cumplen a lo largo del año: essuficiente destacar las carreteras en zonas agrícolas, en las cuales hay meses desiembra y meses de cosecha y transporte; es evidente que en ambos lapsos no seaplican las mismas cargas, ni circulan los mismos números de camiones. Esconveniente, en consecuencia, comenzar a diferenciar en, al menos, días de trabajo

(Lunes a Viernes) y días de descanso (Sábados y Domingos), y aplicar a cada grupode días los correspondientes valores de las otras variables independientes que hansido citadas. La misma situación sucede en cualquier otra vía: un menor número decamiones transita los fines de semana y los días feriados, ya que los conductores deestos vehículos también toman su descanso de sábados y Domingos. Conviene, enconsecuencia, comenzar a diferenciar cada una de las variables independientes detránsito para estos dos grupos de días: PDT, %Vp, y Factor Camión.




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_____________________________________________________________________ 2-29

Factor de Crecimiento (F): Es un factor que toma en cuenta la variación delvolumen de tránsito en el período de diseño considerado, y se utiliza paradeterminar las cargas equivalentes acumuladas. Los valores del Factor deCrecimiento (F) se presentan en la Tabla IX, y son función de la Tasa de

Crecimiento (TC o “r”) y del período de diseño (n), en años.El Factor de crecimiento se calcula a partir de cualquiera de las expresionessiguientes, y ha ya sido comentado en la Ecuación 6::

FC = { (1 + TC) n — 1} / TC

O también:

FC = { (1 + r) n — 1} / (ln (1+r)

La tasa de crecimiento interanual (TC), permite integrar el crecimiento del tránsitoa lo largo del período de diseño, y en el caso de que no pueda ser obtenido de losregistros históricos de tránsito, pueden emplearse los resultados de medicionesen el año 1993 que arrojan los resultados que se presentan en la Tabla 10.

Tabla 10Valores de Tasa de Crecimiento Interanual

Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia, 1998.

Criterio estadístico ValorPromedio 4,20 %Desviaciónestándar

1,80%

Valor mínimo 0,24%Valor máximo 8,28%




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_____________________________________________________________________ 2-30

La tabla 11 presenta los valores de F, calculados a partir de la primera expresión:

Tabla 11Factores de Crecimiento




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_____________________________________________________________________ 2-31

Estimación del Factor Camión para el caso en que no pueden pesarse loscamiones.

•• En nuestro país, tal como ha sido señalado en varias oportunidades anteriores,

puede ocurrir que la información de tránsito no está disponible, o no puede seractualizada fácilmente. El Ingeniero siempre podrá realizar conteos clasificados,aun cuando sea por el método visual, pero si no dispone de balanzasevidentemente no podrá pesar los vehículos. Esta situación es muy común ennuestro paìs.

Esta situación puede presentarse, por otra parte, cuando se requiere unaestimación rápida del número de cargas equivalentes aproximadas, para realizar ladeterminación de los espesores de un pavimento a los fines de anteproyecto, o dedecisiones administrativas de programación de inversiones anuales.

Para lograr en estos casos la determinación de los valores del Factor Camión, elproyectista podrá utilizar una de varias tablas que proporcionan valores de FC en

función de ciertos niveles de información, los cuales se señalan en cada tabla enparticular.

Estas tablas fueron inicialmente (1982) elaboradas por los Ings. Luis Salamé,Andrés Pinaud, William Stalhuth y Arturo Carvajal, durante el desarrollo del"Método Venezolano para el Diseño de Pavimentos Flexibles para Carreteras", yhan facilitado enormemente el trabajo de los ingenieros de pavimentos. Hoy en díahan sido actualizadas a través de Trabajos Especiales de Grado desarrollados enlas Universidades Santa María y Metropolitana en Caracas.

Es indudable que, mientras sea posible, deberá recurrirse al procedimiento decalcular el valor del FC en función de la información de la distribución de

Frecuencia de Ejes por Rangos de Cargas, y en el caso de que tal hecho no puedaser logrado, el proyectista deberá aplicar su criterio para hacer la mejor selecciónde aquella tabla que mejor representa el nivel de información de que puedadisponer. Se recomienda en estos casos, el tratar de realizar al menos conteos denúmero y tipos de vehículos, ya que los valores así obtenidos podrán sercomparados con los de las diversas tablas y tomar la decisión más conveniente,aplicando el buen juicio ingenieril y la experiencia personal.




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_____________________________________________________________________ 2-32

Tabla 12

Factor Camión por Tipo de Vehículo para vías de tránsito muy pesado

Tabla 13

Factor Camión por número de ejes, para vías de tránsito muy pesado

Tipo decamión

% en ladistribución % cargados % vacíos

FactorCamiónVacío

FactorCamiónCargado

FactorCamión

Ponderado

2 ejes 61.02 83.61 16.39 0.14 4.99 4.203 ejes 14.51 78.19 21.81 0.38 10.30 8.144 ejes 5.83 73.54 26.46 0.66 12.20 9.145 ejes 10.18 94.28 5.72 0.20 14.98 14.136 ejes 7.82 95.62 4.38 0.17 10.94 10.477 ejes 0.64 96.33 3.67 0.26 12.89 12.43

Total 100.00 84.34 15.66 0.244 7.795 6.613Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1983-1995

Procesamiento de pesaje en 96.949 camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, incluyendo

la data original del Ing. Luis Salamé R(+) del año 1983 y pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.),

en un total de 19 vías troncales de la red vial venezolana con características de tránsito muy pesado, y las Autopistas

Caracas-La Guaira, Centrooccidental y Caracas-Tejerías (TO-01).

Valores de Factor Camión para vías con condición de "tránsito muy pesado"

Gustavo Corredor M. 2003

Tipo de camión% en la

distribución % cargados % vacíos

FactorCamiónVacío

FactorCamiónCargado

FactorCamión

Ponderado2RD autobús 9.35 82.45 17.55 0.13 2.01 1.682RD camión 51.67 83.82 16.18 0.14 5.52 4.65O3Eautobús 0.28 87.32 12.68 0.15 1.08 0.96O3Ecamión 13.57 80.17 19.83 0.33 10.46 8.45

2S1 0.66 33.75 66.25 0.68 13.02 4.842S2 4.64 79.46 20.54 0.23 12.18 9.73

2S3 0.23 91.58 8.42 0.04 11.51 10.553S1 0.75 37.53 62.47 1.62 11.08 5.173S2 9.48 94.71 5.29 0.19 15.00 14.213S3 6.98 95.33 4.67 0.16 10.51 10.032R2 0.44 72.65 27.35 0.29 13.37 9.792R3 0.28 89.41 10.59 0.52 19.05 17.093R2 0.19 83.43 16.57 0.09 12.01 10.043R3 0.84 98.06 1.94 0.46 14.45 14.183R4 0.64 96.33 3.67 0.26 12.89 12.43

Total 100.00 84.34 15.66 0.244 7.795 6.613

Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1983-1995

Procesamiento de pesaje en 96.949 camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET, incluyendo

la data original del Ing. Luis Salamé R(+) del año 1983 y pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un

total de 19 vías troncales de la red vial venezolana con características de tránsito muy pesado, y las Autopistas

Caracas-La Guaira, Centrooccidental y Caracas-Tejerías (TO-01).

Valores de Factor Camión para vías con condición de "tránsito muy pesado"





________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________ 2-33

La Tabla 13 es muy útil cuando se procesa la información proveniente de las Plazasde Peaje, ya que en ellas los vehículos se clasifican por “número de ejes”

Tabla 14

Factor Camión por Tipo de Vehículo para vías de tránsito medio a livianoFuente: 1er. Simveas, Valencia, Octubre de 2000.

* Número de días por año en que las variables anteriores son aplicables (D)

En Venezuela se ha venido aplicando la fórmula para la estimación de las cargastotales acumuladas en el período de diseño, para un total de 365 días por año, locual es válido cuando se considera que (a) el valor de PDT ha sido determinado parael promedio de, al menos los siete días de la semana, es decir tanto los díaslaborables (Lunes a Viernes), como los Sábados y Domingos, y (b) que lascondiciones restantes del tránsito (%Vp, FC, etc.) se aplican a lo largo de los 365días.

En la mayoría de los casos estas dos premisas no se cumplen a lo largo del año: essuficiente destacar las carreteras en zonas agrícolas, en las cuales hay meses desiembra y meses de cosecha y transporte; es evidente que en ambos lapsos no se

aplican las mismas cargas, ni circulan los mismos números de camiones. Esconveniente, en consecuencia, comenzar a diferenciar en, al menos, días de trabajo(Lunes a Viernes) y días de descanso (Sábados y Domingos), y aplicar a cada grupode días los correspondientes valores de las otras variables independientes que hansido citadas. La misma situación sucede en cualquier otra vía: un menor número decamiones transita los fines de semana y los días feriados, ya que los conductores deestos vehículos también toman su descanso de Sábados y Domingos. Conviene, enconsecuencia, comenzar a diferenciar cada una de las variables independientes detránsito para estos dos grupos de días: PDT, %Vp, y Factor Camión.

Tipo de camión

% en la

distribución

%

cargados % vacíos

Factor

Camión

Vacío

Factor

Camión

Cargado

Factor

Camión

Ponderado

2RD autobús 13.30 100.00 0.00 - 1.38 1.38

2RD camión 55.60 49.62 50.38 0.11 3.82 1.95

O3E 12.26 58.91 41.09 0.20 6.78 4.08

2S1 1.04 51.28 48.72 0.18 6.09 3.21

2S2 3.81 0.00 100.00 0.19 - 0.19

2S3 0.13 40.00 60.00 0.11 6.21 2.55

3S1 0.00 0.00 0.00 - - -

3S2 5.84 68.49 31.51 0.13 7.16 4.94

3S34.98 81.28 18.72 0.21 8.98

7.342R2 0.11 100.00 0.00 - 11.85 11.85

2R3 0.77 72.41 27.59 0.38 5.63 4.18

3R2 0 0 0 - - -

3R3 0.96 83.33 16.67 0.19 11.40 9.53

3R4 1.20 79.20 20.80 0.06 10.21 8.10

Total 100.00 59.16 40.84 0.13 4.47 2.70

Fuente: Pesajes en la red vial venezolana, 1995

Procesamiento de pesaje en 3.752 camiones a través de Trabajos Especiales de Grado en USM y UNIMET,

a partir de pesajes realizados por el Ing. Salvador Pulido (Pisigma c.a.), en un total de 15 vías de la red vial

venezolana con características de tránsito medio a bajo.





________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________ 2-34

Análisis estadísticos de estas variables, en un número de 9 vías, arrojan lossiguientes resultados:

Tabla 15

Variables de tránsito para sábados y domingos, expresados como porcentajesde los valores correspondientes para días laborables

% correspondiente paralos días de fín de semanaVariable de tránsito

Promedio (%) Rango (%)Promedio diario de tránsito (PDT) 94,1 83,0 — 111,9% de vehículos pesados (%Vp) 63,3 54,4 — 70,0Factor Camión Ponderado Total 80,5 70,1 — 89,1

Cargas Equivalentes diarias 48,3 34,8 — 69,2

De igual manera, si se dispone de la distribución de camiones de los días laborables,se puede estimar la distribución en fines de semana, de acuerdo a los porcentajesindicados en la Tabla 16.

De todos estos valores el más significativo es, sin duda, el correspondiente a lascargas equivalentes diarias, que permitiría expresar la Ecuación de EEo de lasiguiente manera:

EEo = [PDT (l-v ) * %Vp (l-v ) * FC (l-v )] * [251 + 0,483 * 114] * [fds * fuc * A]

En donde el subíndice (l-v) representa los valores de cada factor de tránsito para losdías laborables, la cifra de 251 corresponde a los días laborables, resultantes de

descontar a los 365 días del año 104 Sábados y Domingos más un estimado de 10días festivos adicionales, y el valor de 0,483 es el promedio obtenido de las cargasequivalentes diarias de fines de semana, expresado como fracción delcorrespondiente valor de lunes a viernes.

Actualmente se están adelantando dos Trabajos de Grado en la Universidad Centro-Occidental Lisandro Alvarado (UCLA). En la primera en los que se persigue validar laecuación anterior para un mayor universo de datos estadísticos, y en la segunda seespera determinar la relación entre las mediciones de tránsito (fundamentalmenteconteos clasificados) realizados en un mes o semana determinado y el valorcorrespondiente obtenido en una medición continua a lo largo de un año.




________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________ 2-35

Tabla 16Distribución de camiones de fines de semana, expresada como %

del número diario correspondiente de Lunes a Viernes.% correspondiente para

los días de fín de semanaTipo de vehículoPromedio (%) Rango (%)

Autobusete 190,8 136,6 — 260,1Autobús 184,1 142,6 — 225,12 ejes liviano (350) 125,7 98,2 — 248,12 ejes pesado (750) 80,6 65,5 — 102,13 ejes 72,7 47,1 — 93,14 ejes 63,8 23,7 — 86,75 ejes 66,5 41,2 — 81,26 + ejes 66,0 43,2 — 81,9

Otra Tabla de interés

A continuación se transcribe la Tabla 17, la cual permite estimar el Factor CamiónPonderado Total por Estado, y la cual es muy útil cuando se realizan estimaciones deinversión en planes regionales de pavimentación, o en cualquier otro trabajo deplanificación.

Tabla 17Valores Promedio del Factor Camión para las diferentes Entidades del País

EntidadFactorCamiónPromedioPonderado

Amazonas 1,29Anzoátegui 2,05Apure 1,42

Aragua 3,77Barinas 1,42Bolívar 6,69Carabobo 3,93Cojedes 1,42Delta Amacuro 1,29Dtto. Federal 3,61Falcón 3,03Lara 1,42Mérida 1,29Miranda 3,61Monagas 2,05Nueva Esparta 1,25

Portuguesa 1,42Sucre 2,05Trujillo 1,47Zulia 3,45

Fuente: II Taller “Evaluación y Clasificación de la Red Vial Principal”, Caracas, 1993. Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Dirección General Sectorial de Vialidad Terrestre, Dirección de Conservación Vial.




________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________ 2-36

La variable tránsito en el Método de Diseño AASHTO-2002

El nuevo método de diseño de pavimentos, que la AASHTO ha venido ofreciendodesde el año 2000, no manejará la información de tránsito bajo el procedimiento de

los “ejes equivalentes”, sino —a partir de la misma data empleada en estos ejesequivalentes— introducirá en los módulos del programa de diseño la cargaexpresada en toneladas por tipo de eje, ya sea a nivel de cada tipo de vehículo decarga, o agrupándolos por tipo de eje: simple, doble y triple.

En Venezuela, al igual que en otros países de nuestra América, se ha comenzado amanejar la data de pesaje para producir estos “espectros de carga”. A continuaciónse presentan las Figuras 1 a 4, las cuales muestran la frecuencia de ocurrencia delas cargas para los ejes simples de dos ruedas, ejes simples de cuatro ruedas, ejestandem dobles (8 ruedas) y tandem triples (12 ruedas), los cuales han sido obtenidosdel procesamiento del pesaje de un total de cerca de 85.000 vehículos de carga.

En estas figuras resalta el hecho de la “sobrecarga”, un problema de gran magnitudno resuelto en Venezuela, como lo demuestran las siguientes cifras de ejessobrecargados: 27.1%; 20.3%, 38.6% y 49.6% para los ejes simples de dos ruedas,de cuatro ruedas, ejes tandem dobles y tandem triples respectivamente.

Espectro de cargas en eje simple de 4 ruedas

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Carga en eje simple (ton)

% d

e f r e c u e n c i a

Espectro de carga en ejes simples de 2 ruedas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35

Carga en eje simple (ton)

% d


Espectro de cargas en eje doble (8 r uedas)

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Carga en eje doble (ton)

% d


Espectro de carga en eje triple (12 ruedas)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Carga en eje triple (ton)

% d





Capítulo 3

El material de sub-rasante Ensayo de CBR y ecuaciones de correlación para Módulo Resiliente




El material de fundación y el ensayo CBR

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-1

Sub-rasantes

La sub-rasante, tal como es definida en pavimentos, comprende los últimoscentímetros del relleno o del corte del movimiento de tierras, que sirven de soportea la estructura del pavimento. Tiene, en consecuencia volumen, a diferencia de la

misma palabra en el diseño geométrico, donde solo interesa como superficie, einteresan, por lo tanto, sus propiedades mecánicas.

La sub-rasante tiene dos funciones principales:

a. proporcionar un valor soporte mínimo a la estructura del pavimento, en formatal que limite las deflexiones a valores tolerables. Es importante destacar que deltotal de la deflexión de un pavimento, entre un 70% y un 90% de ella es causadapor la sub-rasante.

b. proporcionar un soporte continuo, sin asentamientos significativos nidiferenciales, evitando además que se produzcan flujos plásticos o

desplazamientos laterales.En función de la magnitud de la carga es necesario prestarle especial cuidado a lacompactación y humedecimiento de las últimas capas de la sub-rasante, con el finde lograr en este espesor el desarrollo de las propiedades requeridas.

Así interesan para:1. tránsito bajo: los últimos 15 a 30 cm2. tránsito medio: los últimos 30 a 45 cm3. tránsito alto: los últimos 45 a 60 cm.

Las cualidades deseables en la sub-rasante son:

1. alta resistencia2. permanencia de la resistencia3. uniformidad, reduciendo al mínimo los cambios bruscos4. alta densidad, que generalmente incrementa su resistencia5. poca susceptibilidad al agua6. poca variación volumétrica7. facilidad de compactación8. permanencia de la compactación

Debido a la variabilidad de los materiales para sub-rasante, es necesario realizar un estudio profundo de los suelos encontrados en las unidades de diseño, ya quede él se determinará el diseño del pavimento. Los suelos son materiales muy

variables; la interrelación de textura, densidad, humedad y resistencia es muycompleja y, en particular, el comportamiento ante la repetición de cargas es muydifícil de evaluar. Debido a la complejidad del problema no es posible establecer reglas que satisfagan todas las posibilidades. Es posible, sin embargo, formular técnicas y procedimientos que proporcionen resultados adecuados, si los principiosrelacionados con el diseño de la sub-rasante son entendidos por el Ingeniero depavimentos.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-2

El método más frecuente para caracterizar la "resistencia" de un material de sub-rasante es el ensayo de Valor Soporte California (CBR), aún cuando hoy en día yase está introduciendo el "Módulo Resiliente", ya que los nuevos métodos de diseñode pavimentos están incorporando este valor más científico.

Ensayo de Valor Soporte California (CBR)

Fue propuesto en 1929 por los Ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter, delDepartamento de Carreteras del Estado de California. Desde esa fecha, tanto enEuropa como en América, el método CBR (por sus siglas en inglés: CaliforniaBearing Ratio, Relación de Soporte California ) se ha generalizado y es, hoy en día,uno de los más empleados para la caracterización de la "resistencia" de los suelos,sub-bases y bases granulares, valor que posteriormente serán empleados en elcálculo de espesores de pavimentos flexibles.

Este método, que ha sido adoptado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de losEstados Unidos, así como por otros organismos técnicos y viales, ha

experimentado varias modificaciones, pero en la actualidad se sigue, en líneasgenerales, el procedimiento sugerido por el U.S. Waterways Experiment Station,Vicksburg, Mississipi, y que es la versión que más adelante se describe.

Se establece en él una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo, ysu capacidad de soporte como base de sustentación para pavimentos flexibles. Sibien este método es empírico, se basa en un sinnúmero de trabajos deinvestigación llevados a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales,como en el terreno, lo que permite considerarlo como uno de los mejoresprocedimientos prácticos sugeridos hasta hoy.

El CBR es una medida comparativa de la resistencia al corte de un suelo, materialgranular o estabilizado, y se define como la relación porcentual entre la cargaunitaria requerida para penetrar un pistón normalizado, una profundidaddeterminada dentro de una muestra del material bajo ensayo, y la carga unitariarequerida para penetrar el mismo pistón, y a la misma profundidad, en una mezclapatrón de piedra picada; es decir:

picada piedra la de unitaria a arg C

ensayo bajo material del unitaria a arg C 100 CBRi = (Ec.-1)

(ambas cargas a la misma profundidad)

Donde:

" i " n penetració de d profundida la a ensayo bajo material del CBR CBRi =

El CBR de un material es función de su densidad, textura, humedad decompactación, humedad después de la saturación, su "grado de alteración", y sugranulometría.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-3

La "Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldeados" es el máscomún, y debido a que la muestra de laboratorio debe representar lo mas fielmenteposible los resultados de la compactación de campo, debe realizarse un estrictocontrol en laboratorio sobre la densidad (energía de compactación) y la humedadde la muestra en el momento de la compactación.

El valor de CBR normalmente se determina a dos profundidades de penetracióndel pistón normalizado de 3 pulgadas cuadradas de área (a 0,1 pulgada y a 0,2pulgadas), seleccionando el mayor de los dos valores. Las cargas unitarias queresiste la piedra picada a estas profundidades son de 1.000 (70 kg/cm2) y 1.500psi (105 kg/cm2), respectivamente.

El procedimiento del ensayo CBR, ha sido normalizado por la ASTM D-1883 y por la AASHTO T-93, y en forma resumida, comprende las siguientes etapas:

1. Ejecución del Ensayo de compactación (Proctor), para determinar el PesoUnitario máximo seco, también identificado con el término densidad máximaseca), y la humedad óptima de compactación (%wopt) de las muestras. Losresultados de un ensayo típico de compactación, se presentan en la Figura1.

Ensayo de Humedad – Densidad. AASHTO T-180

Prueba 1 2 3 4 5

Humedad (%w) 7,07 8,95 11,06 13,05 15,36

Peso unitariohúmedo (t/m3)

2.002 2.146 2.250 2.195 2.149

Peso unitarioseco (t/m3)

1.870 1.970 2.026 1.942 1.863

Figura 1. Resultados tabulados y en gráfico de un ensayo de compactación para un material de sub-base.

5 10 15

1.85

1.90

1.95

2.00

2.05

2.10

P.u. máximo seco = 2.027 T/ m3 Humedad óptima = 10.8 %

P e s o u n i t a r i o s e c o ( T / m

)

Peso unitario seco (T/ m )

3

3

% de humedad




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-4

El tipo de ensayo de compactación depende del tipo de material:

a. Para material de fundación (sub-rasante), es decir suelos finos:Realizar el ensayo de Densidad-Humedad correspondiente alProctor Estándar (AASHTO T-99)

b. Para materiales de sub-base y/o base, es decir suelosgruesos:Realizar el ensayo de Densidad-Humedad correspondiente alProctor Modificado (AASHTO T-180)

2. Compactación de tres (3) briquetas (muestras), cada una a la humedadóptima determinada en el paso anterior, en un molde de dimensionesestándar de 15 cm de ancho y aproximadamente 11,5 cm de altura. Seemplea un martillo de 10 libras de peso y de 18 pulgadas de caída paracompactar cada muestra en cinco (5) capas. Una briqueta se compactacon 56 golpes por capa, la otra con 25 golpes por capa, y la última con 12

golpes por capa. A cada una de estas muestras se le determina su pesounitario seco.

3. Las tres muestras se someten a un proceso de inmersión total durantecuatro (4) días, al final de los cuales se determina nuevamente suhumedad (Figura 2). Previamente se ha determinado la variación en alturade las muestras. El incremento de altura multiplicado por cien y divididoentre la altura inicial, se define como el “hinchamiento”. Durante el periodode inmersión se coloca sobre cada muestra una sobre-carga de 10 librasde peso. Los resultados se presentan de la forma siguiente:

Golpes por

muestra

Peso unitario

seco t/m3

Humedad

inicial(%wi)

Humedad

final (%wf)

Absorción

(%)

Hinchamiento

(%)

56 1.988 10,79 11,45 0,66 0,16

25 1.830 10,91 13,86 2,95 0,16

12 1.755 10,34 15,91 5,57 0,16

4. Cada muestra es colocada bajo una prensa de carga (Figura 3), y se midela carga necesaria para ir penetrando el pistón normalizado, a unavelocidad de 1,27 mm por minuto, a las profundidades de 0,025; 0,050;0,075; 0,100; 0,200; 0,300; 0,400 y 0,500 pulgadas.

5. Las cargas registradas en el paso anterior se dividen entre 3,0 (área delpistón normalizado en pulgadas cuadradas), para obtener el “esfuerzounitario” para cada profundidad de penetración. Durante esta etapa delensayo se mantienen sobre cada muestra, como mínimo las sobrecargasde 10 libras. Los resultados se presentan de la siguiente forma:




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-5

Esfuerzo de penetración en psi, para profundidades de (pulgadas)

Golpespor

muestra 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,300 0,400 0,500

56 107 205 280 335 424 502 634 748 84525 72 100 115 123 137 150 174 199 222

12 22 45 49 52 57 61 70 79 87

6. Para cada muestra se dibujan los resultados de “esfuerzos unitarios”contra “profundidad de penetración”, para definir los valores de esfuerzounitario a las profundidades de penetración de 0,100 y 0,200 pulgadas. Enalgunos casos puede ser necesario corregir las lecturas en función deposibles deformaciones al momento del inicio de la penetración.

Fuente: Daniel Salcedo R.: Guía Geotécnica y Ambiental, República Dominicana, 2001.

Figura 2. Ensayo CBR en su etapa de inmersión y medición de la expansión,y en su etapa de penetración.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-6

7. Hasta esta etapa se dispone, en resumen, de tres valores de CBR para0,100 pulgadas y otros tres valores de CBR para 0,200 pulgadas depenetración, es decir dos resultados por cada muestra de diferentesenergías de compactación (56, 25 y 12 golpes), así como de las tresdensidades secas, una para cada muestra.

8. Se procede a dibujar, para cada profundidad de penetración, losresultados de densidad seca contra valor de CBR. En este gráfico se trazala línea correspondiente al 95% del Peso unitario máximo seco. De laintersección de esta línea con la curva de densidad —vs—CBR, se trazauna vertical hasta cortar el eje de valores de CBR. Se obtienen así dosvalores de CBR: uno para la profundidad de 0,100 pulgadas, y otro para laprofundidad de 0,200 pulgadas (Véase Figura 3).

9. El CBR final de la muestra será el mayor de los dos valores anteriores. Siambos valores son cercanos, también puede tomarse el promedio deambos.

Ha de tenerse presente que cada muestra se debe utilizar una solavez, es decir, que no podrá usarse el material que haya sido

previamente compactado.

La sobrecarga sobre la muestra cumple dos propósitos:

a. La sobrecarga que se aplique mediante pesas de plomo, debe ser prácticamente igual a la correspondiente a las de las capas de pavimento aconstruirse sobre el material que se ensaya al CBR. La sobrecarga mínimaa emplearse será de 4,54 kg (10 lbs), equivalente a la de un pavimento de

Figura 3. Gráfico de penetración y de Peso Unitario – vs - Resistencia CBR, de un material de sub-base.

1.75

1.80

1.85

1.90

1.95

2.00

95% γ dmax.

γd= 1.926 T/m3

CBR = 23%

8 10 12 14 16 10 20 30 40Penetración del pistón en pulgadas

-1 -2 -3 -4

125

250

375

500

525

750

875

1000

E s f u e r z o e n ( L b / p u l g

) 2

Contenido de humedad ( %) % CBR Corregido

P e s o u n i t a r i o s e c o ( T / m

) 3




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-7

concreto-cemento de aproximadamente 12,5 cm de espesor. Esta es la función primordial de las sobrecargas.

b. Evitar, o al menos reducir, la deformación de la superficie de la muestracuando se somete a la penetración del vástago.

Esta norma del ensayo había prácticamente pasado desapercibida para losingenieros de vialidad durante muchísimos años, y los ensayos CBR sehabían venido ejecutando, sin importar el tipo de material y/o el espesor esperado, con sólo dos (2) pesas colocadas sobre el material, pararepresentar el efecto del peso del pavimento sobre la muestra.

La Tabla 1 que se presenta a continuación, por ejemplo, ha sido preparadaen función de los resultados ejecutados sobre más de 1.600 muestras consobrecargas de 10 lbs, y su utilidad radica en que permite estimar el valor del % de CBR para el caso en que no puedan realizarse los ensayos.

CBR de diseño para una condición de carga deTipo desuelo

ÍndicedeGrupo

< 105

Percentil 75< 106

Percentil 85< 107

Percentil 90< 108

Percentil 95 A-1-a 0 35 30 30 20 A-1-b 0 27 24 21 17 A-2-4 0 22 18 13 8 A-2-6 0—4 14 12 8 6 A-4 0—2

2—5> 5

1494

128

2.5

862

732

A-6 < 33—7

7—11> 11

8532

74

2.51.5

532

1.5

42.51.51

A-7-5 < 20 4 2 1.5 1 A-7-6 < 10

> 1032

2.51.5

21

20.5

Tabla I: Valores de CBR típicos de suelos venezolanos, determinados para diferentes valores percentiles. (CBR saturados, con 4,5 kg de sobrecarga)

Fuente: Salamé Luis, et al: Método Venezolano de Diseño de Pavimentos, 1982

• Importancia de las sobrecargas

En el año 1986, el Ing. Andrés Pinaud R. dirige dos Trabajos Especiales deGrado, uno en la Universidad Católica Andrés Bello y otro en la UniversidadMetropolitana, con unos resultados que demostraron y recordaron a todoslos ingenieros de vialidad, la importancia de ejecutar los ensayos deCBR de acuerdo a los procedimientos establecidos, con el fin de que losresultados de ellos obtenidos sean de aplicación adecuada.

El siguiente ejemplo permitirá aclarar el procedimiento idealizado paradeterminar el número de sobre pesas correcto.

Tipo de suelo: A-4, IG = 8Cargas de diseño = 6,4 * 10 E +6




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-8

(a) Ejecución de ensayos de CBRSe realizaron los ensayos de CBR de tres (puntos) en condición desaturado, sobre muestras del mismo material, variando el número desobrecargas, y se obtuvieron los valores de CBR que se indican en la últimacolumna de la tabla.

Númerodel

ensayo

Número desobrecargas

(n)

Esfuerzo unitario(kg/cm2) sobre la

muestra

Valor de CBR(%)

1 2 0.026 2.82 4 0.052 3.23 6 0.078 4.44 8 0.104 5.05 10 0.130 6.16 12 0.156 6.5

Esfuerzo unitario (EU = ·carga/área = # sobrecargas * peso sobrecarga Diámetro de la muestra = 15 cm

Peso cada sobre carga = 5 lbs. = 2,27 kg

(b) Se realizó del diseño de pavimentos por el Método de la AASHTO-93 yse obtuvieron lo siguientes espesores, variando el CBR para cada caso ycon un valor constante de las cargas de 6.4 * 106 en cada diseño.

Espesor de cada capa (cm)Número delensayo

Valor de CBR(%) Rodamiento Base Sub-base

1 2.8 10 20 302 3.2 10 20 253 4.4 10 20 204 5.0 10 15 205 6.1 7.5 15 15

6 6.5 5.0 15 15

(c) Con la información de los espesores de cada capa, y asumiendo que sehan ejecutado ensayos de densidad para el material de cada capa, seconstruye la siguiente tabla.Las densidades de cada capa son:

• capa de rodamiento = 2.4 ton/m3 • capa base = 2.2 ton/m3 • capa sub-base = 2.0 ton/m3

1 2.8 0.024 0.044 0.060 0.1282 3.2 0.024 0.044 0.050 0.1183 4.4 0.024 0.044 0.040 0.1084 5 0.024 0.033 0.040 0.0975 6.1 0.018 0.033 0.030 0.081

6 6.5 0.012 0.033 0.030 0.075

Esfuerzo unitario (EU) sobre elpavimento (kg/cm2)

EU total

Número delensayo

Valor deCBR (%)




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-9

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

0.140

0.160

0.180

0 2 4 6 8 10 12 14

Número de sobre-cargas

E s f u e r z o u n i t a r i o ( k g / c m 2 )

Esfuerzo unitario sobre pavimento

Esfuerzo unitario sobre muestra en laboratorio

4.4 % CBR 5.0 % CBR

Gráfico 1: Variación de los esfuerzos en laboratorio y pavimento en función del número de pesas colocadas sobre la muestra en el ensayo CBR

(d) con los valores de esfuerzos unitarios en laboratorio y sobre elpavimento, se construye el Gráfico 1, del cual se deduce que el númerocorrecto de sobrepesas debe corresponder al entero menor mas cercano alpunto de intersección de las dos curvas (rectas) de esfuerzo unitario, eneste caso siete (7), por lo cual, el valor de CBR puede ser interpoladolinealmente entre 4.4% (para 6 pesas) y 5.0% (para 8 pesas), en esteejemplo resultaría, por lo tanto en un CBR de 4.7%.

Normalmente no es ni económico ni práctico, el realizar el conjunto de

ensayos que se lograron durante estos Trabajos de Grado, y cuyoprocedimiento es tedioso y costoso, ya que cada ensayo de CBR tiene unvalor cercano a los 125 US$, por lo cual se recurre a resultadosaproximados, tal como el que se muestra en la la Tabla "2" —y la cual es elproducto de muchos ensayos detallados similares al descritoanteriormente— que permite determinar el número de pesas a colocar sobrela muestra en ensayo, en función de la clasificación del material.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-10

Es conveniente destacar, sin embargo, que los suelos granulares, por noser afectados en forma importante por el hinchamiento durante el períodode inmersión, el peso de las sobrecargas no afectan en forma notable elresultado de esta parte del ensayo, por lo cual los ensayos siempre sehacen con dos sobrecargas. Los suelos arcillosos, por el contrario,

presentarán, tal como ha sido demostrado, diferentes valores de CBR enfunción del número de pesas que se coloquen sobre la muestra, y cuyonúmero debe ser estimado en función de lo indicado en la Tabla 2.

Las pesas, no obstante, juegan un papel predominante en los suelosgranulares, y no en los arcillosos, durante la etapa de la penetración de lamuestra.

Tabla 2Carga tentativa a utilizar en ensayos de CBR, en base

a la clasificación HRB de los materialesRango estimado Carga total durante Número de pesas

Clasificación Valor estimado de espesores del el ensayo a colocar sobreHRB del material del CBR del pavimento

(cm) kg lbs la muestra

A-1-a ó A1-b A-2-4 (granular) A-2-7 (granular)

A-2-4 (fino) A-2-6 (fino) A-2-7 (fino) A-3 A-4 (0) a A-4 (3) A-6 (0) a A-6 (2)

A-4 (4) y A-4 (5) A-6 (3) a A-6 (5)

A-7-6 (1) a A-7-6 (4)

A-4 (6) a A-4 (8) A-6 (6) y A-6 (7) A-7-6 (5) y A-7-6 (6)

A-6 (8) y A-6 (9)

A-6 (10) a A-6 (12) A-7-6 (7) a A-7-6 (10)

A-6 (13) a A-6 (16) A-7-6 (11) a A-7-6 (20)

Observaciones:

2. En carreteras de tráfico muy pesado, deberá emplearsela carga mayor del rango correspondiente al tipo de material

8 ó 10

1. Si la carga a emplear no viene indicada en la solicitud del ensayo, deberá emplearsela carga menor del rangocorrespondiente al tipo de material

3. En caso de espesores muy gruesos, o totales de asfalto, deberá emplearse la carga menor del rango correspondiente altipo de material

< 2,5 60 - 75 18,16 /22,70 40 / 50

5 ó 6

< 3 50 - 60 13,62 /18,16 30 / 40 6 ó 8

< 5 40 - 50 11,35 / 13,62 25 / 30

3 ó 4

< 8 30 - 40 9,09 /11,35 20 / 25 4 ó 5

< 10 25 - 35 6,81 / 9,09 15 / 20

2

< 15 20 - 25 10 / 154,54 / 6,81 2 ó 3

> 15 ? 20 4.54 10




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-11

• La necesidad de saturación

Sobre la necesidad de saturar, o no, la muestra, deben aplicarse losprincipios en base a los cuales fue desarrollado cada método de diseño enparticular.

(a) Principio de diseño del Método del MTC“En regiones áridas y semi-áridas de precipitación menor de 600 mmanuales, la evaporación será superior a la precipitación y normalmente elnivel freático está profundo, por ello difícilmente ocurrirá la saturación delpavimento. Por el contrario, en regiones de alta precipitación hay queprever la saturación de la sub-rasante y de las capas inferiores delpavimento.

Los ensayos de laboratorio deben tratar de simular las condiciones de laobra, por ello se recomienda que:

° Los ensayos de capacidad soporte en zonas con precipitación superior a 600 mm. Anuales y donde se estima la posible saturación de la sub-rasante, sean realizadas en condición saturada.° En las regiones con precipitaciones inferiores de 600mm.Anuales y/o donde el proyectista considere que los suelos no se saturarán, los ensayos de capacidad soporte se realizarán a la humedad de equilibrio.La humedad de equilibrio se puede determinar, haciendo ensayos de succión o midiendo la humedad de la sub-rasante en pavimentos similares de vías cercanas que tengan al menos dos años de construidas. También se puede estimar

en base a la humedad óptima del ensayo de compactación estándar (MOP E- 123)o del límite plástico, ya que la humedad de equilibrio normalmente está correlacionada con estos valores. Generalmente se supone igual al límite plástico.

(b) Principio de diseño del Método AASHTO-72El ensayo de CBR siempre debe ser ejecutado en condición de saturado,independientemente de la condición de intensidad de lluvias.

(c) Principio de diseño del Método AASHTO-93El ensayo de CBR debe ser ejecutado a tres condiciones de humedad:saturado, húmedo (a la humedad optima de compactación) y seco (a la

humedad de equilibrio. Al final de este Capítulo se incluyen los resultads delensayo de CBR para una misma muestra: un ensayo en condición de“saturado” y la otra en condición de “húmedo”.

(ver ejemplos de ensayos en páginas 3- 28 y 3-29)




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___________________________________________________________________ 3-12

(d) Principio de diseño del Método del Instituto del AsfaltoEl ensayo de CBR siempre debe ser ejecutado en condición de saturado,independientemente de la condición de intensidad de lluvias.

Ecuaciones de correlación cuando no pueden ejecutarse los ensayos deCBR de laboratorio en cada una de las condiciones deseadas dehumedad

En algunas oportunidades no pueden ejecutarse los ensayos de CBR en cada una delas condiciones de humedad deseadas. En estos casos se recurre a ecuaciones decorrelación como las siguientes:

Módulo Resiliente saturado = 20 a 30% del Módulo Resiliente del material en estadoseco.

Módulo Resiliente seco = 1.6 * Módulo Resiliente húmedo.La práctica de laboratorio que se viene recomendando en Venezuela consiste enpenetrar las muestras de CBR después de compactadas a la humedad óptima, antesde ser sumergida. Este resultado se corresponde con la condición de suelo “húmedo”.Luego se sumergen las muestras durante los cuatro días y se penetran —encondición de humedad de saturación— por la cara de la muestra opuesta a la que fuepenetrada en condición húmeda.

Selección del CBR en una "Unidad de Diseño" (Criterio del percentil de diseño)

Para determinación del "CBR de diseño", según los Métodos del MTC, del Instituto

del Asfalto y AASHTO-72, es recomendable hacer un mínimo de cinco (5) ensayospor Unidad de Diseño, ya que un menor número puede llevar a errores de estimaciónque se reflejarán en la durabilidad y costo del pavimento.

El CBR de diseño para materiales de sub-rasante, o de sub-rasante mejorada(llamados también "material seleccionado") se determinará en base a los ensayosrealizados y al número de cargas equivalentes totales, REE, que se espera ocurrandurante el período de análisis, según se indica en la Tabla 3.

Una vez seleccionado el "Valor del percentil de diseño" de la Tabla 3, se ordenanlos resultados de los CBR de las muestras de la Unidad de Diseño en forma demenor a mayor, tal como se demuestra en la Planilla I que se presenta a

continuación. La relación del "número de ensayos con valor de CBR igual o mayor",expresada en forma porcentual al total de ensayos del tramo, se grafica tal comose indica en la Planilla I. De este gráfico, y en función del valor percentil de diseño,se selecciona el correspondiente "CBR de diseño".




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-13

Tabla 3

Criterio de determinación del "Percentil de diseño para el CBR" ________________________________________________ Cargas equivalentes Percentil de diseño para

totales (REE) sub-rasante sub-rasantemejorada _________________________________________________

< 10 E+5 75 85> 10 E+5 ≤ 10 E+6 80 90> 10 E+6 ≤ 10 E+7 85 90> 10 E+7 ≤ 10 E+8 90 95> 10 E+8 95 95

_________________________________________________

Los CBR de diseño para los materiales de bases y sub-bases, de acuerdo a loestablecido en estos métodos, serán seleccionados como el menor de losresultados del conjunto de ensayos que hayan sido ejecutados para cada tipo dematerial.

Ejemplo de aplicación del procedimiento del “percentil de diseño”

(a) Resultados de los CBRsaturados a lo largo de la Unidad de Diseño para unmaterial de sub-rasante en una vía con tránsito de 5,5 millones de repeticiones.

Ensayo # Progresiva CBR (%)1 1+180 3.82 2+320 7.3

3 3+500 5.54 5+800 6.05 7+200 3.86 8+050 3.87 9+325 2.88 10+100 7.09 11+050 6.610 12+000 6.0

(b) ordenamiento de los resultados de menor a mayor, y cálculo del porcentaje de

muestras con CBR igual o mayor al valor considerado:




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-14

Ensayo # Progresiva CBR (%)# de muestras

con CBR igual omayor

% demuestras conCBR igual o

mayor 7 9+325 2.8 10 100%1 1+180 3.85 7+200 3.86 8+050 3.83 3+500 5.5 6 60%4 5+800 6.010 12+000 6.09 11+050 6.6 3 30%8 10+100 7.0 2 20%2 2+320 7.3 1 10%

5

90%

50%

9

(c) Preparación del gráfico de valor de CBR —vs— % de muestras con CBR igual omayor al considerado.La figura presentada en la siguiente página permite deducir que, para un 85% de

percentil de diseño —según lo indicado en la Tabla 3 para un material de sub-rasante con 5.5 millones de repeticiones, el % de CBR de diseño es de un 3.9%.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

% de CBR

P e r c e n

t i l d e d i s e ñ o




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-15

Selección del CBR en una "Unidad de Diseño" (Criterio del AASHTO-93)

Este método establece, para el material de sub-rasante, un procedimientoespecífico a partir de las condiciones de humedad a lo largo de un año, y de los

CBR promedio en condiciones de saturado, húmedo y seco, con lo cual se calculael “daño relativo”. Este procedimiento será comentado en el Volumen 3 de estos

Apuntes, cuando se discuta el procedimiento de diseño AASHTO-93.

Para los materiales de bases y sub-bases se selecciona directamente el CBRpromedio de los diferentes resultados de los ensayos para un materialdeterminado, como valor de diseño.

Módulo resiliente (MR)

Los métodos de diseño más actualizados, tal como el AASHTO (93), exigen elempleo del valor de los "Módulos de Elasticidad (E)", por ser el resultado de ensayos

fundamentales -científicos-, en sustitución del ensayo CBR, para caracterizar losmateriales de sub-rasante, ya que este último ensayo se basa en un método delaboratorio totalmente empírico.

• Módulo de Elasticidad en los materiales de subrasante y/o sub-rasante mejorada("Módulo Resiliente Mr")

El módulo resiliente (MR) está definido como la magnitud del esfuerzo desviador repetido en compresión triaxial dividido entre la deformación axial recuperable, siendoéste equivalente al módulo deYoung (módulo de elasticidad) y se representa comosigue:

MR = ( 1 – 3 ) /

axial = d / axial donde:

MR = Módulo de resilienciaσ 1 = Esfuerzo principal mayor σ 3 = Esfuerzo principal menor σ d = Esfuerzo desviador ε axial = Deformación recuperable

Durante pruebas de carga repetida se observa que después de un cierto número deciclos de carga, el módulo llega aproximadamente a ser constante y la respuesta del

suelo puede asumirse como elástica. Al módulo que permanece constante se le llamamódulo de resiliencia. Este concepto aplica tanto para suelos finos como para materiales granulares . Así entonces, el concepto de módulo de resiliencia estáligado invariablemente a un proceso de carga repetida.

El parámetro Módulo de Resiliencia, a través de las investigaciones, se ha constituidocomo un elemento fundamental en el diseño de pavimentos y ha despertado graninterés en el desarrollo de procedimientos de diseño con bases mecanicistas; loscuales lo introducen como un elemento que caracteriza de manera racional el




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___________________________________________________________________ 3-16

comportamiento esfuerzo-deformación de los materiales que conforman la estructura.Otra gran ventaja es que, con el avance en la computación, se ha podido someter alanálisis teorías que pueden aplicarse en forma práctica a las condiciones de diseño.

Procedimiento resumido del ensayo de triaxial dinámico.

1. La Briqueta de ensayo tiene forma cilíndrica, normalmente 100 mm de diámetropor 200 mm de altura (Figura 1.a).

2. La muestra se compacta en el laboratorio hasta alcanzar el peso unitarioy el grado de humedad que se espera tenga en el campo.

3. La muestra se encapsula verticalmente por medio de una membrana decaucho, de poco espesor, y en ambas caras —superior e inferior— secolocan discos metálicos (Figura 1.b).

4. La briqueta se coloca dentro de la cámara de presión y se aplica lapresión de confinamiento (σ 3) (Figura 1.c)

5. El esfuerzo desviador es igual al esfuerzo axial (σ 1) aplicado por el equipo

menos el esfuerzo de confinamiento (σ 3). En otras palabras, el esfuerzodesviador es el esfuerzo repetido aplicado sobre la muestra (Figura 2.a).

6. Las deformaciones que sufre la briqueta se calculan mediante una celdasde deformación (LVD), designada como “L” (Figura 2.b).

7. La condición inicial de la muestra es sin carga (sin esfuerzos inducidos).Cuando se aplica el esfuerzo desviador la muestra se deforma, cambiando enaltura, tal como se muestra en la Figura 2.c. El cambio en altura esdirectamente proporcional a la rigidez del material.

El Ensayo de deformación permanente se ejecuta bajo las siguientes condiciones:con un esfuerzo desviador de 69 kPa y un esfuerzo de confinamiento de 13.8 kPa(20,000 ciclos de carga). Estos niveles de esfuerzo son el máximo esfuerzo desviador y el mínimo confinamiento propuesto por SHRP para prueba de módulo deresiliencia; además, se considera que estos niveles de esfuerzos son los que sepresentan a nivel de sub-rasante.

Las deformaciones verticales son medidas por 3 LVDT´s (Linear Variable DifferentialTransformers), elementos que se encargan de transmitir la magnitud de dichasdeformaciones a la unidad de registro y control. Los LVDT´s se encuentranlocalizados en la parte externa de la cámara triaxial. Los diferentes intervalos en losque se mide la deformación simulan la velocidad de circulación de un vehículo sobrela estructura de un pavimento. La carga que se aplica a la muestra de suelocompactado es medida por una celda de carga. El sistema de carga es operado por un medio hidroneumático a través de una bomba con capacidad de hasta 3000

lb/plg2 de presión. La frecuencia de la carga es gobernada por un controlador detiempo y es de 10 repeticiones por minuto con una duración de carga de 0.1segundos.




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___________________________________________________________________ 3-17

Detalle de muestra con medidores Celda de triaxial dinámico

de deformación instalados

Este ensayo tiene actualmente muy poca difusión en Venezuela, ya que aun noexiste ningún laboratorio que lo pueda ejecutar, pero se han desarrollado ecuacionesde correlación entre el valor de MR y el de CBR.




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___________________________________________________________________ 3-18

La Figura 4 muestra algunas de esas correlaciones, pero debe destacarse quetanto la "Ecuación WES" como la "Ecuación SHELL" son válidas hasta valoresde CBR iguales o menores a 10,0. Para valores mayores a 10,0 se deberánemplear otras formas de correlación.

El valor del MR al aplicar cualquiera de estas correlaciones arroja directamente el resultado en unidades de lb/pulg2 -psi-.

Figura 4: Relación entre Módulo Resiliente (Mr) y CBR, para materiales de subrasante y/o subrasante mejorada, para diferentes curvas de correlación

Obsérvense los diferentes valores de MR para un mismo CBR, en función de lacurva de correlación que hay sido escogida-




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-19

En nuestro país las ecuaciones de correlación mas comúnmente empleadas paraestimar el Módulo Resiliente (MR) a partir de los resultados de ensayos de CBR ensuelos finos, es decir los que se utilizan en las capas de sub-rasante y sub-rasantemejorada son las siguientes:

(a)Para CBR iguales o menores a 7.2%

MR = 1.500 * CBR (psi)

(b) Para CBR mayores a 7.2% e iguales o menores a 20%

MR = 3.000 * CBR^0.65 (psi)

(c) Para CBR mayores a 20%

MR = 4.326 * ln CBR +241(psi)

En el caso de que no sea posible determinar el valor de MR por ninguno de losmétodos anteriores, pueden seleccionarse los valores de Módulo Resiliente (MR),a partir de la Tabla 4, la cual se basa en condiciones climatológicas de algunasregiones de los Estados Unidos.

TABLA 4 ________________________________________________________

Valores aproximados de Módulo Resiliente (MR)Clima Calidad Relativa del Material de Fundación

Muy pobre Pobre Regular Buena Muy buena

______________________________________________________________ _ cálido-húmedo 2.800 3.700 5.000 6.800 9.500

Arido-seco 3.200 4.100 5.600 7.900 11.700 ______________________________________________________________ _ Valor de MR en libras por pulgada cuadrada (psi)Nota: valores aplicables preferiblemente en vias rurales de bajo tráfico.

La Tabla 4 se refiere, tal como ha sido en indicado, a regiones de los Estados Unidosque tienen condiciones climáticas similares a los de Venezuela, específicamente elestado de Florida (cálido-húmedo) y los estados del medio oeste (Texas, Arizona,etc.) con su clima árido-seco.

El Ing. Luis Salamé(+) desarrolló un trabajo titulado: "Métodos de Diseño dePavimentos Flexibles para Vías de Bajo Volumen de Tránsito", en el cual presentó unconjunto de información que facilita la determinación de los valores del MóduloResiliente del material de sub-rasante.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-20

En este sentido, la Figura 5 muestra un mapa de las regiones pluvio-climáticas denuestro país.

Figura 5: Áreas pluvio-climáticas de Venezuela. Ing. Luis Salamé. “Método de Diseño de Pavimentos para Vàs de Bajo Volumen de Tránsito”, 1990.

Basándose en las características ambientales de estas regiones, el Ing. Salamépropuso la Tabla 5, la cual permite estimar el valor del MR de la sub-rasante.

Es necesario apuntar, sin embargo, que esta tabla es aplicable solo para el caso en que no sea posible la ejecución de ensayos de laboratorio.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-21

TABLA 5 ______________________________________________________________ _

Valores aproximados de Módulo Resiliente (MR)

______________________________________________________________ _ Región Calidad Relativa del Material de Fundación Climática

Muy pobre Pobre Regular Buena Muy buena

______________________________________________________________ _ 1 (muy lluviosa) 2.875 3.700 5.000 7.000 11.000

2 (lluviosa) 3.250 4.100 5.500 8.000 14.000

3 (semi lluviosa) 3.625 4.500 6.000 9.000 17.000

4 (semi seca) 3.940 4.830 6.420 9.830 19.500

5 (pluvio-nublosa) 3.250 4.100 5.500 8.000 14.000 ______________________________________________________________ _ Valor de MR en libras por pulgada cuadrada (psi)Nota: valores aplicables preferiblemente en vias rurales de bajo tráfico.Fuente: Ing. Luis Salamé R.: "Método de Diseño de Pavimentos Flexibles para Vías de Bajo Volumen de Tráfico", 1990.

Tipos de materiales a ser empleados como sub-rasante o sub-rasantemejorada:

Los suelos encontrados en el movimiento de tierras son empleados directamenteen la construcción de los terraplenes y conformarán, por lo tanto, la capa de sub-rasante, sin otro tratamiento que la estabilización mecánica mediante lacompactación con la humedad óptima. Sub-rasantes con CBR entre un 3 y un 6% son muy comunes en las condiciones de trabajo de Venezuela .

Los suelos orgánicos evidentemente no pueden ser empleados y la recomendacióngeneral de las Especificaciones de la AASHTO es que suelos con hinchamientos—de acuerdo al procedimiento del ensayo CBR— de un máximo de un 6% puedenser utilizados como fundación del pavimento, ya que no presentarán problemas deexpansividad. En el caso de que el hinchamiento sea mayor al 6% los suelosdeben ser evitados, de ser esto posible inclusive hasta con cambios en el trazado

geométrico, y si no deben ser tratados como “suelos expansivos”. Estostratamientos escapan el alcance de estos Apuntes, pues no son un problema depavimentos sino de geotecnia.

Otra recomendación constructiva es la de reservar, en el caso de que esto sea práctico y económico , los materiales del movimiento de tierra con mejores CBRpara emplearlos en los últimos centímetros del terraplén y, si su CBR es mayor al10% y menor al 20%, se consideran como “sub-rasantes mejoradas”.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-22

Los costos de transporte del movimiento de tierras juegan un papel muy importantecuando se considera la potencialidad de un material para ser trabajado como sub-rasante mejorada.

Establecimiento de las Unidades de Diseño a lo largo de una carretera

Durante la discusión del tema del CBR, se han comentado los criterios dedeterminación de los valores de diseño en lo que se ha definido como un tramo concaracterísticas de iguales materiales. En la práctica no es fácil definir los límites delas “unidades de diseño” debido a la normal variabilidad de los materiales a lo largodel desarrollo del trazado de una carretera.

Uno de los pocos procedimientos para la definición de estos límites ha sidopresentado en el Método AASHTO-93 1, —pero puede ser aplicado no solo paraCBR sino para cualquier tipo de mediciones y/o método de diseño de pavimentos—y que permite definir tramos con características similares, denominadas“Secciones homogéneas ” que se explica mediante el ejemplo que se presenta a

continuación:Ejemplo:

Durante el diseño de pavimentos, empleando el Método AASHTO-93, del nuevotramo de la Autopista Antonio José de Sucre, entre las poblaciones de El Guapo yCúpira, en el Estado Miranda, se han realizado sobre el eje del trazado, ensayosde CBRsaturado a cada 500 ml, en las progresivas indicadas en la Columna 1 2 dela Tabla 6, con los resultados que se presentan en la Columna 3 esta tabla, y cuyopromedio aritmético de todos los CBR resulta en 23.4%

Proceso de establecimiento de las Secciones Homogéneas:

(a) Se calculan las distancias parciales entre progresivas consecutivas (Columna 4 ).

(b) Se calcula la distancia acumulada entre progresivas consecutivas, desde laprimera hasta la última (Columna 5 ), y se registra la “Distancia total acumulada ”, en este caso 31.500 ml .

(c) Se calcula el valor de CBR medio entre progresivas consecutivas (Columna 6 ).(d) Se calcula —para cada progresiva— la Columna 7 (denominada Área ), que es

igual al resultado de multiplicar el valor de la Columna 4 por el valor de laColumna 6.

(e) Se calcula la integral acumulada entre progresivas consecutivas, desde elprimero hasta el último valor (Columna 7 ), y se registra el “Ärea total acumulada ”, en este caso 732.250 .

(f) Se determina el “Factor de cálculo” al dividir el “Área total acumulada” entre la“distancia total acumulada”, en nuestra ejemplo FC = 732.250/31.500 = 23.246 .(g) Se calcula cada una de las celdas de la Columna 9, denominada “Valor Zr”, de

acuerdo a la siguiente ecuación:

Zr = valor Columna 8 — Factor de cálculo * Valor Columna 5

1AASHTO-93. Anexo JJ.

2 La Columna 2 de esta tabla son las mismas progresivas que las de la Columna 1 pero expresadas enkm, para facilitar posteriormente la graficación de los resultados.




___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________ 3-23

(h) Se prepara el Gráfico “Progresivas –vs-Valor Zr, tal como se muestra en laFigura 6.

Cuando en la Figura 6 se observa sector de una misma pendiente se define una

“Sección Homogénea o Unidad de Diseño”; por otra parte, un cambio en la pendientedefine una nueva unidad de diseño. A cada conjunto de valores en una misma unidadde diseño se le calcula el promedio aritmético, y este será el valor de CBR de esaUnidad.

En este ejemplo, de la Figura 6 pueden determinarse cambios de pendiente en lasprogresivas 4+000, 11+000, 12+500; 16+000 y 28+500, con lo cual se definen seis(6) tramos o Unidades de diseño, tal como se ilustra en la Tabla 7.




3 -25

(80,000)

(60,000)

(40,000)

(20,000)

-

20,000

40,000

60,000

0 . 5 1 . 5 2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . 5 7 . 5 8 . 5 9 . 5

1 0 . 5

1 1 . 5

1 2 . 5

1 3 . 5

1 4 . 5

1 5 . 5

1 6 . 5

1 7 . 5

1 8 . 5

1 9 . 5

2 0 . 5

2 1 . 5

2 2 . 5

2 3 . 5

2 4 . 5

2 5 . 5

2 6 . 5

2 7 . 5

2 8 . 5

2 9 . 5

3 0 . 5

3 1 . 5

Progresiva

V a l o r Z r

Figura 6: gráfico para establecer las Unidades de Diseño o Secciones Homogéneas

Los promedios de los valores individuales de CBR en estas Unidades de Diseñoserán, en consecuencia, los que se discriminan en la Tabla 7 :

Tabla 7 Unidades de Diseño en la Autopista AJdeS, Tramo El Guapo-Cúpira

Unidad UD 1 UD 2 UD 3 UD 4 UD 5 UD 6Progresivas 0+000 a

4+0004+000

a+11+00011+000 a12+500

12+500 a16+000

16+000 a28+500

28+500 a31+500

Valores deCBR en eltramo

5-6-4-8-12-8-10-2

49-58-40-42-29-40-33-11-38-27-21-27-

40-27

8-10-845-45-54-64-43-24-

12

5-33-30-35-8-7-9-8-4-12-31-7-4-20-24-

11-11-37-5-19-17-

30-20-8-12

71-8-14-54-48-20

CBRpromedio ydesviación

6.93.27

32.711.95

8.71.15

31.321.24

16.310.82

35.825.36

Esta “sectorización” se presenta gráficamente en la Figura 7.

Es evidente que pudieran seleccionarse tramos mas cortos de igual pendiente, con locual se obtiene menor dispersión en los CBR de estos tramos, pero debe lograrse unbalance entre precisión y número de Secciones Homogéneas que seandeterminadas. La UD-3, por ejemplo, pudiera incluirse dentro de la UD-2.Normalmente se recomienda que una Unida de de Diseño no tenga menos de 2 kmde longitud, por facilidades constructivas y de costo.




3 -26

0

10

20

30

40

50

60

70

80

- 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Progresiva

V a l o r e s C B R ( % )

Figura 7: Definición de secciones homogéneas

En este ejemplo se ha seleccionado para cada Unidad de Diseño el valor deCBR promedio, partiendo de la premisa es que el diseño de pavimentos serárealizado por el Método AASHTO-93. Si el diseño se fuese a ejecutar por otrométodo, por ejemplo el del MTC, debería emplearse el procedimiento del“percentil de diseño”.

Es conveniente señalar que este procedimiento es una herramienta de ayuda en el difícil proceso de definición de las “Unidades de Diseño” pero que nunca puede dejarse de lado el criterio del Ingeniero Proyectista.




3 -29

Uso de geosintéticos para el mejoramiento de sub-rasantes

(Este tema ha sido tomado, con la autorización del Autor, de la publicación: “Guía

Geotécnica y Ambiental”, preparada por el Ing. Daniel Salcedo R. para la República Dominicana en el año 2001).

En los últimos años se ha incrementado el uso de geosintéticos en aquellos sitiosdonde el material de la sub-rasante del pavimento es de baja capacidad soporte.Cuando el material de baja resistencia de la sub-rasante es de poco espesor, puedeser retirado y reemplazado, pero en la medida que su espesor se hace significativo,la opción de remoción y sustitución se hace costosa y consume mucho tiempo. Espor esta razón que se debe evaluar como opción la utilización de geosintéticos comorefuerzo.

Las Figuras 6 y 7, muestran un ejemplo que permite visualizar las ventajas del uso de

geosintéticos para evitar deformaciones, contaminación, aparición de fisuras, y parareducir el espesor de la capa de base granular que en algunos casos puede alcanzar hasta el 40%. El producto TRC-Grid es una marca registrada elaborada por AkzoNobel Geosynthetics y distribuida por Maccaferri, formada por la unión de unageogrilla tejida biorientada, insertada entre otras dos capas de geotextil no tejidotermoligado de filamentos continuos de poliéster, que combina funciones de refuerzo,separación y filtración (Véase Figura 8). La geogrilla desempeña la función derefuerzo y los geotextiles las funciones de filtración y separación, evitando lacontaminación de la camada granular por los finos de la base. Este producto tambiénha sido utilizado en la base de terraplenes sobre suelos blandos.

Las fotos de la Figura 9 muestra un ejemplo de un sector donde la base granular fueconstruida sobre una capa vegetal. Nótese como progresivamente se han ido

incrustando los fragmentos de roca en la capa vegetal, con el consecuenteasentamiento de la plataforma de la vía. En los casos de suelos in situ arcillosostambién puede ocurrir el mismo efecto, el cual se puede evitar utilizandogeosintéticos que cumplan la función de separador entre los dos tipos de suelos.

Existen otros geosintéticos disponibles que también son utilizados como refuerzo,tales como los denominados sistema spectra de Tensar (mallas de refuerzo BX1200y BX4200), o geomallas biorientadas Tenax LBO. La selección de la malla derefuerzo dependerá de las características del problema específico y de laspropiedades de los diferentes productos disponibles en el mercado. Las Figuras 10 y11, muestran ejemplos de mallas fabricadas por las empresas Tensar y Tenax,respectivamente.

El procedimiento constructivo de colocación de geosintéticos como refuerzo se

muestra tanto en los esquemas de la Figura 12, como en las Fotos de la Figura 13.Los métodos de diseño con geosintéticos no están dentro de los alcances de lapresente Guía pero se pueden consultar en manuales y artículos técnicos publicadospor diferentes empresas distribuidoras. Entre tales referencias se recomienda lalectura del Manual de Diseño de Pavco, Sistemas para Pavimentos de Tensar (1999),Tensar Technical Note TTN:BR5 (1994) y TTN:BR10 (1998), y Refuerzo para basede pavimentos de Maccaferri. En tales publicaciones se reportan ejemplos dediseños comparativos utilizando pavimentos no reforzados y reforzados,




3 -30

concluyéndose que se pueden lograr disminuciones importantes en los espesores debase granular o de los materiales debajo de dicha base que se requerirían sobre sub-rasantes de baja capacidad soporte.

Figura 6: (a) Disminución de deformaciones y aparición de fisuras. (b) Reducción del espesor de base granular. (Fuente: Maccaferri)

(a)

SUB-RASANTE

SUB-RASANTE

(b)




3 -31

Figura 7. (a) Refuerzo para evitar deformaciones en el pavimento. (b) El refuerzo sirve de separador y evita la pérdida de capacidad de soporte. El producto TRC-Grid es una marca registrada. (Maccaferri).

SUB-RASANTE

(a)

SUB-RASANTE

(b)




3 -32

Figura 8. El TRC-Grid es un geocompuesto formado por una geogrilla biorientada de muy bajo estiramiento y alta resistencia, colocada entre dos geotextiles no tejidos termosoldados. (Maccaferri).

Figura 9. Base granular incrustándose en una capa

vegetal que no fue removida completamente antes de la colocación y compactación de la misma.




3 -33

Figura 10. Geomallas Tensar tipos BX 1100 y BX 1200,utilizadas para la estabilización de sub-rasantes. (Tensar Earth Technologies, Inc).

Figura 11. Geomalla mono-orientada TENAX, diseñada para refuerzo de suelos,proporcionando gran resistencia a la tensión en sentido longitudinal, y geomalla biorientada de la serie TENAX LBO con elementos y nudos rígidos, utilizada para el

refuerzo de suelos granulares y pavimentos rígidos y flexibles.




3 -34

(a) (b)

(c) (d)

Figura 12. Secuencia constructiva para instalación de geosintético como refuerzo sobre la sub- rasante. (a) Extendido del rollo de geosintético. (b) Colocación de la base granular. (c) Extendido del material granular. (d) Compactación.




3 -35

Figura 13. Etapas de colocación de un geosintético como refuerzo, y construcción posterior de la base granular.




Capítulo 4

Sub-bases y bases de materiales granulares no tratados




Sub-bases y bases granulares

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4 -1

Bases y sub-bases granulares

En este Capítulo se describen las definiciones, características, propiedades yprocedimientos constructivos referentes a los materiales y mezclas a ser empleadosen las capas de bases y sub-bases de pavimentos flexibles.

La terminología clásica utilizada en Ingeniería de pavimentos puede observarse en laFigura 1. El término pavimento se aplica a todo el espesor, construido sobre la sub-rasante, constituido generalmente por el material de sub-base, la base, y las capasasfálticas. Las dos capas superiores mostradas en la figura (rodamiento y baseasfáltica), se refieren a una pavimentación con concreto asfáltico; alternativamente, elpavimento superior puede ser de concreto hidraúlico, o simplemente se coloca untratamiento asfáltico superficial, cuyo uso ideal es en vías de bajo tránsito.

Capas de Base:

La capa base de un pavimento flexible se define como aquella capa de material queestá colocada directamente por debajo de la capa de rodamiento. Debido a suubicación —muy cercana a la superficie en donde se aplican las cargas de losvehículos— deben poseer una alta resistencia a la deformación, siendo capaces desoportar los esfuerzos aplicados sobre ellas. Normalmente se construyen conespesores relativamente altos (15-30 cm.), y con materiales de Módulos Elásticosaltos, con lo cual se logra absorber parte de los esfuerzos y distribuirlos a las capas

Base asfáltica

Riego de adherencia

Base granular oestabilizada

Sub-baseMaterial de sub-rasante

compactada

Imprimación

Figura1. Terminología utilizada corrientemente en ingeniería de pavimentos.

CLCapa derodamiento




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4 -2

inferiores en una magnitud tal que puedan ser soportados por materiales de menor calidad, como son los que conforman las capas de sub-base o de sub-rasante.

Una segunda función de la capa base está asociada con la facilidad de drenar lasaguas provenientes de la superficie, o de evitar la ascensión capilar de aguas

inferiores. Por último, persiguen un fin económico, ante la posibilidad de emplear materiales de menor costo que los utilizados en la capa de rodamiento

Normalmente son construidas con mezclas de fragmentos de piedra o grava, ymateriales finos de relleno, pudiendo también emplearse suelos locales estabilizadosmediante la incorporación de cal hidratada o cemento Portland, en cantidadessuficientes para incrementar en forma sustantiva su capacidad de resistencia.

Sus propiedades fundamentales dependerán, por otra parte, del diseño final de laestructura de pavimento, en particular, si se contempla que la capa de base sea, ono, protegida mediante la colocación de un sello de tratamiento asfáltico superficial.

Capas de Sub-base

La capa de sub-base se define como aquella capa que se coloca directamente sobrela superficie de la sub-rasante. También puede ser definida, en una estructura depavimento multicapa, como aquella capa que se coloca directamente por debajo de lacapa de base.

Aún cuando se emplean para absorber los esfuerzos generados por los vehículos,debido a que se encuentran algo alejadas de la superficie en donde se aplican lascargas, no se requieren materiales tan resistentes como los exigidos en las capas debase. Sus espesores son, en general, mayores a los de capa base, y están en elrango entre los 20 y 35. No se recomienda construir espesores de capas mayores alos 45 cm, aun cuando el dimensionamiento estructural así lo exiga; en este caso

debe sustituirse el espesor por encima de los 45 cm por un espesor equivalente deotro material, tal como será comentado en el momento de diseñar la estructura de unpavimento. El Módulo Elástico de los materiales de sub-bases granulares sonmenores a los de la capa base.

Otras funciones de las capas de sub-base son: economía de construcción, por ser demenor costo que los empleados en las capas de base, y facilitar el drenaje de lasaguas, tanto las de percolación como las de ascensión capilar. Por otra parte, encaso de ser necesario reducir cambios volumétricos originados por suelos de carácter expansivo, se construyen también con grandes espesores, y sirven para impedir quelas deformaciones de las capas de la sub-rasante sean reflejadas en la superficie delpavimento. Las capas de sub-base, por último, sirven como capa de transición,evitando que los finos de la sub-rasante contaminen los materiales de las capas debase, reduciendo su resistencia.

Normalmente son construidas con materiales granulares sin procesar, con espesoresrelativamente mayores a los de la capa base (20-35 cm.), o en el caso de emplearsemateriales locales de baja calidad, se estabilizan mediante la incorporación de calhidratada o cemento Portland en cantidades reducidas para incrementar ligeramentesu capacidad de resistencia. También los materiales locales finos pueden ser mejorados mediante el empleo de aceites sulfonados, que producen una




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4 -3

estabilización de tipo electroquímica, pudiendo así alcanzar los niveles de calidadasociados con los exigidos para otros tipos de materiales empleados como capas desub-base.

Tipos de materiales para capas de sub-base

Los materiales que van a ser empleados en las capas de sub-base son gravas yarenas obtenidas de los depósitos de ríos o minas y son empleados directamentecomo vienen del saque, sin ningún procesamiento adicional excepto el de laeliminación del “sobre-tamaño”, es decir el material que exceda el tamaño máximoestablecido en las especificaciones, normalmente 2.5 pulgadas.

En Venezuela se emplean “in extenso” los materiales de saques de mina,normalmente materiales que clasifican como A-2-4 según la AASHTO, conplasticidades bajas (LL < 25% e IP < 9%). El CBR de estos materiales normalmente

se ubica entre un 20% y un 35% y se logra con ellos una sub-base de regular a mala.

También se emplean con mucha frecuencia los materiales de los saques de lasmárgenes de los ríos, por su baja o nula plasticidad, estos materiales arrojan CBRentre un 35% y un 50%. Las sub-bases construidas con estos materiales son debuena calidad.

La gran desventaja de estos materiales, por ser empleados sin procesamientoposterior, es el de su gran variabilidad: tan pronto un material de río tendrá un CBRde 40%, como podrá tenerlo de un 25%. Su ventaja radica en su bajo costo.

Figura 2-a. Proceso de descarga de las pilas de los camiones a distancias previamente determinadas, y formación del cordón o camellón con una motoniveladora.Fuente: Daniel Salcedo R:: “Guía Técnica y Ambiental, República Dominicana, 2000”




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4 -4

La Norma COVENIN 11-2 (Granzón natural) establece los siguientes límitesgranulométricos para los materiales a ser empleados como sub-bases granulares:

% pasante el tamiz2” 1” 3/8” # 4 # 10 # 40 # 200Sub-baseTipo 1 100 100 60-100 50-85 40-70 20-50 5-20

La Figura 1 muestra el proceso constructivo de estos materiales, el cual consiste enla descarga en pilones, o pilas del agregado, con un volumen igual al que puederecibir un camión volteo, y luego el acomodo de las pilas en un pilón continuo, o“camellón” que, posteriormente es distribuido a todo lo ancho de la calzada paralograr una camada con un espesor suelto que, al ser compactado, alcance el espesor de diseño. Lo mas importante es, por lo tanto, (a) garantizar en obra que se alcanceel espesor de la capa una vez que el material haya sido compactado y (b) lograr ladensidad de campo establecida en las especificaciones.

El siguiente ejemplo permite describir el procedimiento para determinar elespaciamiento de camiones, en el caso de uso de un solo material.

Ejemplo No 1. Determinación de espaciamiento de camiones con un material

Determinar el espaciamiento de los camiones para lograr un espesor compactado de 25 cm, en una calzada de 7.81 m de ancho. Se dispone de camiones de 9 m 3 y de 15 m 3 .

Solución

Es necesario conocer las densidades secas del material, en estado suelto, tal como se encuentra en el momento de su transporte sobre los camiones, y luego de ser compactado en obra. En este ejemplo, se conoce que la densidad seca del material, en estado suelto es de 1.600 kg/m 3 , y se ha realizado un ensayo de compactación Proctor, que arroja un valor de Peso Unitario seco máximo ( o densidad máxima seca) de 2.100 kg/m 3 ,y una humedad óptima de 6,8%.

En función de las densidades de construcción, se estima que la densidad seca después de compactada será del 95% de la densidad máxima seca, es decir igual a 2.100 x 0,95 = 1.995 kg/m 3 .

Los cálculos serán realizados para 300 m 3 de material compactado, que es la cantidad de material que se estima pueda ser extendido, humedecido y densificado en una jornada de trabajo.

1. Volumen requerido

1.1 Volumen de material compactado = ancho x largo x espesor

Ancho medio = [7.81 + 2 x (½ x 0,25)] = 8,063 m

Largo = 300 m Espesor = 0,25 m

Volumen compactado = 8,063 x 300 x 0,25 = 604,69 m 3

1.2 Volumen del material en estado suelto = volumen compactado x (Densidad seca de campo (compactado) / densidad seca en estado suelto)




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4 -5

Volumen del material suelto = 604,69 x 1.995 / 1.600 = 604,69 x 1,25 = 755,86 m 3

Es decir, se requiere un 25% de material adicional por cada m 3 , para lograr un (1,0) m 3 compactado. Esta relación entre la densidad seca de campo y la

densidad seca suelta, se conoce como Factor de esponjamiento.

2. Espaciamiento de los camiones. Si se cumple el procedimiento correcto de espaciamiento de la descarga de los camiones, se logra colocar la cantidad requerida para el espesor deseado en el proyecto. Véase Figura 3.

Ya que se dispone de camiones de 5 m 3 y de 9 m 3 , cuya capacidad está relacionada con el estado en que se transporta el material, es decir en estado suelto, una alternativa de distanciamiento de un camión a otro sería la siguiente:

• Empleando solo camiones de 9 m 3

Cantidad de camiones de 9 m 3 en los 300 m de longitud = 755,86 / 9 = 83,98 camiones

(se aproxima a 84 camiones)

• Espaciamiento (distancia) entre camión y camión = 300 / 84 = 3,57 m

Empleando solo camiones de 15 m 3

Cantidad de camiones de 15 m 3 en los 300 m de longitud = 755,86 / 15 = 50,39 camiones

(se aproxima a 50 camiones)

Espaciamiento (distancia) entre camión y camión = 300 / 50 = 6,00 m

• Empleando el mismo número de camiones de 9 m3 y 15 m3

m 3 a ser transportados por cada tipo de camión = 755,86/2 = 377,93 m 3

- cantidad de camiones de 9 m 3 = 377.93/9 = 41,99

o separación entre camión y camión = 300/42 = 7,14 m. Se aproxima a 7 m.

- cantidad de camiones de 15 m 3 = 377,93/15 = 21,20

o separación entre camión y camión = 300/21 = 14,3 m. Se aproxima a 14 m.

(La Figura 2-a ilustra el procedimiento de descarga de los materiales en obra y la Figura 2-b el esquema de espaciamiento

de pilas descargadas desde los camiones volteo)




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Otros requisitos de calidad para los materiales de sub-bases granulares

Las Especificaciones incluyen otros requisitos para los materiales que seanpropuestos para sub-bases granulares. La Norma COVENIN 11-5 (granzón

mezclado), por ejemplo exige lo siguiente.• % partículas alargadas o planas: < 20%• % Desgaste L.A. < 50%• CBR > 20% (no establecido en la Norma pero práctica común entre los

Ingenieros de Proyecto).

Figura VI-10. Esquema indicando el espaciamiento de camiones de 15 m3.

6/2 m6 m

Inicio tramo 300

7 m 7 m

Figura 2-b. Esquema indicando el espaciamiento de camiones de 15 m 3 y de 9 m 3 .

Inicio tramo 300 m

14 m7 m




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4 -7

Tipos de materiales para capas de base

Los materiales obtenidos directamente en los cortes de las minas o en las riberas delos ríos son económicos y permiten obtener unas sub-bases de malas a buenas, en

función de su resistencia o valor CBR.

A medida que la capa se acerca a la superficie sobre la cual se aplicarán las cargas,sin embargo, se requieren materiales de mejor calidad, los cuales son normalmenteobtenidos al procesar agregados extraídos de las márgenes de los ríos. Elprocesamiento permite modificar algunas de sus propiedades fundamentales, asaber: forma y tamaño, textura y distribución de tamaños. Este procesamientosignifica un costo adicional, pero el aumento de sus propiedades mecánicas significauna disminución en sus espesores de diseño, por lo cual es una alternativa muycomún en la ingeniería de pavimentos. Los materiales “naturales” que son sometidosa procesos de modificación de forma, tamaño y granulometría —y algunas veces alavado para disminuir su plasticidad— son conocidos como “materiales procesados”.

Estos materiales procesados derivan sus niveles de mayor resistencia (mayor CBR)—mayor resistencia al corte— fundamentalmente por la fricción interna que se logreentre los granos, y la cual, a su vez, es función de una serie de propiedades deingeniería del agregado:

• distribución granulométrica• forma y textura de las partículas• tamaño máximo• limpieza• densidad

Distribución granulométrica

La distribución de tamaños es la propiedad más importante de un material que seaempleado en una capa de base o de sub-base, ya que permitirá un contacto grano agrano, garantizando así el desarrollo de un adecuado nivel de resistencia. Unagregado que contenga pocos o ningunos finos logra su estabilidad por el contacto“grano a grano”. Normalmente son de baja densidad y muy permeables; sin embargo,debido a su naturaleza no cohesiva, son muy difíciles de trabajar en obra. La Figura3(a) muestra este tipo de distribución granulométrica. Por otra parte, un agregadoque contenga suficientes finos para llenar todos los vacíos entre las partículas ogranos, tal como se observa en la Figura 3(b), también logrará su estabilidad por elcontacto “partícula a partícula”, pero con una mayor resistencia al corte. Su densidadserá alta y su permeabilidad relativamente baja. Este material es moderadamentefácil de compactar, pero es el ideal desde el punto de vista de la estabilidad, ya seaque se encuentre en una condición confinada o no-confinada. La Figura 3(c) muestraun material que contiene un excesivo porcentaje de finos, y ha perdido su contacto“grano a grano”, y el grueso simplemente “flota” en los finos. Su densidad será baja yes prácticamente impermeable. La estabilidad en este tipo de materiales se vemarcadamente afectada por las condiciones de humedad. Quizás una de sus pocasventajas es su facilidad de ser trabajado y compactado en obra.




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4 -8

La Figura 4 muestra los resultados de densidad y CBR obtenidos en mezclas degravas sin triturar y de textura lisa, con tamaño máximo de ¾ de pulgada en lascuales se ha variado el contenido de finos. Los pesos unitarios secos corresponden alos máximos de los ensayos de densidad-humedad para cada granulometría, y losvalores de CBR fueron realizados en muestras saturadas. La densidad máxima paraeste agregado, con una granulometría “bien gradada” —es decir con adecuadaproporción entre gruesos y finos— resulta cuando el porcentaje de P-200 se ubicaentre un 8 y un 10%, sea cual sea la energía de compactación. Los máximos valoresde CBR, sin embargo, se lograron cuando el % de P-200 se ubicó entre el 6 y el 8%.El pico de la curva de pesos unitarios secos contra % de P-200 representa lacondición (b) de la Figura 3, mientras que las porciones de las curvas a derecha eizquierda de dicho máximo corresponden a las condiciones (a) y (c) respectivamente.

La distribución granulométrica de los materiales que cumplen con el experimentoanterior, desarrollado por el Ing. Fuller, toma la siguiente forma:

( ) 45 .0

TM

i d 100 )i ( p % ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ ×=

En donde

%p(i) = porcentaje de material pasante el tamiz de tamaño (i)d(i) = tamiz correspondiente al tamaño (i)

TM = tamaño máximo de la distribución granulométrica (tamiz más pequeño por elque pasa el 100% del material).

Figura 3. Estados físicos de las mezclas granulares (Yoder & Witzack, 1981).

(a) (b) (c)




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4 -9

Figura 4: Variación de los valores de peso unitario y CBR en función del contenido de finos en una mezcla de grava sin triturar y con textura lisa. Fuente: Yoder & Witczac: Principles of Pavement Design

La densidad máxima, según Fuller, ocurre normalmente cuando el exponente “n” esigual a 0.50. Estudios mas recientes han demostrado que este valor es realmente0.45. En consecuencia, para el material representado en la Figura 4, con un tamañomáximo de ¾” (19 mm), la solución para el P-200 (0.074 mm) resulta en un 6.2% —si

el exponente es de 0.5— y de 8.2% si el exponente es 0.45, en ambos casos losvalores son consistentes con los mostrados en la figura 4.

En la misma Figura 4 se señalan tres diferentes energías de compactación, y seobserva que la Ecuación de Fuller se cumple independientemente de la energía decompactación. Se observa, además, que los mayores valores de densidad yresistencia CBR se alcanzan cuando ha sido mayor la energía de compactación(AASHTO Estándar contra 15 y 5 golpes por capa).

Efecto de la forma y textura de los granos

Fuller realizó ensayos similares a los anteriores, manteniendo la misma distribución

granulométrica, pero con agregados triturados, variando la forma y de la textura delos granos que conforman la mezcla de materiales, para demostrar su efecto en ladensidad y en la resistencia CBR. (La figura 5 muestra partículas de agregados con diferentes formas y texturas).

A tal efecto trituró la grava redondeada y sus resultados se muestran en la Figura 6.Se observa en esta figura que el efecto de la fracción fina sobre el CBR es menosmarcado que en el caso de la mezcla con granos redondeados. Se observa también,en la Figura 5, que para los mismos valores de P-200 que en la Figura 4, los valores




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4 -10

de CBR en la mezcla con agregados triturados son siempre mayores; esto se debe alefecto de la forma y de la textura superficial, ya que por la mayor trabazón de losagregados se alcanza un mayor valor en el ángulo de fricción interna (φ).

Figura 5: Partículas de agregados con diferentes formas y texturas superficiales

Figura 5: Variación de los valores de peso unitario y CBR en función del contenido de finos en una mezcla de grava triturada con textura semi-rugosa. Fuente: Yoder & Witczac: Principles of Pavement Design.




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4 -11

Es oportuno recordar la expresión del esfuerzo resistente ( ), de Mohr-Coulomb,

φ σ τ tg c n +=

donde:τ = resistencia al esfuerzo cortante

c = cohesión de la fracción fina

σn = esfuerzo normal al plano de corte

φ = ángulo de fricción interna

La ecuación explica el mecanismo de desarrollo de la resistencia total de un materialgranular. La fracción gruesa de la estructura o distribución granulométrica, la formade estas partículas y su textura superficial generan la trabazón de los granos,

aportando el componente de la resistencia por la fricción interna. Los elementos finosdentro de la distribución de tamaños , aun cuando solo representan un escasoporcentaje, deben ser mas rigurosamente controlados, pues son los queproporcionan la cohesión que mantiene unidos todo el material.

Las normas internacionales (ASTM y AASHTO) incorporan en las especificacionesvalores mínimos de “caras fracturadas”, reconociendo así su efecto en el desarrollode la resistencia. La Norma COVENIN, reconoce de igual forma la necesidad de quelos granos presenten forma cúbica o irregular, y que su textura sea gruesa, yestablece un mínimo de 50% para este criterio en el caso de grava triturada y del100% para la piedra picada.

La norma venezolana también permite el empleo de materiales sin triturar en lascapas de base granular, particularmente en la Norma 11-3 (granzón mezclado), peroseñala valores mínimos de CBR del 60% si el tránsito es liviano y del 80% si espesado. Las gravas naturales no alcanzan estos mínimos con facilidad, por lo cualpara las mezclas de base granular normalmente se prefieren las gravas trituradas y lapiedra picada.

Efecto del tamaño del grano en la resistencia

Se ha apuntado que en el desarrollo de la resistencia tienen efecto la distribucióngranulométrica, la forma y la textura de los granos. Las Figuras 4 y 5 corroboran estaafirmación. Se ha comentado que también el tamaño de los granos debe estar relacionado con el desarrollo de la resistencia. La Figura 6 demuestra estaafirmación. En esta figura se observa que tanto la densidad como la resistencia seincrementan con el aumento en el tamaño máximo de los granos de la mezcla deagregados. Se corrobora también la Ecuación de Fuller, ya que al aumentar eltamaño máximo disminuye, para un tamiz determinado, el porcentaje del materialpara alcanzar la máxima densidad y resistencia.

Es conveniente apuntar que la Ecuación de Fuller tiene una solución aproximada,pues los agregados son tridimensionales y la ecuación ha sido simplificada a unasola dimensión.




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4 -12

Figura 6: Variación de los valores de peso unitario y CBR en función del contenido de finos y del tamaño máximo de la mezcla de agregados. Fuente: Yoder & Witczac: Principles of

Pavement Design.

Efecto de la granulometría y la densidad en la resistencia

La mayoría de las normas de construcción solo establecen un requisito de porcentajede compactación como requisito de aceptación o rechazo de una base granular, yaque asocian esta sola propiedad como medida de la resistencia. Este criterio esválido siempre y cuando la mezcla en obra siempre reproduzca la distribución

granulométrica del material “como ensayado”, lo cual no siempre es posible alcanzar debido a la variabilidad propia de todo proceso de construcción.

La Figura 7 compara valores de CBR para muestras que han alcanzado la mismadensidad, y en ella se muestra que las mezclas con exceso de finos (condición (c) dela Figura 2) siempre tiene menor resistencia que una mezcla con menor contenido definos (condición (a) de la Figura 2)

y que ha sido compactada a la misma densidad. La mezcla con mayor resistencia hadesarrollado su estabilidad no solo en función de la densidad, sino del contacto granoa grano, y el efecto de los finos es menos marcado que en la mezcla “rica en finos”.




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4 -13

Figura 7: Efecto del contenido de finos en la resistencia de un materia compactado. Fuente: Yoder & Witczac: Principles of Pavement Design.

Efecto de la limpieza

Las propiedades físicas de la “fracción ligante” de un material juega un papelimportante en el desarrollo de su resistencia mecánica, especialmente cuando sedestruye el “contacto grano a grano”. La Figura 8 muestra el efecto de la plasticidad

en la resistencia CBR de un suelo con tamaño máximo de 19 mm. Se observa quepara el “Suelo A”, que tiene una baja plasticidad (IP = 4.1%), el CBR se mantieneprácticamente igual hasta valores del P-40 del orden del 25%, siendo el efecto de laplasticidad prácticamente despreciable, mientras que para los “Suelos b y C”, quetienen mayores valores de IP, el efecto de la plasticidad tiene un marcado efectosobre la resistencia, para iguales contenido de P-40 que en el suelo A.

Recordando la Ecuación de Fuller, para el tamaño # 40 y con tamaño máximo de 19mm, el valor de máxima densidad se encuentra cuando el % pasante se encuentra enel 15%, lo cual coincide con los valores de la Figura 8.




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4 -14

Figura 8: Efecto de la plasticidad en la resistencia. Fuente: Deklotz, Proceedings, HRB, 1940.

Estos resultados señalan que mientras el porcentaje de la fracción fina se mantengapor debajo del valor correspondiente al de máxima densidad, el efecto de laplasticidad sobre la resistencia es mínimo. Sin embargo, las normas internacionales(AASHTO y ASTM) y nacionales (COVENIN) han incorporado, como un elemento

adicional en la calidad de los materiales para bases granulares, valores máximos deLímite Líquido (25%) y de Índice de Plasticidad (6%). Lo ideal, en consecuencia esque el material propuesto satisfaga estos valores, pero si la economía del proyecto loexige, pudieran emplearse materiales con plasticidad mayor a la normada, siempre ycuando se obtenga la resistencia establecida y se puedan obtener mezclas pobres enfinos, es decir que las granulometrías resulten en cifras iguales o menores al valor óptimo, de acuerdo a los lineamientos que se han presentado anteriormente enfunción de la Ecuación de Fuller.




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4 -15

Especificaciones granulométricas COVENIN para bases granulares

COVENIN recomienda dos tipos de bases granulares: gravas trituradas (Norma 11-4)

y piedra picada (Norma 11-5), con iguales bandas granulométricas en cada una deellas:

% pasante el tamiz2” 1” 3/8” # 4 # 10 # 40 # 200

MezclaTipo 1

100 — 30-65 25-55 15-40 8-20 2-10% pasante el tamiz

2” 1” 3/8” # 4 # 10 # 40 # 200MezclaTipo 2

100 75-95 40-75 30-60 20-45 15-30 5-20% pasante el tamiz

2” 1” 3/8” # 4 # 10 # 40 # 200MezclaTipo 3

— 100 50-85 35-65 25-50 15-30 5-18

Resistencia a la disgregación

A los efectos de las bases y sub-bases granulares, se define la “resistencia a ladisgregación”, como la habilidad de estos materiales para soportar los efectos de laabrasión y/o trituración durante las etapas de mezclado, extendido y compactación,sin que se modifiquen su tamaño y granulometría. La Norma COVENIN establece elcriterio de Desgaste Los Ángeles en cuanto a estas propiedades, y recomiendavalores máximos de 50% tanto para la grava triturada como para la piedra picada.

Resistencia mecánica

Como envolvente de todas las propiedades a las que se ha hecho referencia, la

Norma COVENIN exige el cumplimiento de valores mínimos de resistencia CBR deun 80% para la piedra picada (11-5), independientemente del tipo de tránsito, y de60% y 80% para la grava triturada (11-4) para tránsitos livianos y pesados,respectivamente.

Permeabilidad

La facilidad con que un material granular permite la evacuación del agua se definecomo su “permeabilidad” y es función de su granulometría, tipo de agregado grueso,tipo de “fracción ligante” y de su densidad o grado de compactación.

La Figura 9 muestra el coeficiente de permeabilidad como una función de la

distribución de tamaños del material. Un material que satisfaga la ecuación demáxima densidad, tal como ha sido definida con anterioridad, es prácticamenteimpermeable. En los últimos años se ha reconocido la necesidad de la permeabilidad,a veces por encima de su densidad. El Ing. H. Cedergreen (Drainage of highways and

airfield pavements, 1974) ha presentado una serie de estudios que demuestran lasventajas de emplear mezclas límpias, con granulometrías muy abiertas en las capasde bases granulares, tal como se observa en la Figura 9.




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4 -16

Esta ventaja de la permeabilidad es también reconocida en el Método AASHTO-93para el diseño de pavimentos, cuando incorpora unos “coeficientes de drenaje” quepotencian el empleo de mezclas más drenantes en la construcción de pavimentos.

Figura 9: Granulometrías convencionales y sus valores de permeabilidad (Fuente: H.Cedergreen).

Es necesario, en consecuencia, balancear los criterios de máxima resistencia,normalmente asociados con máximas densidades, y la ventaja de disponer demateriales con suficiente permeabilidad. En el volumen 3 de estos Apuntes dePavimentos se tratará con mas detalle la manera de medir la permeabilidad de losmateriales granulares y de su efecto en el diseño de pavimentos.

Un aspecto que debe ser tomado en cuenta, por otra parte, cuando se decide

empleara materiales permeables, es el del fenómeno de la “intrusión”, es decir laposibilidad de la migración de los finos de la capa de sub-rasante hacia la sub-base obase, con la consecuente modificación de las granulometrías de estas capas,haciéndolas mas finas y por lo tanto menos resistentes, y aumentando su plasticidad,ambos efectos negativos en el comportamiento estructural de estos materiales. Si unmaterial, ya sea de sub-base o de base granular, presenta un coeficiente Fuller igualo mayor a 1.20, aun cuando esté bien gradado, pueden presentar intrusión.




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4 -17

La intrusión se controla con la colocación de un manto de arena, de un tamañonominal máximo de 1/8”, en espesores entre 5 y 10 cm. Hoy en día se emplean,como alternativa sustitutiva, y con mucho éxito los geosintéticos, con el fin deminimizar el fenómeno de la intrusión.

Limpieza

Un requisito adicional es que los materiales granulares a ser empleados en bases y/osub-bases deben estar libres de materiales deletéreos tales como: material vegetal uorgánico, lutitas, partículas blandas, terrones de arcilla, etc.

Gravedad o peso específico

Una última propiedad que es necesario conocer en los materiales granulares es suGravedad o Peso Específico (Gs), ya que esta característica es requerida para lacorrección de las proporciones de combinación para lograr una granulometría

determinada.

Combinación de agregados

Muy raras veces se obtiene un material que, sin ser procesado o mezclado conotro(s), satisfaga directamente los requisitos granulométricos impuestos en lasespecificaciones de construcción de bases granulares. Esta afirmación es siemprevaledera en las especificaciones de agregados para mezclas de grava triturada,piedra picada.. La insuficiencia granulométrica que presenta un agregado puede ser resuelta mediante la adición, o combinación, de uno o más agregados adicionales, enforma que la mezcla que de ellos resulte si cumpla con los límites que talesespecificaciones establezcan. En otras oportunidades varios materiales deben

mezclarse para reducir su plasticidad, o para incrementar el porcentaje de carasproducidas por fractura, o para modificar su tamaño máximo, o para mejorar la texturasuperficial del agregado original. Determinar las cantidades relativas de los distintosagregados para obtener ese objetivo específico, es un problema de dosificación quepuede ser resuelto por métodos gráficos o analíticos, o simplemente por “tanteossucesivos”.

Principios básicos

La fórmula que expresa el procedimiento de combinación, independientemente delnúmero de agregados a mezclar y del método de proporcionarlos, es la siguiente:

P = Aa + Bb + Cc + …… + Nn (1)en donde,

P = porcentaje de material que pasa un tamiz dado, resultante de lacombinación de los agregados A, B, C … N (*)

A, B, C, …, N = porcentaje de material que pasa un tamiz dado, paracada uno de los agregados empleados en la combinación (*)




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4 -18

a, b, c, …, n = proporciones -expresadas en forma decimal-resultantes de la combinación para cada uno de los materiales empleados, y cuyasumatoria es igual a 1,00

(*) Nota: el valor de P, y de A, B, C, …, N, puede corresponder también al porcentaje total que es retenido en un tamiz determinado, o al porcentaje que pasa ese tamiz y es retenido en otro tamiz

Los porcentajes pasantes para cada tamiz (P), determinados según la fórmula (1),deben ser, normalmente, lo más cercanos posibles a la media de lasespecificaciones para cada uno de esos tamices. En otras ocasiones se debensatisfacer tanto los requisitos granulométricos como los económicos, y lacombinación, aún cuando debe estar dentro de los límites granulométricos, puedeno coincidir con la "media de las especificaciones". Estos factores de economíaestán relacionados, por ejemplo, con los volúmenes de producción, y es deseable

que la combinación resultante sea semejante a la proporción en que los agregadosse producen, es decir que la "oferta de producción" sea igual a la "demanda decombinación".

Dosificación de agregados por el Método de los “Tanteos sucesivos”

La utilización de las computadoras personales ha facilitado el procedimiento decombinación o dosificación de agregados, ya que en una Hoja de Excel se puedelograr, en un muy breve tiempo, el proporcionamiento de los agregados disponibleshasta lograr el cumplimiento de las especificaciones que hayan sido establecidasen el proyecto de obra. Las hojas de cálculo han hecho ya impráctico losprocedimientos gráficos o los que se han conocido como “analíticos”, que

aplicaban también los procedimientos de “tanteos sucesivos”.Como su nombre lo indica, el Método de “tanteos sucesivos” consiste enseleccionar unos porcentajes cualesquiera para cada uno de los agregados a ser combinados, y en función de los resultados obtenidos en este “primer tanteo” ir ajustando progresivamente los porcentajes, hasta alcanzar el que la combinaciónobtenida satisfaga los límites impuestos para la mezcla seleccionada.

Un ejemplo permitirá aclarar este procedimiento:

Límites granulométricos seleccionados

El Proyectista ha seleccionado la granulometría Tipo 2 correspondiente a una basede grava triturada, por lo cual se establecen los siguientes límites en la banda detamaños

% pasante el tamiz2” 1” 3/8” # 4 # 10 # 40 # 200

MezclaTipo 2

100 75-95 40-75 30-60 20-45 15-30 5-20




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4 -19

Nota: los límites de los porcentajes pasantes que no aparecen en la especificación y sí en las tablas que se presentan a continuación han sido seleccionados por interpolación directa al dibujar los valores establecidos en un gráfico granulométrico.

Agregados disponibles

En obra se dispone de los agregados que se indican a continuación:

Primer tanteo El Proyectista ha seleccionado un 40% para la arena cernida, un 15% para elarrocillo-polvillo y un 45% para la piedra picada, en función de que estasproporciones se ajustan a los niveles de producción en picadora.

50,8 mm 25,4 mm 19,4 mm 12,5 mm 9,5 mm 4,74 mm 2,36 mm 0,60mm 0,15mm 0,074mm

2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 10 # 40 # 100 # 200

Arena cernida 40.0% 100.0 100.0 100.0 95.6 83.8 62.9 45.3 22.5 8.4 6.8

Arrocillo-polvillo 15.0% 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 70.9 44.4 25.1 13.5 10.5

Piedra picada 45.0% 100.0 85.0 55.0 39.4 15.7 2.4 1.5

Combinación 100.0% 100.0 93.3 79.8 71.0 55.6 36.9 25.4 12.8 5.4 4.3

Límite superior 100

95 89 81 75 60 45 30 22 20

Límite inferior 100 75 64 49 40 30 20 15 8 5

Tipo de material% en la

combinación

% Pasante el tamiz de

Granulometrías combinada resultante en el Primer Tanteo

Como se observa en el resultado de la combinación (tabla y gráfico), lagranulometría no satisface los límites del Tipo 2 (COVENIN 11-4) en los tamices de# 40 # 100 y # 200, ya que se sale por debajo del límite inferior.


2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 10 # 40 # 100 # 200

Arena cernida 100.0 95.6 83.8 62.9 45.3 22.5 8.4 6.8

Arrocillo-polvillo 100.0 100.0 70.9 44.4 25.1 13.5 10.5

Piedra picada 100.0 85.0 55.0 39.4 15.7 2.4 1.5

Tipo de material

Granulometrías de los materiales en las pilas





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4 -20

Combinación agregados

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2"1"3/4"1/2"3/8"#4#8#40#100#200

Tamaño del tamiz

% p

a s a n t e

(Arena 40% + Arrocillo-polvillo 15% + Piedra picada 45%)

La combinación resultante es muy gruesa en los tamices finos. Para corregir estadesviación se debe aumentar un agregado que tenga mayor porcentaje pasante enlos tamices finos. Indudablemente al aumentar un agregado deberá disminuirseotro, pues la suma de las proporciones debe ser igual al 100%.

Segundo tanteo

Para el segundo tanteo se incrementa el arrocillo-polvillo a un 55%, por ser este elmaterial con mayor contenido de finos, se disminuyen el porcentaje de arenacernida y el de piedra picada. Con estas modificaciones la granulometría satisface

los límites exigidos y puede ser llevada a obra.


2" 1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 10 # 40 # 100 # 200

Arena cernida 10.0% 100.0 100.0 100.0 95.6 83.8 62.9 45.3 22.5 8.4 6.8

Arrocillo-polvillo 55.0% 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 70.9 44.4 25.1 13.5 10.5

Piedra picada 35.0% 100.0 85.0 55.0 39.4 15.7 2.4 1.5

Combinación 100.0% 100.0 94.8 84.3 78.3 68.9 46.1 29.5 16.1 8.3 6.5

Límite superior 100

95 89 81 75 60 45 30 22 20

Límite inferior 100 75 64 49 40 30 20 15 8 5

Tipo de material% en la

combinación


Granulometrías combinada resultante en el Segundo Tanteo




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4 -21

En este ejemplo, aun cuando se satisfacen los límites de las especificaciones, sehace evidente que se ha producido un marcado desbalance entre la producción enpicadora y la demanda en obra, por lo cual deberá estudiarse la posibilidad deintroducir cambios en el sistema de la trituradora, importar algún otro material, oaún proponer un cambio en el Tipo de la especificación, con el fin de alcanzar unproceso mas económico en obra.

Empleo de dos o más materiales

Cuando los materiales disponibles no resultan con granulometrías, CBR oPlasticidad de acuerdo con lo que establezcan las especificaciones que rijan elproyecto, es necesario recurrir a la mezcla de dos o más materiales, cada uno degranulometría diferente, y mediante un proceso de proporcionamiento adecuado,lograr que la mezcla que se obtiene satisfaga los requisitos granulométricosestablecidos, tal como fue requerido en el ejemplo anterior en la combinación detres agregados.

A continuación se presenta un ejemplo que permite describir el procedimiento deproporcionamiento en campo, en el caso de dos materiales. Un procedimientosimilar debe ser aplicado cuando se combinen tres o mas materiales.

Combinación agregados

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2"1"3/4"1/2"3/8"#4#8#40#100#200

Tamaño del tamiz

% p

a s a n t e

(Arena 10% + Arrocillo-polvillo 55% + Piedra picada 35%)




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4 -22

Ejemplo No. 2. Determinación de espaciamiento de camiones con dos materiales

Determinar el espaciamiento de los camiones para lograr un espesor compactado de 25 cm, en una calzada de 7.81 m de ancho. Se dispone de camiones de 9 m 3 y de 15 m 3 . Es necesario emplear dos materiales, cada uno con las siguientes características:

Material Proporción en peso Peso unitario suelto (kg/m

3 )

Grueso 70% 1.420

Fino 30% 1.680

Solución

El ejemplo será resuelto para un tramo de las mismas dimensiones que el Ejemplo No. 1, es decir:

1. Volumen de material compactado = ancho x largo x espesor

Ancho medio = [7.818 + 2 x (½ x 0,25)] = 8,063 m

Largo = 300 m

Espesor = 0,25 m

Volumen compactado = 8,063 x 300 x 0,25 = 604,69 m 3

2. Volumen del material suelto total Con la combinación en peso de ambos materiales (70% + 30%), se ejecuta un ensayo Proctor Modificado, para el cual se obtiene un peso unitario seco máximo de 2.100 kg/m 3 y una humedad óptima del 5,5%. Si se asume una especificación de densidad del 95% de la Densidad máxima seca, el peso unitario seco del material ya extendido y compactado en la carretera será = 2.100 x 0,95 = 1.995 kg/m 3 .

La cantidad requerida de cada material se obtiene de acuerdo al procedimiento que se detalla en la siguiente tabla:

Material % en peso Peso para un m 3

compactado (kg) Peso unitario seco

(kg/m 3 ) Volumen suelto para 1 m 3 compactado

Grueso 70 % 1.397 1.420 0,98

Fino 30 % 598 1.680 0,36

Total 100 % 1.995 1,34




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4 -23

El valor de 1,34 m 3 de material suelto, requerido para lograr 1,0 m 3 de material compactado en obra, permite obtener el porcentaje de esponjamiento, en este caso 34%.

El volumen suelto será, en consecuencia igual a:

Volumen suelto = volumen compactado x % esponjamiento

Vsuelto = 604,69 x 1,34 = 810.14 m 3

3. Volumen requerido para cada material

La proporción en volumen de cada material será igual a:

• % volumen material grueso = 100 x 0,98 / 1,34 = 73%

• * % volumen material fino = 100 x 0,36 / 1,34 = 27%

Del volumen suelto total requerido (810,14 m 3 ), será necesario emplear, por lo tanto, las siguientes cantidades de cada material:

• de material grueso = 810,14 x 0,73 = 591,40 m 3

• de material fino = 810.14 x 0,27 = 218,74 m 3

4. Número de camiones de requeridos para cada tipo de material

En el tramo de 300 m de longitud, asumiendo que se emplearán solo camiones de 15 m 3 de capacidad, se requerirá el siguiente número de camiones por tipo de material:

• camiones para el material grueso = 591,40 / 15 = 39,4 camiones. Se aproxima a 39 camiones.

• camiones para el material fino = 218,74 / 15 = 14,5 camiones. Se aproxima

a 15 camiones.5. Espaciamiento entre camión a camión por tipo de material

El espaciamiento de camión a camión, por tipo de material, será el siguiente:

• Espaciamiento entre carga de camión a camión de material grueso = 300 m / 39 camiones = 7,7 m. Se aproxima a 7.5 m.

• Espaciamiento entre carga de camión a camión de material fino = 300 m / 15 camiones = 20,0 m




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4 -24

La Figura 10 muestra el espaciamiento de los camiones en este ejemplo.

Otra manera de proceder al mezclado de dos o más materiales, la cual esconsiderada por muchos Ingenieros de Campo como el mejor procedimiento, esextender el material por capas sucesivas, es decir, se apila el material, y se extiendesobre media sección. Sobre este material ya extendido se apila el siguiente materialy se extiende sobre el primero, y así sucesivamente en el caso de que haya más dedos materiales. De esta manera se obtiene un “sandwich” formado por una sucesiónde capas de diferentes materiales, tal como se muestra en la secuencia fotográfica

de la Figura 11.Extendido del (los) material(es) requerido(s).

Normalmente la distribución de las pilas de material se hace solo sobre la mitad dela plataforma, con el fin de que la otra mitad esté disponible para las operaciones deextendido y mezclado, en caso de que se utilice más de un tipo de material.

Una vez que la distribución de la cantidad de material requerido ha sido concluida,se procede al paso de la cuchilla de la motoniveladora por el borde de las pilas delmaterial que ha sido depositado sobre la plataforma, con el fin de formar un“camellón (cordón)”, es decir una pila de menor altura y continua (Véase Figura 11).Este camellón se forma cuando la cuchilla corta la pila del material y la empuja

hacia un lado. Puede ser necesario que la motoniveladora pase más de una vez,hasta que alcance a formar un camellón continuo y de sección transversal uniforme.

Figura 10. Esquema de espaciamiento entre carga de camiones para el caso de dos materiales diferentes.

Inicio tramo 300 m

20 m10 m

7.5/2 m7.5/2 m7.5 m 7.5 m 7.5m




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4 -25

Figura 11. Secuencia constructiva del sistema tipo sandwich. (a) Descarga de

camiones en pilas. (b) Extendido del primer material. (c) Descarga del segundo material. (d) Extendido y mezclado del segundo material. (e) Detalle de extendido de los diferentes materiales. El procedimiento se repite tantas veces como el número de materiales a utilizar.

(a) (b)

(c) (d)

(e)




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4 -26

• Módulo de Elasticidad en las sub-bases granulares: "Módulo de ElasticidadDinámico (Esb)"

Si ha sido definido a "Ø" como el "esfuerzo masivo", es decir la sumatoria de losesfuerzos principales, tal como se indica en la Figura 12, el módulo de elasticidadde los materiales que se emplean como capa de "sub-base" -que se denomina"Módulo de Elasticidad Dinámico (Esb)", puede ser determinado por la siguienteecuación

Figura 12: Esquema de esfuerzos aplicados en un material granula

Esb = K1 ØK2 ...........(Ecuación 1)

El valor del coeficiente K1, que es función del estado del material, varía entre 7.000para el caso de que el material esté seco, de 5.400 para cuando está húmedo,hasta 4.600 en el caso de que esté saturado. El valor de K2 se toma como 0,60.En la Tabla 1 se presentan los valores de Ø, que son función del espesor esperadode mezclas asfálticas en la estructura de pavimento.

Tabla 1Determinación del valor de Ø para sub-bases ___________________________________ Espesor de asfalto (cm) Ø

___________________________________ < 5,0 10,0≥ 5,0 ≤ 10,0 7,5> 10,0 5,0

___________________________________ Nota: valores válidos para espesores

de sub-base entre 15,0 y 30,0 cm.




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___________________________________________________________________________ 4-27

• Módulo de Elasticidad en las bases granulares: "Módulo de ElasticidadDinámico (E)"

En el caso de bases granulares, el Módulo de Elasticidad Dinámico (Eb), tiene lamisma expresión que para las sub-bases, es decir:

Eb = K1 ØK2 ...........(fórmula 2)

El coeficiente K1, función de la humedad del material de base, varía entre un valor de 8.000 cuando está seco, a 9.000 cuando está húmedo, hasta 3.200 cuando seencuentra saturado. El coeficiente K2, por su parte varía entre 0,50 y 0,70,adoptándose 0,60 como valor más frecuente.

La Tabla 2 permite seleccionar los valores de Ø, una vez estimados los valores deespesor total de mezclas asfálticas en la estructura del pavimento.

Tabla 2Valores de Ø en materiales de base granular

______________________________________________ espesor de asfalto Mr de la subrasante

(cm) 3.000 7.500 15.000 _______________________________________________

< 5,0 20 25 30≥ 5,0 < 10,0 10 15 20≥ 10,0 < 15,0 5 10 15> 15,0 5 5 5

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Los valores de Esb y Eb que son empleados en las ecuaciones de diseño deespesores, tal como se verá más adelante, se expresan en unidades de "psi".

Los valores del módulo de elasticidad en los materiales granulares -bases y sub-bases- aumentan a medida que se incrementa su densidad y aumenta laangularidad de las partículas que lo conforman. Por otra parte, se aumenta el valor de "E" al disminuir el grado de saturación de estos materiales.




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___________________________________________________________________________ 4-28

Ecuaciones de correlación entre el CBR y el Módulo Elástico en materialesgranulares.

Al igual que en los materiales de fundación, existen varias ecuaciones decorrelación para poder estimar el valor del Módulo Elástico a partir de ensayosempíricos tal como el CBR.

Las siguientes ecuaciones han sido tomadas de la versión de la Portland Cement Association (PCA), denominada Pavement Analysis System (PAS) la Guía deDiseño AASHTO-93:

• Para sub-bases y bases granulares con CBR hasta 80%

• MR = 385,08* CBR + 8.660 (psi)

• Para sub-bases y bases granulares con CBR >= 80%

• MR = 321,05* CBR + 13.327 (psi)

El tema de los Módulos Elásticos será nuevamente tratado en el Volumen 3, en el momento de la discusión de la aplicación del Método AASHTO-93.

• Especificaciones de uso de materiales granulares no estabilizados, en funciónde los valores de CBR e hinchamiento.

A continuación se presentan las especificaciones más comunes utilizadas por organizaciones relacionadas con pavimentos, y que se fundamentan en los valoresCBR para los materiales a ser empleados como sub-bases y bases granulares.

• Especificaciones de la AASHTO

Valor CBR % hinchamiento Uso establecido

≥ 30,0 ≤ 2,0 Sub-bases granulares≥ 80,0 ≤ 1,0 Bases granulares

• Especificaciones COVENIN (MTC, 1977)

Valor CBR % hinchamiento Uso establecido

> 20,0 ≤ 60,0 — Sub-base granular > 60,0 ≤ 80,0 — Base granular para pavimentos

con tráfico liviano a mediano

> 80,0 — Base granular para pavimentoscon tráfico pesado

Es conveniente combinar ambas especificaciones para exigir no solamente valoresCBR para los materiales a emplear en las diferentes capas, sino también los límitesde % de hinchamiento, con el fin de lograr los mejores pavimentos.




Capítulo 5 Estabilización de suelos.

Diseño y construcción de capas de suelo-cemento




Estabilización de suelos y mezclas de suelocemento

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__________________________________________________________________________ 5-1

Introducción

En muchos casos, los suelos que se encuentran en el lugar de una obra vial o en susalrededores, no poseen las características físico-mecánicas que son necesarias paraque ellos puedan soportar las cargas procedentes del tráfico a que han de estar sometidos. Es por ello por lo que se recurre a las "estabilizaciones", que no son másque el conjunto de procesos para aumentar la calidad de los materiales para evitar lasdeformaciones plásticas, o disminuirlas a un valor mínimo de acuerdo a lassolicitaciones de carga y clima que soportarán, mediante la adición de un modificador ocorrector.

Para corregir las características originales del suelo, cuando éstas no son aceptables yproporcionales a la estabilidad deseada, se utilizan diferentes técnicas de estabilización,cuya clasificación responde, a veces a los métodos de trabajo, y otras a los productosde adición empleados como correctores.

Es así como se obtienen dos grandes grupos de "estabilizaciones":

1. "Estabilización Química", que se refiere al cambio de las propiedades del suelo por efectos químicos motivado a la combinación de ciertos aditivos tales como loscementos, cal y aceites sulfonados. En el caso particular de Venezuela se empleanfundamentalmente las estabilizaciones con cemento y, en un menor grado, con aceitessulfonados.

2. "Estabilización por tratamiento" que no precisan la adición de productos, sino quesimplemente se hacen por medio de aplicaciones, generalmente localizadas, por mediode sistemas térmicos, eléctricos, de impacto, etc. Este tipo de estabilizacionesprácticamente no se emplean en obras de vialidad.

Estabilización mecánicaDebe recordarse, antes de tratar el tema de "estabilizaciones", que los agregados y/omateriales que presentan una distribución ordenada de las partículas o granos, puedenmejorarse mediante su densificación con humedad adecuada, y en caso de ser requerido, se complementa con la incorporación de un material adicional. Este procesose conoce como "Estabilización Mecánica". Los conceptos relacionados con estaestabilización son: granulometría, plasticidad, trabazón de las partículas y cohesión yfueron tratados en el Capítulo 4 de estos Apuntes. La manera como estos factoresentran en juego depende en cada caso de los fines que se persiguen. Así, por ejemplo,si se trata de lograr una superficie resistente en una grava limpia, ésta deberámezclarse con un suelo fino y plástico que proporcione cohesión ("pega"), es decir, sedebe aumentar la plasticidad. Un suelo de granos redondeados y de poca trabazón

puede hacerse más estable y resistente si se mezcla con otro suelo de granosangulares y gradados que proporcione buena trabazón. La Plasticidad de un materialpuede reducirse con la adición de un suelo de baja plasticidad.




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Estabilización con Cemento

a. mezclas de suelocemento

El "suelocemento" es una simple mezcla íntima de suelo pulverizado con cantidadesmedidas de cemento Portland Tipo I y agua, compactada a alta densidad. La cantidadde cemento empleada, según el procedimiento de diseño, debe ser igual o mayor al 5%en peso del material, aún cuando en Venezuela se han construido bases de grava-cemento con un 4% de cemento. Al hidratarse el cemento, la mezcla se convierte en unmaterial resistente y durable, diferente de cada uno de sus componentes y que haprobado su excelencia al ser empleado en la construcción de carreteras. En Venezuelase empleó el suelo-cemento muy profusamente durante los años 65-75, y aún cuandose ha continuado su utilización a partir de esos años, ya no lo es en los mismosvolúmenes. Existen en Venezuela excelentes ejemplos de unas muy buenas bases desuelo-cemento: Autopista Valencia-Campo de Carabobo (1971), carretera Achaguas-ElSamán-Mantecal (1967), carretera Bruzual-Elorza (1981), estas dos últimas en elEstado Apure, cerca de la frontera con Colombia. Se empleó también el cemento para

la estabilización del suelo para la construcción de la base del pavimento en el Aeropuerto de la Chinita en Maracaibo (1969), y el de la grava utilizada como capa sub-base en las áreas de estacionamiento del aeropuerto Simón Bolívar en Maiquetía(1972), así como la del suelo utilizado en la pista principal de este aeropuerto. En losúltimos años (91 al 98) se ha empleado en la construcción de la base en la AutopistaCircunvalación Norte de Barquisimeto (6 km) y en la de la Autopista Centro Occidental,en un tramo de otros 12 km, en la cual se empleó grava estabilizada con cemento.

Actualmente se está empleando con mucho éxito en una serie de obras de vialidad enel Estado Yaracuy, entre las que destaca la Avenida de acceso al aeropuerto de SanFelipe.

b. Suelos mejorados con cemento

Existe otra mezcla de suelo con cemento, que no llega a ser un "suelocemento", debidoa que no alcanza a tener cantidades del aditivo iguales o mayores al 4%, y es aqueltratamiento que se hace generalmente a los suelos A-1 ó A-2 (granulares) con el fin demejorar su capacidad de soporte y reducir su índice de plasticidad, pues aunque en suforma original cumplen con algunas de las especificaciones exigidas, requieren laadición de bajos porcentajes de cemento que lo transforman en suelos estables yresistentes que llenarán las condiciones contempladas en el proyecto. Este material, enVenezuela, se ha llamado "suelo mejorado con cemento", para diferenciarlo delsuelocemento propiamente dicho. Los suelos mejorados con cemento se construyen dela misma manera que una sub-base granular, es decir siguiendo el procedimiento de“estabilización mecánica. Sólo es necesario, adicionalmente, tomar en cuenta lostiempos de mezclado, y compactación que serán comentados mas adelante para el

suelocemento. En Venezuela no se ha aplicado el cemento para mejorar los suelos ogravas.

C. Rehabilitación de pavimentos asfálticos con el empleo de cemento

En los últimos años, ante la aparición en el mercado de máquinas de gran potencia, seha desarrollado la técnica de estabilización en sitio, de pavimentos asfálticosdeteriorados, con la adición de cemento y/o emulsión asfáltica. Esta técnica ha sido




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empleada solo en la rehabilitación de un tramo de 2 km de la Avenida Costanera enBarcelona, Estado Anzoátegui, pero ya se han licitado cerca de 250 km en los Estados

Apure y Barinas, destacándose la carretera TO-02, en el tramo Bruzual-Mantecal, en elEstado Apure, con cerca de 65 km de longitud.

Diseño de mezclas de suelo mejorado con cemento

Este tipo de estabilización se diseña mediante la aplicación del ensayo de CBR a lamezcla elaborada, ya que el efecto del cemento es solo la reducción de la plasticidad yel incremento relativo de la resistencia.

Diseño de mezclas de suelocemento

Partiendo de la definición de "suelocemento", tres serán los requisitos indispensables aser estudiados:

a. La cantidad de cemento a ser agregado al suelob. La cantidad de agua a ser incorporada a la mezcla

c. La densidad a ser alcanzada en la compactación

Requisitos de los materiales

Cemento:El cemento Portland Tipo I, que es el que se comercializa en Venezuela en formaconvencional en sacos de 42,50 kg, es el adecuado para el empleo en mezclas de suelocemento.

Agua:El agua debe ser preferiblemente potable, aún cuando cualquier agua limpia y libre decantidades excesivas de álcalis, ácidos o materia orgánica. Se ha empleado agua de

mar con resultados satisfactorios (caso de aeropuerto de Maiquetía).Suelo:De los tres materiales involucrados el que es más cuestionado es el suelo.Normalmente se pregunta, ¿cuál material es adecuado? La respuesta es queprácticamente todos los suelos (cualquier tipo de tierra) pueden ser mezcladossatisfactoriamente con cemento. Las excepciones son los suelos orgánicos, arcillas muyplásticas (expansivas) y arenas inertes. En caso de duda sobre un suelo debe realizarseel ensayo ASTM D 4318 que permite identificar estos suelos inconvenientes.

Generalmente los suelos gravo-arenosos A-1 y A-2 con un 10 a 35% de limo y arcilla y55% o más pasante el tamiz # 4 son los mas adecuados y requieren menos cantidad cecemento para una adecuada estabilización. Los suelos arenosos A-3, de grano uniforme

y poco contenido de finos, como son las arenas de médano o playa, dan tambiénexcelentes resultados al ser mezclados con cemento, pero requieren un mayor tenor decemento.

Las cantidades correctas de cemento y agua, así como la densidad y resistenciarequerida, se establecen a través de los métodos de diseño de mezclas, y que siguenlos criterios de la PCA o de la AASHTO. Cada método de diseño de mezclas estáasociado con el correspondiente método de diseño de pavimentos, es decir, si sediseña la mezcla por la PCA el diseño de pavimentos debe hacerse siguiendo el método




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de la PCA, y si la mezcla se diseña según el criterio de la AASHTO, el pavimento debedimensionarse siguiendo las pautas establecidas en este método.

Método General de Dosificación según la PCA

Este método fue desarrollado por la Portland Cement Association (PCA) y contempla lassiguientes etapas:

I. Identificación y clasificación del suelo.II. Selección del porcentaje de cemento para el ensayo de compactación.III. Ejecución del ensayo de compactación del suelo-cemento.IV. Selección d los porcentajes de cemento para los ensayos de durabilidady de resistencia a la compresión.V. Moldeado de las briquetas para los ensayos de durabilidad y resistencia ala compresión.VI. Ejecución del ensayo de durabilidad por mojado y secado.VII. Ejecución del ensayo de durabilidad por congelación y deshielo.

VIII. Ejecución del ensayo a compresión.IX. Selección del porcentaje de cemento adecuado, en función de losresultados en los ensayos.

Método Simplificado de Dosificación según la PCA

La dosificación del suelo-cemento, de acuerdo con la marcha de los ensayos del"Método General de Dosificación" presenta una desventaja práctica: el tiempo deduración de los ensayos, principalmente los de durabilidad, lo cual toma mas de 48días. Esto dio lugar a que se correlacionasen los resultados de estos ensayos con otrode más rápida ejecución, facilitando así la determinación del porcentaje de cemento.

En 1952 la PCA, basada en la correlación obtenida en los resultados de los ensayos de2.438 suelos arenosos, presentó un método simplificado para la dosificación del suelo-cemento. El fundamento de este método, comprobado por los ensayos realizados,puede ser resumido en el siguiente principio:

"Un suelo arenoso con determinada granulometría y densidad aparente máxima, requerirá, de acuerdo con el criterio de pérdida de peso en los ensayos de durabilidad, el mismo porcentaje de cemento que otro suelo que, teniendo la misma granulometría y la misma densidad aparente máxima, presente una resistencia a la compresión a los siete días superior a un valor pre-establecido".




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I. Descripción del método

El análisis granulométrico del suelo determinará si es aplicable el Método Simplificado.

Es condición necesaria que:(a) el suelo posea menos del 50% de material con diámetro inferior de 0,05 mm (limomás arcilla)(b) El suelo posea meno del 20% con diámetro inferior de 0,005 mm (arcilla)(c) La fracción retenida en el tamiz # 4, por otra parte, debe arrojar un valor deGravedad Específica Aparente (Gsa) mayor de 2.45.

Verificado ésto, el suelo será ensayado por el Método "A" dado el caso que el 100%del material pase el tamíz Nº4, o por el Método "B" si posee retenido en el tamíz Nº4.

En resumen el Método Simplificado consta de:I. Ensayos preliminares del sueloII. Ensayo de compactación del suelo-cemento

III. Determinación del porcentaje de cemento por medio de ábacos.IV. Verificación del porcentaje de cemento por el ensayo de resistencia a compresión.

I. Ensayos Preliminares

1. Análisis granulométrico y selección del Método A o B en función de los resultados.2. Determinación de la absorción y de la gravedad específica aparente de los granosretenidos en el tamíz Nº4. Si este valor es menor de 2,45 en suelos granulares, nopuede utilizarse el método.

Descripción Método A(Empleado en materiales con 100% pasa Nº4)

Ejemplo 1:Se realizan los ensayos granulométricos al suelo, con losresultados siguientes:

Tamiz % que pasa % retenidoNº 4 100 0Nº 60 72 28 0,05 mm 39 610,005 16 84

1. Se estima la densidad máxima (llamada por esto “densidad aparente máxima) de lamezcla por medio de la Figura 1, en función de los porcentajes de limo más arcilla,(partículas con diámetro inferior a 0,05 mm) y de grava más arena gruesa (materialentre el tamíz Nº 4 y el Nº 60).




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Figura 1: Densidad aparente máxima estimada (Método A)




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En el ejemplo:

partículas con diámetro inferior a 0,05 mm = 39% grava más arena gruesa (material entre el tamíz Nº 4 y el Nº 60) = 28%

De la Figura 1 se estima una densidad aparente máxima de 1.880 kg/m3

2. Se estima el porcentaje de cemento por medio de la Figura 2, en función delporcentaje de limo más arcilla (39% en el ejemplo) y de la densidad máxima obtenida por la Figura 1 (1.880 kg/m

3 en el ejemplo)

De la Figura 2 se estima una cantidad de cemento del 8% en peso de suelo

Figura 2: Porcentaje estimado de cemento, en peso. Método A

3. Con el porcentaje de cemento seleccionado (8% en el ejemplo) añadido al suelo, seejecuta el ensayo de compactación (AASHTO Estándar). De este ensayo se obtendrá ladensidad máxima seca de la mezcla de suelo con el cemento, y su correspondientehumedad óptima.




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Figura 3: Resultado del ensayo de compactación de la muestra con el 8% de cemento

En el Ejemplo 1 la densidad máxima seca real de compactación del suelomezclado con el 8% de cemento es de 1920 kg/m3 (Figura 3 en el ejemplo) y suhumedad óptima es del 6.1% (en el ejemplo)

4. Con el valor de densidad máxima —obtenido del ensayo de compactación— severifica, mediante la Figura 2, si el porcentaje de cemento correspondiente en funciónde esa nueva densidad y el porcentaje de limo más arcilla se mantiene igual al estimadoen el Paso 2, o ha variado. Si se mantiene igual, lo cual es el caso común en base a laextensa base de ensayos sobre el cual se desarrolló el método, se continúa con el Paso

5. En caso contrario debe ejecutarse un nuevo ensayo de densidad-humedad con elnuevo porcentaje de cemento y verificar este nuevo porcentaje con el determinadonuevamente mediante la Figura 2.

En el Ejemplo 1 se mantiene el mismo 8% de contenido de cemento

5. Se Preparan 3 briquetas de ensayo, cada una con el porcentaje de cemento obtenidoen el Punto 4 y con el porcentaje de humedad óptima obtenido en el Punto 3.

Se determina la resistencia a la compresión simple de las briquetas de ensayo despuésde 7 días de curado en la cámara húmeda a 21°C y luego de sumergirlas en agua, atemperatura ambiente, durante un lapso de cuatro (4) horas.

(En caso de no disponerse de cámara húmeda, las briquetas se envuelven en una bolsaplástica cerrada herméticamente, y se sumergen en agua) o se colocan en una trampade arena que se mantiene humedecida durante los 7 días.




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En el Ejemplo 1, se supone que lasresistencias obtenidas son:

Briqueta Resistencia (kg/cm2)

1 27 2 30 3 28

Promedio 28,3

6. Se verifica, mediante la Figura 4, en función del porcentaje de limo más arcilla delsuelo (39% en el ejemplo), la mínima resistencia a compresión que debe presentar lamezcla.

En el Ejemplo 1 la resistencia mínima del promedio de las 3 briquetas debe ser igual o mayor a 20 kg/cm 2 . Cómo el resultado de laboratorio fue de 28.3 kg(cm 2 , se da por

concluido el ensayo y se adopta el % de cemento que ha arrojado el método.

Figura 4: Resistencia mínima a la compresión, a los 7 días. Método A.

7. Si por el contrario, la resistencia obtenida es inferior a la indicada por la Figura 4, elporcentaje de cemento es muy bajo.

Son entonces necesarios nuevos ensayos: se moldean dos nuevas briquetas deensayo, una con el porcentaje indicado en el Punto 4 y la otro con un aumento de 2puntos de cemento. Estas briquetas de ensayo son sometidas al ensayo de "Durabilidadpor Congelación y Deshielo", y las pérdidas de peso por ellas sufridas permitirándeterminar el porcentaje de cemento adecuado, todo de acuerdo al procedimientoanteriormente para el Método General de Dosificación.




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Descripción del Método "B"(Cuando el Material presenta Retenido en el tamiz Nº 4)

El procedimento es exactamente igual al método A, pero utilizando sucesivamente lasFiguras 5, 6 y 8, teniendo en cuenta que en este caso se entiende por "piedra másgrava" a todo material retenido en el tamiz Nº10 y "piedra" al material retenido en eltamíz Nº 4.

Ejemplo 2: Se realizan los ensayos granulométricos al suelo, con los resultados siguientes:

Tamiz % que pasa %retenido 3/4" 100 0 Nº 4 82 18 Nº 10 79 210,05 mm 32 68

0,005 13 87

1. Se estima la densidad máxima de la mezcla por medio de la Figura 5, en función delos porcentajes de limo más arcilla, (partículas con diámetro inferior a 0,05 mm) y depiedra más grava (material retenido en el tamíz Nº 10).En el Ejemplo 2:

limo más arcilla, (partículas con diámetro inferior a 0,05 mm = 32% piedra más grava (material retenido en el tamíz Nº 10 = 21%

En el Ejemplo 2, de acuerdo a lo indicado en la Figura 5,este valor de densidad máxima aparente es de 1.950 kg/m3.




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Figura 5: Densidad aparente máxima estimada (Método B)

2. Se estima el porcentaje de cemento por medio de la Figura 6, en función delporcentaje de limo más arcilla, del % de material retenido en el tamiz Nº 4 (piedra), y dela densidad máxima obtenida por la Figura 5.




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En el Ejemplo 2, a partir de la información anterior resulta uncontenido de cemento estimado en un 6% (% en peso).

Figura 6: Porcentaje estimado de cemento, en peso. Método B

3. Con el porcentaje de cemento seleccionado en el paso anterior (6% en el ejemplo) seefectúa el ensayo de compactación (AASHTO Estándar)de la mezcla de suelo-cemento.De este ensayo se obtendrá la densidad máxima seca de la mezcla, y sucorrespondiente humedad óptima. (Figura 7)




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Figura 7: Ensayo de densidad-humedad con el 6% de cemento

En el Ejemplo 2 la densidad máxima seca real de compactación del suelomezclado con el 6% de cemento es de 1.980 kg/m3 y su humedad óptima es de4.9% (en el ejemplo)

4. Con el valor de densidad máxima —obtenido del ensayo de compactación— severifica, mediante la Figura 6, si el porcentaje de cemento correspondiente en funciónde esa nueva densidad y el porcentaje de limo más arcilla se mantiene igual al estimadoen el Paso 2, o ha variado. Si se mantiene igual, lo cual es el caso común en base a laextensa base de ensayos sobre el cual se desarrolló el método, se continúa con el Paso

5. En caso contrario debe ejecutarse un nuevo ensayo de densidad-humedad con elnuevo porcentaje de cemento y verificar este nuevo porcentaje con el determinadonuevamente mediante la Figura 6.

En el Ejemplo 2 se mantiene el mismo 6% de contenido de cemento

5. Se preparan 3 briquetas de ensayo, cada una con el porcentaje de cemento obtenidoen el Punto 4 y con el porcentaje de humedad óptima obtenido en el Punto 3. Sedetermina la resistencia a compresión simple sin confinar de las briquetas de ensayodespués de 7 días de curado en la cámara húmeda a 21°C. Al terminar los 7 días lasbriquetas se sumergen en agua a temperatura ambiente durante cuatro (4) horas antesde romperlas. (En caso de no disponerse de cámara húmeda, las briquetas se

envuelven en una bolsa plástica cerrada herméticamente, y se sumergen en agua) o secolocan en una trampa de arena que se mantiene humedecida durante los 7 días.




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En el Ejemplo 2 se supone quelas resistencias obtenidas son:

Briqueta Resistencia (kg/cm 2 )

1 46 2 45 3 45

Promedio 45,3

6. Se verifica, mediante la Figura 8, en función del porcentaje de limo más arcilla y delporcentaje de piedra del suelo, la mínima resistencia a compresión que debe presentar la mezcla.

En el Ejemplo 2 la resistencia mínima del promedio de las 3 briquetas debe ser igual o mayor a 19,4 kg/cm2.

7. Si la media de la resistencia obtenida en el Punto 5 fuese superior a esta mínima, elporcentaje de cemento obtenido en el Punto 4, será adoptado como el que se emplearáen obra.

Figura 8: Resistencia mínima a la compresión, a los 7 días. Método B.

En el Ejemplo 2 la media de la resistencia obtenida en las 3 briquetas (45,3 kg/cm 2 ) es mayor a 19,4 Kg/cm 2 (obtenido de la Figura.8), por lo tanto el contenido de cemento del 6% es correcto

8. Si por el contrario, la resistencia obtenida es inferior a la indicada por la Figura 4.8, el




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porcentaje de cemento es muy bajo, siendo entonces necesarios nuevos ensayos: semoldean dos nuevas briquetas de ensayo, una con el porcentaje indicado en el Punto 4y la otro con un aumento de 2 puntos de cemento. Estas briquetas de ensayo sonsometidas al ensayo de "Durabilidad por Congelación y Deshielo", y las pérdidas depeso por ellas sufridas permitirán determinar el porcentaje de cemento adecuado.

Nota: Es importante destacar que las resistencias obtenidas mediante este procedimiento simplificado (Métodos A & B) muy rara vez resultan en resistencias menores a las exigidas en las Figuras 4 y 8, según sea el caso, debido a la extensiva correlación empleada en el desarrollo de

este método. Por esta razón, y en caso de no disponer de equipos para realizar ensayos de comprensión simple, los valores de contenido de cemento obtenidos directamente de los gráficos son suficientemente confiables para la preparación

de las mezclas en campo.

Método de dosificación por la AASHTO

Si la mezcla de suelocemento va a ser utilizada en un diseño estructural siguiendo elcriterio de la AASHTO, se recomienda entonces que el diseño de la mezcla enlaboratorio, a fin de determinar su resistencia a la compresión simple, se haga deacuerdo al criterio de la AASHTO, el cual difiere del criterio de la PCA.

La mezcla diseñada por AASHTO se ejecuta normalmente aplicando la energía decompactación modificada, y simplemente el diseño se ejecuta sobre mezclas condiferentes contenidos de cemento, sometidas a la compresión simple después de 7 díasy cuatro horas de curado, y se selecciona el contenido de cemento que arroje unaresistencia acorde con la que el proyectista exigirá en su diseño estructural. Es

frecuente, en nuestro país, seleccionar resistencias de suelo-cemento entre 25 y 40kg/cm2, con el fin de reducir los espesores de mezcla asfáltica a ser construida sobreesta capa de suelo estabilizado.

Este es el método que más se emplea en Venezuela para diseñar mezclas de suelo-cemento y, a partir del año 2005, momento en que se inicia la rehabilitación depavimentos asfálticos deteriorados con el procedimiento de pulverización del espesor existente de la mezcla asfáltica, conjuntamente con el material virgen por debajo deesta capa, en un espesor aproximado de dos (2) veces el espesor de asfalto —conocidocomo mezclas REPACE—. Estas mezclas se diseñan con espesores mínimos de 20 cmy espesores máximos de 35 cm, y las resistencias de diseño han variado desde unmínimo de 25 kg/cm2 hasta un máximo de 45 kg/cm2, aun cuando existe una tendencia

a que la resistencia máxima no supere los 35 kg/cm

2

, con el fin de minimizar la apariciónde las grietas de reflexión.




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La siguiente figura ilustra un diseño REPACE con tres diferentes contenidos decemento. Sí la resistencia mínima fuese de 30 kg/cm2, el contenido de cemento deberíaser de un 6.2%.

Diseño aproximado cuando no se pueden ejecutar ningún tipo de ensayosMétodo basado en la clasificación de los materiales

El método de diseño más sencillo que puede utilizarse es aquél que se fundamentaen los ensayos más elementales: granulometría por tamizado y límites de Atterberg.

Ambos tipos de ensayo permiten clasificar el material en un grupo determinado y, enfunción del grupo se estima un porcentaje de cemento, tal como se indica en la Tabla1.

Diseño inicial de la me zcla REPACE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

4 5 6 7 8

% de cemento en peso de m ezcla

R e s i s t e n c i a a l a c o

m p r e s i ó n s i m p l e ,

7 d í a s

( k g / c m 2 )




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Tabla 1Valores aproximados de contenido de cemento, para diseños de suelo-cemento

(No para mezclas REPACE), en función del tipo de suelo, según la Clasificación de la AASHTO

Clasificación AASHTO (HRB)

Clasificación ASTM

Contenido decemento(% en peso)

A-1-a GW, GP, GM, SW, SP,SM

3 - 5

A-1-b GM, GP, SM, SP 5 - 8 A-2 GM, GC, SM, SC 5 - 9 A-3 SP 7 - 11 A-4 CL, ML 7 - 12 A-5 ML, MH, CH 8 - 13 A-6 CL, CH 9 - 15

A-7 MH, CH 10 - 16Nota: la tabla anterior está tomada del Método General de Dosificación de la PCA y sus valores corresponden a los sugeridos para la ejecución de los ensayos de durabilidad.

• Requisitos mínimos que deben satisfacer las mezclasde suelo-cemento, de acuerdo a las normas venezolanas.

La norma COVENIN 2000-80, en su Capítulo 11-8, establecen los requisitos de calidadque deben satisfacer las mezclas de suelo-cemento, y las cuales se han resumido en laTabla VII.

Tabla 1Normas venezolanas (COVENIN 2000-86) para mezclas de suelo-cemento

Norma 11-8

Resistencia a la compresiónResistencia a la compresión a los 7 días decurado de las briquetas

Mínimo 15 kg/cm2 para tráfico liviano omedianoMínimo 28 kg/cm2 para tráfico pesado

Resistencia a la compresión de lasbriquetas después de 7 días de curado y 7días de inmersión(Resistencia retenida)

Mayor o igual al 80% de la resistencia delas briquetas después de 14 días decurado

Ensayos de durabilidadTipo de material Pérdida de peso después de 12 ciclos

A-1; 1-2-4; A-2-5; A3 Menor o igual a 14% A-2-6; A-2-7; A-4; A-5 Menor o igual a 10% A-6; A-7 Menor o igual a 7%Variación del volumen Menor o igual a 2%Contenido de cemento Mayor o igual al 5% en peso




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Construcción de mezclas de Suelo-Cemento

La ejecución de mezclas de suelocemento puede dividirse en dos etapasfundamentales que son: la preparación previa de la superficie de la vía y laconstrucción en sí del suelocemento, independientemente del método de preparaciónde la mezcla del suelo, el cemento y el agua.

Preparación previa

La preparación de la vía varía si el suelocemento se va a mezclar con el materialexistente en la calzada (mezcla sobre la vía), o con la mezcla transportada (mezclaen planta). En el primer caso habrá que controlar el perfil de la vía tanto longitudinalcomo transversalmente, completando la rasante donde sea necesario. En el segundocaso, es decir, cuando se usa y transporta mezcla ya preparada, la sub-rasantedeberá estar compactada y nivelada de acuerdo con las especificaciones de la obra.

Pulverización

Los suelos que van a ser estabilizados con cemento deben ser pulverizadospreviamente para lograr un buen mezclado con el cemento. Los suelos arenosos sonfácilmente pulverizables mientras que los suelos arcillosos son más difíciles,especialmente cuando están muy secos o muy húmedos.

La humedad del suelo es un factor muy importante en esta operación. Algunossuelos que en estado seco son difíciles de pulverizar, en estado húmedo sepulverizan fácilmente y por el contrario algunos suelos lo hacen más fácilmentecuando están secos.

Las especificaciones exigen que el suelo sea pulverizado de tal forma que, en el

momento de iniciar la compactación, el 100% de la mezcla de suelocemento pase por el tamíz de 1 pulgada (25 mm) y al menos un 80% pase por el tamíz Nº 4 (4.74 mm).En estos cálculos no se tomará en cuenta el agregado pétreo, o sea, que lo requeridoes que no haya más de un 20% de terrones de suelo mayores que el tamíz Nº 4 y queademás estos terrones no tengan un tamaño mayor de una pulgada.

LOS SUELOS ARCILLOSOS NO DEBEN SER MEZCLADOS EN PLANTA, YA QUEES PRÁCTICAMENTE IMPOSIBLE ALCANZAR LA PULVERIZACIÓN EXIGIDA.

Suministro del Cemento

El cemento puede ser suministrado en dos formas: a granel o en sacos.

MEZCLAS SOBRE LA VÍA

• Suministro a granel para mezcla sobre la vía:el camión transportador puede descargarse en un silo de almacenamiento en

la obra, pero lo común es que los camiones se descargen directamente en elsitio de trabajo. A estos camiones se les acopla un distribuidor mecánico queregula el flujo del cemento uniformemente a lo ancho de la franja de mezclado.




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Verificación de la cantidad de cemento aplicada a granel

Los distribuidores de cemento pueden ser de dos tipos: uno de ellos es el queesparce el cemento en un ancho uniforme que puede variar de 1.8 m, a 3 m, y

el otro tipo deposita el cemento en la parte superior de un camellón.• Suministro en sacos para mezcla sobre la víaCuando el cemento es suministrado en sacos debe ser colocado en el sitio enforma manual. En este caso los sacos deben colocarse sobre la vía a unadistancia exacta de tal forma que la proporción a emplear sea la requerida por el diseño. El cemento es posteriormente distribuido uniformemente sobre lasuperficie, a lo ancho y largo de la sección transversal, mediante el empleo deharaganes o de rastrillos.

Extendido del cemento distribuido en sacos

Humedad de mezclado

En los suelos arenosos el contenido de humedad para mezclarlo es generalmenteigual, o ligeramente inferior al óptimo para compactación, mientras en los suelosarcillosos la humedad deberá ser ligeramente superior al óptimo. Si el suelo está muyhúmedo generalmente será necesario airearlo para secarlo antes de distribuir elcemento.




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Construcción del suelocemento

Las operaciones en la construcción del suelocemento dependen del equipo o sistemade mezclado utilizado: sobre la vía o en planta.

• Construcción con mezcladoras sobre la vía

Este procedimiento es el mas generalizado en Venezuela, ya que los equiposempleados son los que dispone cualquier contratista de carreteras. Adicionalmentees conveniente, y generalmente es la opción preferida, la utilización de máquinaspulverizadoras o “estabilizadoras de suelos”.

•• Con mezcladoras de una sola pasada.

Esta modalidad fue empleada en los años 60-70, mediante el empleo de unamáquina con 4 rotores. La nueva generación de estos equipos, que son los que seemplean hoy en día, de mucha mayor potencia que los anteriores, permiten la

operación de mezclado en una sola, o no más de dos pasadas del equipo.Generalmente, al menos en Venezuela, el suelo a ser estabilizado se obtiene de unpréstamo cercano y es transportado y extendido sobre la sub-rasante con el empleode camiones o máquinas para el movimiento de tierras (mototraíllas).

Pulverizadora de una sola pasada Pulverizadora de una sola pasada (modelo de primera generación) (modelo de nueva generación)




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A. Preparación de la superficie

A.1 Conformar la superficie de la subrasante sobre la que será extendida elsuelo a ser estabilizado.

A.2 Transportar el material de préstamo y extenderlo a lo largo y ancho de lasección de trabajo. A.3 Es muy importante recordar la relación de esponjamiento entre suelosuelto y compactado, de modo de que la cantidad de material extendidologre el espesor de proyecto una vez compactado.

A.4 Precompactar el material de préstamo para permitir el paso de losequipos de distribución del cemento y de mezclado y pulverización del suelo.

B. Construcción del Suelocemento

1. Distribución del cemento

La distribución del cemento será a granel, o en sacos, dependiendo de la

disponibilidad de equipos. Es preferible, con el fin de alcanzar rendimientosadecuados al equipo de mezclado, el empleo de distribuidores de cemento.

2. Adición del agua, pulverización y mezclado

El agua de compactación y de hidratación del cemento puede ser añadida por medio de camiones cisterna. Los nuevos equipos de mezclado disponen debombas de agua acopladas al sistema de propulsión de las máquinas,permitiendo así una dosificación sencilla, práctica y muy segura.

En los suelos muy granulares el humedecimiento previo facilita la adhesión del

cemento a las partículas de grava y arena y evita que el material tienda aacumularse en la parte inferior de la mezcladora. La Mezcla del suelo con elcementoen suelos arenosos es más fácil cuando el contenido de humedad estáuno ó dos puntos por debajo del óptimo, aunque suelos muy arenosos o limososy arcillosos pueden mezclarse con uno ó dos puntos por encima.

La mayoría de mezcladoras poseen un rotor pulverizador de alta velocidad quepor lo general hace innecesaria la pulverización previa del suelo, requiriéndoseúnicamente la conformación del sitio. Sin embargo puede darse el caso ensuelos duros que se requiera escarificar y humedecer el suelo previamente paralograr su pulverización.




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Dos modelos diferentes de puntas del tambor pulverizador

El material mezclado queda extendido sobre la vía, listo para su compactación,con la cantidad de cemento y agua que son requeridos para lograr una buenamezcla de suelocemento.

Apariencia de la mezcla después del paso del equipo pulverizador

3. Compactación

Las mezclas de suelo cemento, de acuerdo a la práctica en Venezuela, debenser compactadas al 95% de la densidad del Proctor Modificado (AASHTO T-180). La densidad de comparación debe ser realizada en muestrasrepresentativas de la mezcla tomadas en la vía cuando se vaya a iniciar lacompactación. En caso de que el material tenga agregados granulares

superiores a ¾” de pulgada deberá reemplazarse su peso por uno equivalentedel mismo material comprendido los tamices ¾” y # 4.

La humedad de la mezcla al iniciar la compactación debe ser generalmentesuperior a la óptima para prevenir la pérdida de humedad por evaporación. Encaso de que haya pérdidas deberá reponerse la humedad con riegos ligeros deagua. El equipo de distribución de agua deberá estar en perfecto estado y ser capaz de distribuir el agua uniformemente sobre la superficie.




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El equipo de compactación depende del material empleado. El tipo más comúnes la "pata de cabra” si el material es arcilloso; sin embargo, pueden utilizarseaplanadoras de rodillos metálicos, compactadoras de neumáticos o vibratorias;estos equipos dan muy buenos resultados en suelos granulares no plásticos.Hoy en día se emplean muy comúnmente las vibrocompactadoras.

Compactadora vibratoria autopropulsada

El espesor máximo que se puede compactar en una sola capa depende delequipo empleado, pero generalmente se limita a un máximo de 30 cm.

Cuando se emplean patas de cabra el suelo cemento deberá estar suelto paraque éstas penetren en todo el espesor de la capa; cuando no haya una buenapenetración el suelo deberá ser aflojado con un arado, escarificador,

pulverizadora rotativa o rastra. La compactación final de los suelos por lo generalse termina empleando aplanadoras livianas de neumáticos.

Las mejores compactaciones se logran cuando el suelocemento se compactainmediatamente después de terminado el mezclado. Al procederse en esta formalas densidades se obtienen más rápidamente, hay menor evaporación de agua yel rendimiento aumenta.

4. Terminación

El método de terminación depende del equipo, condiciones de la obra ycaracterísticas del suelo. En todo caso el propósito es el de obtener una basebien compactada, con su superficie de acuerdo con la sección transversal ypendiente longitudinal exigida en el proyecto y donde no existan "planossuperficiales de compactación".

Los "planos superficiales de compactación" son fajas lisas superficialesmarcadas por las ruedas del equipo de compactación, cuchilla de lamotoniveladora o por el equipo de compactación. Estos planos deben ser removidos porque ellos no se adhieren adecuadamente al resto de la capa,pudiendo desprenderse, aflojarse o fracturarse posteriormente. Las fajas deben




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ser escarificadas y humedecidas para remover el plano superficial y obtener unabuena adherencia. Los planos de compactación se eliminan con una rastra dedientes o clavos, o mediante el paso de la cuchilla de la motoniveladora.

Rastra de clavos para eliminación de los planos (escamas) de compactación

5. Curado

El suelo-cemento compactado y terminado debe ser protegido para evitar lapérdida por evaporación de la humedad requerida para la hidratación delcemento.

El procedimiento usualmente recomendado es cubrirlo con un riego de asfaltolíquido ya sea RC-250, ó una emulsión asfáltica, aún cuando también puedeemplearse cualquier otro material que cumpla la misma función, tales como pajao tierra húmeda, o puede recurrirse al procedimiento de riego periódico con uncamión cisterna. El empleo de un riego asfáltico ha mostrado la desventaja, almenos en Venezuela, de que se levanta posteriormente cuando los camionescon mezcla asfáltica circulan sobre su superficie. Lo común en Venezuela, sinembargo, es regar dos o tres veces al día la superficie terminada, y luegorealizar el riego asfáltico. Otros ingenieros prefieren el procedimiento de aplicar el riego asfáltico inmediatamente después de terminar el proceso decompactación y acabado, precedido de un riego de agua para facilitar lapenetración inicial del riego asfáltico.

Cuando se vaya a emplear el riego asfáltico, debe limpiarse previamente lasuperficie del suelocemento, lo cual se hace por medio de una escoba

mecánica, muchas veces complementado por un compresor de aire. Luego sehumedece bien el suelocemento, pero de tal forma que no queden charcos opozos de agua libre sobre la superficie.

En aquellos casos en que debe mantenerse el tránsito por la vía, debe cubrirseel riego asfáltico con arena, para evitar que éste se desprenda por el paso delos vehículos. En Venezuela el procedimiento preferido, en la práctica, es el decolocar obstáculos sobre la calzada para evitar el paso de los vehículos.




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Se recomienda que se evite el tráfico durante los primeros siete (7) días,después de terminado el suelo-cemento, pero con un mínimo de tiempo quepermita obtener al menos un 70-80% de la resistencia de diseño.

Curado con agua y posterior aplicación del riego asfáltico

Tiempos de ejecución:

A continuación se presenta un resumen de los tiempos de ejecución que deben ser controlados durante la construcción de una mezcla de suelocemento:

1. Una vez agregado el cemento, la mezcla no debepermanecer imperturbada por un tiempo mayor de 30 min.

2. La adición de agua se puede realizar en cualquier momento

después de agregado el cemento, pero hasta un tiempomáximo de 3 horas.

3. La compactación debe iniciarse antes de que hayantranscurrido dos (2) horas desde el momento en que seagregó el cemento al suelo.

4. Las operaciones de mezclado, incorporación de aguaadicional, compactación y acabado, deben ser ejecutadasdentro de un lapso máximo de seis (6) horas después deañadido el cemento.




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•• con mezcladoras de múltiples pasadas.

Estos equipos fueron empleados a inicios de los años 60, y su diseño corresponde ala “primera generación” de la construcción de suelocemento.

El proceso es similar al caso de mezcladoras de una sola pasada, pero generalmentese requiere la escarificación previa del suelo, y en algunos casos pulverizado previoporque el equipo por lo general no está diseñado para escarificar. Comúnmente elsuelo se humedece durante la escarificación y pulverización para facilitar lasoperaciones subsiguientes. Una vez escarificado, pulverizado y humedecidouniformemente el suelo se conforma transversal y longitudinalmente y se procede aextender el cemento. En caso de que el equipo distribuidor de cemento produzcacompactación del suelo que dificulte el trabajo de la mezcladora, deberá escarificarseel material con los dientes de una motoniveladora, teniendo cuidado que no seproduzca desplazamiento del cemento. De inmediato se procede al primer mezcladodel suelo con el cemento, luego se añade más agua y se continúa mezclando hastalograr una mezcla uniforme a la humedad deseada.

Terminado éste, el material está listo para la compactación, terminado y curado, y seemplean las mismas técnicas y equipos descritos anteriormente para el caso demáquinas de una sola pasada.

Pulverizadora de primera generación (múltiples pasadas)

MEZCLAS EN PLANTA CENTRAL

Las plantas mezcladoras están constituidas por una unidad de almacenamiento delcemento (silo) y un sistema que permita el proporcionamiento de los agregados y elcemento. La mezcladora en sí es del tipo de paletas. La dosificación del suelo, delcemento y del agua puede hacerse en volumen o en peso.

Las plantas centrales se emplean en obras donde se utilicen materiales procedentes desitios definidos y que no tengan una gran distancia de transporte.Cuando se emplean suelos plásticos no se recomienda el empleo de plantas centrales,




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a menos de que el material sea previamente pulverizado.

Planta fija de mezclado

A continuación se describen brevemente las etapas constructivas de las mezclas enplanta central:

• Suministro a granel para mezcla en plantaEl camión transportador descarga directamente en el silo de almacenamiento enla planta. El número de silos será función de la capacidad de la planta, distanciaal sitio de la planta de cemento, número de camiones de transporte disponibles,etc.

A. Preparación

1. Conformación de la subrasante2. Compactación de la subrasante

B. Elaboración del suelo cemento1. mezcla del suelo cemento y agua en la planta2. Transporte al sitio y distribución de la mezcla3. Compactación4. Terminación5. Curado.

Recomendaciones sobre el proceso de mezclado y compactación:

° El tiempo normal de mezclado es de 30 segundos contados a partir del momento enque todos los materiales están en la mezcladora. El tiempo puede aumentarse en casode que se requiera para obtener una buena mezcla.° El tiempo de transporte de la planta al sitio no debe ser mayor de 30 minutos.° Los camiones empleados deben estar cubiertos con una lona para evitar pérdidas delagua de mezclado por evaporación.° La descarga del material debe hacerse con distribuidoras mecánicas y esrecomendable que se haga a todo lo ancho de la calzada empleando dos distribuidoresdesfasados.




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° No deberá transcurrir más de 25 minutos entre el extendido de una capa y laadyacente.

Terminado la distribución del material mezclado proveniente de la planta, se continúacon las operaciones de compactación, terminado y curado; para lo cual se emplean lasmismas técnicas y equipos descritos anteriormente para el caso de construcción demezclas sobre la vía.

La Junta de Construcción.

Finalizado el tramo construido en el día, debe formarse una junta vertical deconstrucción, cortando el extremo libre del suelocemento terminado. Esta es la últimaoperación que se realiza el día de la construcción, o la primera del día siguiente. Elmaterial que queda a continuación de la junta se prepara para ser utilizado en elpróximo día de trabajo. Una vez mezclado este material, se limpia la junta si esnecesario. El material mezclado y humedecido se lleva con la motoniveladora a la zonade la junta. El material allí colocado se compacta totalmente. En esta etapa de la

construcción la junta se deja ligeramente alta; durante la compactación final se enrasala junta con la motoniveladora y se vuelve a compactar. Cuando el curado se efectúaempleando un material asfáltico, éste se aplica exactamente hata la junta y se distribuyearena en sus cercanías para evitar que se levante por efecto del tránsito.

Las juntas longitudinales entre franjas adyacentes deben ser perfectamenteperpendiculares; generalmente su ejecución se elimina construyendo todo el ancho desección simultáneamente, sin embargo en algunos casos, o cuando se trata desuperficies muy grandes como en aeropuertos, puede transcurrir un tiempo más omenos largo entre la ejecución de una franja y la adyacente.

Cuando las juntas longitudinales se hacen en suelocemento parcialmente endurecido, el

material próximo a la junta es pulverizado con el equipo mezclador. Cuando las juntasse hacen en un suelocemento ya endurecido la junta se corta con las motoniveladoraspara lograr una superficie vertical, pero en caso de que esto perturbe o deteriore elsuelocemento construido, deberá suspenderse el procedimiento y removerse por otrosmedios, tales como sierra mecánica o cortadas a mano con picos. El material extraídodeberá ser desechado. En todo caso deberá cuidarse que el alineamiento de la juntasea lo más perfecto posible.

Con las máquinas pulverizadoras de la nueva generación, la construcción de la junta sesimplifica ya que solo es necesario que la máquina solape un ancho deaproximadamente 5 cm sobre la franja anterior. Al paso de la máquina sobre el sobreancho y sobre la nueva franja, se genera automáticamente una junta longitudinalperfecta.




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Construcción en varias capas.

Cuando el espesor fijado para la base excede del que puede ser perfectamentemezclado, humedecido y compactado en una sola operación con el equipo disponible(generalmente hasta un máximo de 30/35 cms) el suelocemento debe construirse envarias capas. Se recomienda, por otra parte, que por razones constructivas, el espesor mínimo de una capa no sea menor de 15 cm.

Inspección y Control de Calidad en las obras con suelo-cemento

El control de calidad es una etapa fundamental como parte del proceso total delsuelocemento, con el fin de garantizar que el producto final sea adecuado para el usopara el cual ha sido propuesto.

El control de calidad de campo comprende la verificación de los siguientes factores:

1. Verificación de la nivelación de la vía y remoción de las zonas blandas

que existan en la subrasante.2. Clasificación de los suelos empleados para verificar que ellos coincidencon los de proyecto y para determinar la cantidad de cemento necesario.3. Pulverización adecuada y granulometría del material en el momento desu uso final.4. Cantidad del cemento aplicado.5. Humedad correcta de la mezcla.6. Control de la uniformidad de la mezcla7. Determinación del grado de compactación

8. Espesor de la mezcla compactada y tolerancias de acabado desuperficie

9. Curado.Los dos primeros puntos ya son suficientemente conocidos; en cuanto al grado depulverización, en el caso de mezclado sobre la vía, es conveniente señalar lossiguientes comentarios:

• La mayoría de los suelos requiere solo un mínimo de pulverización antes de iniciar elproceso del mezclado del suelo con el cemento. Las arcillas muy plásticas, por elcontrario, requieren un trabajo bien considerable de pulverización. El secreto de lapulverización de suelos arcillosos son: contenido correcto de agua y equipo adecuado.Estos suelos deben ser procesados sobre la vía ya que no logran ser bien pulverizadoscuando se trabajan en planta central.

• Las especificaciones convencionalmente establecen que, al terminar el mezcladohúmedo, el 80% de la mezcla de suelo-cemento pase el tamiz Nº 4 y que el 100% paseel tamiz de una pulgada, exclusive de los fragmentos de grava o piedra que seanretenidos en estos tamices.

• El ensayo de pulverización consiste en tamizar una muestra representativa de lamezcla sobre un tamiz Nº 4. Cualquier fragmento de grava o piedra deben haber sidopreviamente separados de la muestra. Los terrones o grumos de arcilla y la mezcla




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pulverizada se pesan separadamente y se les determina su peso seco. El grado depulverización (Gp) se define por la siguiente relación:

Peso seco de la mezcla pasante el tamiz Nº

Gp = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––– * 100 Peso seco de la muestra total exclusive de los fragmentos de grava y/o piedra

• En muchos casos, por razones de rapidez en la obtención del valor de Gp se empleanlos pesos húmedos en vez de los pesos secos. Este resultado es de suficiente precisióncomo para que se tomen, en caso de ser necesarias, las medidas correctivas que seanprocedentes.

Ejecución en campo de un ensayo de grado de pulverización

• Entre las posibles medidas para mejorar el grado de pulverización se tienen:a. Disminuir la velocidad de desplazamiento del equipo de mezclado

b. Aumentar el número de pases del equipo de mezcladoc. Reemplazar los dientes desgastados de la cámarade mezcladod. Prehumedecer y/o premezclar el suelo antes de la incorporación del cementoe. Incorporar un porcentaje bajo de cal (1 a 2%) para reducir la plasticidad dearcillas muy pesadas, con el fin de mejorar su trabajabilidad

• Debe tomarse en cuenta que suelos muy húmedos son difíciles de mezclar concemento. El contenido de humedad en el momento de aplicación del cemento debe ser igual, o muy cercano, a la humedad óptima. Cualquier exceso de agua debe ser eliminada mediante pulverización previa y secado al aire, y en casos muy extremos, por la adición de cal.

Cantidad de cemento aplicadoa. Mezcla sobre la víaEl cemento se aplica, en las mayoría de los casos, directamente a granel desde elmismo camión cisterna que lo transporta desde la fábrica de cemento. Es necesarioverificar que la cantidad aplicada sea la correcta, lo cual se logra mediante el procesocombinado siguiente:

a.1 Control puntual




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Colocar una lona de superficie conocida—generalmente de un metro cuadrado—delante del distribuidor del cemento. Después de esparcido el cemento se levanta lalona cuidadosamente para evitar pérdida del material y se pesa el material retenidoen la lona. Este valor se compara con el calculado para el momento de la aplicación.La siguiente figura ilustra este procedimiento.

Paso del camión cisterna sobre sitio donde se ha colocado una lona para tomar la muestra

Recuperación de la lona con el cemento descargada sobre ella, para su posterior pesado y comparación del peso recuperado con la cantidad de diseño por m 2 .




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a.2 Control globalSe mide la distancia o área total sobre la cual se aplica la carga del camión cisterna.Como se conoce el peso total de cemento que transporta la cisterna, se compara elpeso realmente colocado por unidad de área con el teórico correspondiente a lacarga del camión

b. Mezcla en planta centralCuando se emplea planta central es necesario que la dosificación del cemento severifique antes de que éste entre en la cámara de mezclado.

b.1 Plantas por pesoLas cantidades correctas de suelo, cemento y agua para cada bache se determinan enel momento de ser pesadas en la balanza, antes de ser descargadas al mezclador. Lagarantía de que la cantidad pesada sea la correcta se logra a través de procesos decalibración de las balanzas y por la supervisión de que el pesador hace su trabajocorrectamente. En las plantas mas modernas el proceso de pesado esta controladoautomáticamente.

b.2 Plantas continuasEstas plantas de dosificación por volumen pueden ser controladas por uno de lossiguientes procedimientos

• La planta se pone en operación alimentando solo el suelo hacia la correatransportadora. La planta se detiene y se determina el peso seco del suelo en unalongitud cualquiera de la correa. Luego se pone en operación la planta peroalimentando solo cemento sobre la correa y se determina igualmente el peso delcemento por unidad de longitud. El alimentador del cemento se ajusta hasta que lacantidad alimentada coincida con la de diseño.Puede ser necesario el calibrar la planta a varias velocidades de operación.Normalmente la calibración se hace diariamente, durante varios días seguidos, al

comenzar un trabajo, y luego se hace solo periódicamente con el fin de verificar queno se ha desajustado la calibración.

• El otro procedimiento, quizá un poco más trabajoso, consiste en alimentar el suelotravés de la planta durante un lapso determinado; el suelo se descarga directamentesobre un camión y se determina el peso por unidad de tiempo. Simultáneamente elcemento se descarga directamente del alimentador hacia otro camión, o haciacualquier recipiente adecuado, y se pesa. La comparación de ambos pesos indicarási la proporción de cemento es la adecuada. En caso de no serlo, se varía lavelocidad de alimentación del cemento hasta que se logre alcanzar la dosificacióndeseada.

Humedad de la mezcla

La cantidad correcta de agua es fundamental para lograr la adecuada compactación dela mezcla y para alcanzar el grado de hidratación requerida para desarrollar suresistencia.La cantidad de agua que se incorpora a la mezcla es normalmente igual al contenidoóptimo, determinado por el ensayo Proctor, más un dos (2) por ciento, con el fin decompensar las pérdidas por evaporación y por la hidratación del cemento seco.La Humedad de las mezclas en campo puede determinarse con métodos rápidos de




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secado como con una cocinilla o quemando la mezcla con alcohol. Se puede tener unaidea del grado de humedad tomando un puñado de la mezcla y aprisionándolo con lamano para formar un terrón. Si la humedad está por encima de la óptima al comprimir elmaterial este deja agua en exceso en las manos. Cuando está muy seca sedesmenuzan no pudiendo moldearse. Cuando la humedad es cercana a la óptima semoldea el terrón y al partirlo en dos partes con muy poco, o ningun grado dedesmenuzado.

Cocinilla de campo para determinación del contenido de humedad

A lo largo de los procesos de compactación y terminación de la superficie puede ocurrir que la mezcla se vuelva seca, tal como lo evidencia por que la superficie se torna de uncolor grisáceo. Si esto llega a ocurrir, se debe aplicar un riego muy ligero de aguamediante un camión cisterna equipado con flauta. La mejor evidencia de que el suelocemento compactado ha logrado su humedad correcta es la de que su superficie estálibre de polvo libre, no presenta grietas, y su apariencia es suave, húmeda y densa.

Control de la uniformidad de la mezcla

Previo a la compactación deberá verificarse que se logrado una mezcla uniforme desuelo pulverizado, cemento y agua. Este un requisito indispensable para conseguir unsuelo-cemento de alta calidad.a. Mezclas sobre la vía

La uniformidad se verifica visualmente, excavando zanjas o una serie de huecos aintervalos regulares. La profundidad de la zanja o huecos debe alcanzar el espesor totalde la mezcla extendida. Se observa entonces el color de la mezcla. Cuando ésta es deun mismo color y textura desde el tope al fondo, la mezcla es uniforme. Una mezcla con

vetas indica que no se ha logrado el mezclado deseado.

El control del espesor de la mezcla suelta se hace simultáneamente con ladeterminación de su uniformidad. Al terminar el proceso de compactación se puedehacer una determinación final, tanto de espesor como de uniformidad, mediante el riegode una solución al 2% de fenoltaleína a lo largo de la cara de un hueco excavado en lacapa. La mezcla de suelo-cemento se tornará de un color rosado-rojizo mientras que elsuelo no tratado o la subrasante mantendrá su coloración original —a menos que seaun suelo rico en calcio—.




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Corte con pala dentro de la mezcla detrás del equipo pulverizador,

para verificación del espesor de corte.Con los equipos de nueva generación se logra un control de espesores muy preciso, gracias a los sistemas electrónicos de control con que están dotados

b. Mezclas en planta

El grado de uniformidad de mezclado se realiza visualmente en el momento de ladescarga de la mezcla hacia los camiones, aún cuando puede también hacerse sobre lamezcla extendida en la misma manera que fue explicada para mezclas en sitio.

El tiempo de mezclado requerido para alcanzar un mezcla íntima de todos losmateriales del suelo-cemento dependerá de la granulometría de los materialesempleados y del tipo de planta empleado, normalmente se establece un tiempo entre 20

y 30 segundos.

Compactación

La humedad óptima y densidad máxima de la mezcla de suelo-cemento empleada parasu control se hace en la obra sobre muestras representativas de la mezcla cuando seva a iniciar la compactación. La densidad de campo varía desde un 95% a un 100% dela densidad máxima seca determinada por el AASHO Estandar (ASTM D-558) oModificado (ASTM D-1557).

La Verificación de densidades de campo se hace por algunos de los sistemasconocidos (cono y arena; balón de goma; densímetro nuclear). La frecuencia de ensayo

dependerá de la producción. Normalmente se establece un mínimo de una muestra por cada 250 m3 de material colocado. La densidad de campo debe determinarse inmediatamente después de que haya concluido el proceso de compactación.

La comparación de la densidad de campo y la densidad de laboratorio indicará lasmodificaciones en el patrón de compactación, o la necesidad de cambiar de equipo decompactación, con el fin de que la mezcla compactada pueda satisfacer los requisitosde calidad impuestos en la vía en construcción.




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Verificación de la densidad de campo (método de cono y arena) y con equipos nucleares

Espesor de la mezcla compactada y tolerancias de acabado de superficie

a. Espesor

El espesor de la mezcla compactada se verifica al momento de ejecutar los ensayos dedensidad de campo, si éstos son ejecutados por el Método del Cono y Arena o por elMétodo del Balón de Goma. En el caso de que las densidades se verifiquen por equiposnucleares será necesario la toma de núcleos para medir el espesor de la capacompactada, o abrir huecos en la mezcla sin compactar, tal como se indicó paraverificar el grado de uniformidad de la mezcla.

La frecuencia en la toma de núcleos depende de la agencia que inspecciona: el Cuerpode Ingenieros recomienda una muestra cada 425 m2 de pavimento; el Departamento deCarreteras de California establece que la distancia entre muestras no debe exceder los300 ml.

Verificación del espesor de capa en el momento de ejecución de un ensayo de cono y arena para determinación del porcentaje de compactación.




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b. Calidad del acabadoCon el fin de lograr una superficie sobre la cual se puedan colocar las mezclasasfálticas, o las losas de concreto, sin afectar los espesores de diseño, es necesarioque la calidad del acabado de la capa de suelo-cemento sea tal que no presentedeformaciones mayores a 10 mm cuando se mida con una regla de canto recto de 3 mde longitud. Esta medición se realiza colocando la regla en un plano perpendicular aleje de la vía, a intervalos de 15 m.Esta limitación se complementa, por otra parte, con el requisito de que no se permitendesviaciones mayores a 15 mm de la rasante de proyecto para la capa de suelo-cemento.

Acabado final de la superficie para eliminar los planos de compactación

Curado

El último elemento a controlar es la calidad en el curado de la capa de suelo-cemento.Este control es muy importante ya que garantiza que el agua de compactación no sepierde por evaporación, afectando así el proceso de la hidratación del cemento y, enconsecuencia, el desarrollo de resistencia.

El curado puede lograrse mediante mediante varios medios: (a) la colocación de pastoo paja; (b) empleo una capa de tierra. Ambas procedimientos exigen que el material quese emplea se mantenga húmedo durante los 3 a 7 días que debe durar el curado; (c) Untercer método es mantener un riego permanente de agua mediante camiones cisternas;(d) también pueden colocarse láminas de plástico; y (e) quizás la manera más común

de lograr el curado, tal como se ha indicado en el Capítulo referente a los procesosconstructivos, es mediante la aplicación de un riego asfáltico. Este método, sinembargo, no debe emplearse sobre una capa que vaya a ser cubierta por otra capa desuelo-cemento.

Lo importante es que el riego de curado se aplique inmediatamente después de haber terminado el rasanteo de la capa, y en una cantidad tal que logre cubrir satisfactoriamente toda la superficie. No debe emplearse asfalto líquido ligado con




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kerosene, sino sólo el RC-250 previamente calentado a las temperaturasrecomendadas para este material (45°C a 60°C). La cantidad empleada debe variar entre 1.0 l/m2 y 2,0 l/m2. Pueden emplearse riegos de emulsión asfáltica en cantidadesde aplicación entre 1.5 l/m2 y 2.5 l/m2.

Curado con agua y posterior aplicación del riego asfáltico




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Estabilización mediante empleo de aceites sulfonados

El aceite sulfonado es un producto derivado de la fracción nafténica del petróleo. Es unlíquido espeso de color negro con una gravedad específica cercana a 1,15; su PH esaproximadamente 1,25 y su viscosidad es ligeramente menor a la del agua. El aceitesulfonado es soluble en agua, a la cual ioniza con extrema rapidez. Cuando se empleaen solución acuosa, es un líquido de alta conductividad.

Acción del aceite sulfonado sobre las partículas del suelo

Las partículas finas de los limos y arcillas, debido a su composición mineralógica, tienenun exceso de iones cargados negativamente, o aniones, por lo cual atraen aquellosiones cargados con signo contrario, como los del agua. Esta atracción de los ionespositivos del agua hacen que ésta se adhiera a las partículas minerales, formando unagua pelicular, la cual drena con mayor facilidad, tanto por gravedad como por evaporación, mejorando en consecuencia, las características del suelo original. Esteproceso se conoce como “estabilización electroquímica”, la cual se logra no de unamanera inmediata, sino a través del tiempo, requiriéndose que transcurran hasta un

mínimo de 60 días para poder registrar cambios en las propiedades del suelo por mediode ensayos de laboratorio.

Por la eliminación electroquímica del agua, que es un proceso irreversible, las partículassedimentan y se orientan de tal manera que se atraen entre sí. De esta manera se lograuna mayor densificación de la masa, que prácticamente elimina la estructura poroso-capilar y la succión de agua por tensión superficial.

Los suelos tratados con aceites sulfonados disminuyen su humedad entre un 30% y un90%, con respecto a la óptima, y se han registrado incrementos en la densidad hasta enun 15%. Se han reportado también aumentos en la resistencia al corte del suelo,medida por el ensayo de CBR, lo que permite una reducción en los espesores de lascapas de material granular a ser colocado sobre el terraplén estabilizado

electroquímicamente.Proceso constructivo de la estabilización con aceites sulfonados

Cuando se desea mejorar las características de resistencia en la capa superficial de unterraplén en construcción, o de un material de sub-base, el aceite sulfonado (A-S)simplemente se añade al agua de compactación, de tal manera que resulte en unadosificación aproximada de 0,03 litros por cada 0,3 m3 de suelo. Luego de mezclado elagua, el suelo y el A-S, el material se compacta empleando el mismo equipo yprocedimiento que se hubiese empleado en el material original.

Una de las ventajas de la estabilización electroquímica, es que puede emplearse paramejorar las características de un terraplén ya construido, sin tener que recurrir a suremoción. Para esto se emplea la técnica de la inyección, la cual es, en forma resumida,

la siguiente: (a) se perfora el terraplén mediante taladro rotativo, a una profundidad de80 cm, (b) mediante un equipo inyector y a una presión de 2000 a 3000 psi (140 a 210kg/cm2), se introduce en el hueco el agua ionizada, a una dosis de 0,1 litro por inyección.

Detalles sobre el diseño de pavimentos y experiencias en el uso de aceite sulfonado envías agrícolas, han sido publicados por Parejo y Escobar(1983) y Escobar (1984).




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Suelo-cal

(Este tema ha sido tomado, con la autorización del Autor, de la publicación: “Guía Geotécnica y Ambiental”, preparada por el Ing. Daniel Salcedo R. para la República

Dominicana en el año 2001).

Objetivos de la estabilización con cal

El uso de la cal en la estabilización de suelos sigue, al igual que el cemento, elpropósito general de esta clase de trabajos, es decir, mejorar las característicasnaturales del suelo de modo que aumente su capacidad para resistir los efectosinducidos por el tránsito (esfuerzo de corte) y los cambios volumétricos en condicionesdiferentes de clima. Existen muchas publicaciones que tratan la estabilización de sueloscon cal. Entre ellas se pueden citar, por ejemplo, Dal-Ré (2001) y Montejo (1998), lascuales sirvieron de referencia para la elaboración de esta sección.

La cal se adapta perfectamente en la mayoría de los casos para lograr resultadospositivos, y su empleo suele ser conveniente por tratarse de un producto de costomoderado, de fácil manejo, así como, en general, de producción fácil y abundante.

La incorporación de cal reduce las características plásticas de los suelos, haciéndolosmás friables y aumentando relativamente su valor soporte, acción que se hademostrado continúa en función del tiempo. Asimismo, la cal reduce la susceptibilidad alagua de los suelos cohesivos, disminuyendo la tendencia al hinchamiento de losmismos.

Uno de los campos donde la cal promete considerables beneficios es en la provisión de“superficies de trabajo” y sub-bases para caminos construidos sobre suelos arcillososmuy plásticos. La lluvia y la acción del tránsito de obra, actuando simultáneamente,pueden convertir un lugar en intransitable, retardando considerablemente el trabajo. Untratamiento con cal inmediatamente después de remover el suelo superficial puede

resolver esta situación. La resistencia adicional conferida al suelo por la cal, tambiénpuede aprovecharse para reducir el espesor de las capas superiores.

La cal puede usarse en combinación con otros materiales estabilizantes, dando lugar asistemas mixtos de estabilización. Por ejemplo, en la estabilización con asfaltos, la calinfluye en corregir las características plásticas de los suelos cohesivos, con lo cual semejora la acción posterior del asfalto.

La incorporación previa de cal puede ser ventajosa en el tratamiento de suelos plásticoscon cemento. La cal reduce la plasticidad, facilita la posterior pulverización del suelo ypor consiguiente el mezclado con el cemento Portland, así como reduce las cantidadesde este material. El costo de la incorporación de cal, se compensa por las ventajasseñaladas.

Materiales usados en la estabilización de suelo-cal

Suelos

En general casi todos los tipos de suelos son susceptibles de estabilizar con cal. Tantolos suelos de granulometría fina (100% pasante el tamiz No. 10) como aquellos másgruesos con algún contenido de fino, pueden mejorar sus características con laincorporación de cal. Suelos altamente granulares, con arcilla activa, cuyas variaciones




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volumétricas con el agua reducen la capacidad portante del mismo, han sidoconsiderablemente mejorados mediante el tratamiento con cal.

Cal

La cal es un producto obtenido de la descomposición de rocas calizas por el calor. Siéstas son puras y se calientan a temperaturas superiores a 900°C, se obtiene lasiguiente reacción:

C03Ca + calor Ca0 + C02 (Ec. 1)

Es decir, el carbonato de calcio se descompone en óxido de calcio y anhídridocarbónico, que se elimina con los productos gaseosos de la combustión.

La cal más empleada es la llamada “cal hidráulica”, la cual procede de la calcinaciónindustrial de rocas calizas con más del 5% de arcilla. Este producto es una cal hidratadasin magnesio, Ca(OH)2, con un porcentaje de óxido cálcico superior al 75%; tambiénpuede utilizarse la cal hidratada dolomítica. La cal hidráulica se envasa en sacos, lo cualfacilita su manejo y transporte; este producto también puede obtenerse comercializadoa granel.

En menor escala se emplean la cal-grasa, la cal magra y la cal viva, el empleo de estaúltima está limitado en razón de los riesgos que presenta su manipuleo, aún cuandotrabajen protegidos por caretas, guantes y petos apropiados.

Influencia de la cal en las características de los suelos

La cal generalmente produce:

•Una disminución en la densidad de los suelos.•

Reducción en la plasticidad.•Aumento en la capacidad soporte y resistencia al corte.•Reducción del hinchamiento.

La acción de la cal suele explicarse como efectuada por tres reacciones básicas:

•La primera es la alteración de la película de agua que rodea los minerales dearcilla.

•El segundo proceso es el de coagulación o floculación de las partículas de suelo;dado que la cantidad de cal ordinariamente empleada en la construcción decarreteras es baja (4 al 10% en peso), resulta en una concentración del ión decalcio mayor que la realmente necesaria.

•El tercer proceso a través del cual la cal afecta el suelo, es su reacción con los

componentes del mismo para formar nuevos productos químicos. Los dosprincipales componentes que reaccionan con la cal son la alúmina y el síliceEsta reacción es prolongada en la acción del tiempo y se manifiesta en unamayor resistencia si las mezclas de suelo-cal son curadas durantedeterminados lapsos de tiempo. Este hecho es conocido como "acciónpuzolánica”.




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El grado al cual la cal reacciona con el suelo, depende de ciertas variables tales comocantidad de cal, clase de suelo y período de tiempo de curado de mezcla suelo-cal.

Influencia de la cal sobre las constantes físicas del suelo

•Límites de plasticidadUna de las funciones más importantes de la cal es que modifica la plasticidad delsuelo en forma bastante apreciable. Para suelos con Indices Plásticos (IP) inferioresa 15, la cal incrementa el Límite Líquido de forma que el IP experimenta un ligeroincremento. Para suelos más plásticos (IP >15) la cal generalmente reduce el LímiteLíquido y aumenta el Límite Plástico, traduciéndose en una disminución apreciabledel Indice Plástico.

•Límite de contracción

Se ha comentado anteriormente que la adición de cal flocula las partículas arcillosas

del suelo transformando su textura elemental; en consecuencia, se observa unamarcada reducción de la contracción lineal y de la relación de contracción. Estosvalores se determinan de acuerdo al ensayo ASTM D-427.

•Influencia sobre la textura elemental

Como es natural, al flocular las partículas de arcilla por la adición de la cal, seproduce una modificación de la textura elemental del suelo. Tal hecho es puesto enevidencia en el análisis mecánico por sedimentación, donde se observa unadisminución de la fracción arcilla, aumentando la proporción de partículas de limo yarena fina, esta última en menor medida.

•Influencia sobre la densidad seca

Si se compacta una mezcla de suelo-cal, se obtiene por lo general una densidadseca menor que la correspondiente al suelo solo, para las mismas condiciones decompactación. Esta disminución puede alcanzar hasta un 5%. La reducción en ladensidad puede explicarse por el efecto de la cal sobre la textura del suelo: enefecto, el hecho que la adición de cal incrementa la resistencia de un suelo mientrasreduce su densidad no debe extrañar. En la mayoría de los suelos, la resistenciageneralmente aumenta con la densidad. Sin embargo, cuando algún agentequímico, tal como la cal, es agregado a un suelo se forma un nuevo material, el cualpuede tener propiedades físicas y químicas enteramente diferentes que el original ypor lo tanto, a su propia densidad máxima puede tener mayor resistencia que elsuelo no tratado, aunque éste se encuentre más densificado.

•Influencia sobre la resistencia de los suelos

Si bien la cal disminuye la densidad de compactación del suelo, no ocurre locontrario con su capacidad resistente. Debe tenerse en cuenta que el inmediatoaumento de resistencia del suelo es causado por los cambios en las películas querodean las partículas de arcilla así como por su modificación de tamaño, por lagranulación de estas partículas.

El curado de las probetas durante cierto período de tiempo produce un aumento deresistencia. También puede observarse un efecto parecido si se aumenta la energíade compactación de las probetas y ensayándolas después de un período de curado.




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El efecto debido a la acción cementante de la cal, no se muestra inmediatamentedespués de compactadas, sino al cabo de haber transcurrido un tiempo desde elmomento en que se ha tenido lugar la iniciación del fraguado.

Los ensayos de Valor Soporte de California (CBR) sobre suelos tratados con cal,

muestran un pronunciado aumento de la resistencia con respecto al CBR de lamuestra sin estabilizar.

El ensayo CBR se hace de acuerdo a la norma usual aplicada (ASTM D-1883),pudiendo introducirse las siguientes variantes.

- VARIANTE A: Mezclar el suelo y la cal húmeda hasta el contenido óptimo ymoldear la probeta enseguida.

- VARIANTE B: Después del mezclado y humedecido del suelo con la cal,dejar la mezcla en reposo durante dos a cuatro horas, en cámara húmeda,después de lo cual se procede al moldeo de las probetas

- VARIANTE C: Extender el periodo de reposo previo a 24 horas, procediendodespués a moldear las probetas.

- VARIANTE D: Dejar la mezcla suelo-cal humedecida al óptimo, durante 7días al aire. Pulverizar la masa, restablecer el contenido de agua ycompactarlas.

- VARIANTE E: Dejar la mezcla suelo-cal en cámara húmeda durante 7 días,agregar la cantidad de agua requerida para alcanzar nuevamente el óptimo,compactar y ensayar según la norma.

En todos estos casos el período de inmersión es el común de 4 días y luego se hacela penetración del pistón.

Las variantes resumidas en los puntos anteriores tratan de reproducir distintassituaciones que pueden ocurrir en la mezcla suelo-cal durante los trabajos en obra,

desde el mezclado hasta la compactación.Determinación del porcentaje óptimo de cal

Es indudable que, desde el punto de vista técnico-económico, la cantidad óptima de calpara estabilizar un suelo es el menor porcentaje capaz de modificar las propiedades delsuelo, hasta el extremo requerido por el destino que habrá de dársele en el proyecto.

La estabilización con cal tiene por lo general dos objetivos:

- Aumentar la resistencia a los esfuerzos normales y tangenciales.- Reducir el hinchamiento.

La comparación de los resultados debe hacerse entre los valores correspondientes alsuelo solo mezclado con diferentes porcentajes de cal. La elección de la cantidadóptima recaerá en el menor porcentaje incorporado al suelo, capaz de conferirle laspropiedades buscadas.

Los criterios de diseño de mezclas de suelo-cal se pueden clasificar en dos grandescategorías. La primera categoría incluye como objetivo la estabilización mediante unareducción del índice de plasticidad, mejoramiento de la trabajabilidad, incrementoinmediato de la resistencia y disminución del potencial expansivo. Los criterios dentrode esta categoría incluyen, entre otros, la no disminución adicional en el índice deplasticidad con un incremento en el porcentaje de cal, una reducción aceptable en el




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índice de plasticidad para los objetivos de la estabilización, y una reducción aceptableen el potencial de expansión.

La segunda categoría de criterios de diseño de mezclas de suelo-cal, tiene comoobjetivo el mejoramiento de la resistencia asociada a las reacciones pozolánicas que

ocurren entre la cal y el suelo. Los diseños en esta categoría típicamente especificanque la mezcla curada de suelo-cal, debe cumplir con un requerimiento mínimo deresistencia especificado, y que el contenido de cal de diseño es el porcentaje queproduce la máxima resistencia para las condiciones de curado establecidas. La mayoríade los criterios de resistencia se expresan en términos de la resistencia a la compresiónsin confinar (ASTM D-1633 y ASTM D-2166). Otros criterios de diseño desarrollados,consideran el pH como un excelente indicador el contenido de cal óptimo.

Los criterios de diseño de mezclas deben ser validados con base en la experiencia decampo y generalmente se desarrollan en función de la localización geográfica ygeológica en particular.

La experiencia internacional recomienda que la resistencia media a la compresión deseis briquetas de 15x30 cm, después de 7 días de curado, alcance un valor mínimo de 8kg/cm2 (Dal-Ré, 2001).

Conviene destacar que la cantidad de cal no debe ser menor al 3% en peso, ni mayor al8%. Un exceso de cal en la mezcla con el suelo, no sólo no lo mejora, sino que lo haceperder calidad, dando lugar a un conjunto excesivamente “graso”.

Aún cuando cualquier tipo de suelo arcilloso puede ser estabilizado con cal, los mejoresresultados se obtienen cuando éste tiene un Índice Plástico entre 17% y 40%, y sugranulometría se encuentra dentro de los siguientes límites:

Tamiz % pasante, en peso

# 40 < 75

# 200 < 35

Una vez seleccionado dicho porcentaje es aconsejable, por razones prácticas,adicionarle un 0.5% al 1% para tener en cuenta los desperdicios, inevitables durante lasoperaciones constructivas.

Ejecución de la estabilización con cal

Se realiza siempre “in situ”, es decir, con mezclado sobre la vía, con estabilizadoras de

múltiples pasadas, con una secuencia de operación similar a la ya descrita para laestabilización con suelo-cemento. Sin embargo, debido a que se emplean generalmentesuelos arcillosos, el desmenuzado o pulverización del suelo, debe realizarse con unahumedad tal que permita que los terrones se deshagan fácilmente, lo que normalmentese logra cuando el contenido de agua se aproxima al punto medio del contenido dehumedad entre el Límite Plástico y el Límite de Contracción (punto medio del “estadoblando” de un suelo). La foto de la Figura VI-37, muestra el proceso de distribución decal en una obra donde se utilizaron "marcos" para garantizar la correcta distribución de




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la cantidad de cal por metro cuadrado. Generalmente el procedimiento más utilizadocontempla el extendido de la cal con rastrillos.

Cuando se trata de estabilizar suelos arcillosos, la compactación debe ser preferiblemente ejecutada con rodillos “pata de cabra”, terminándose con rodillos de

cauchos lisos pesados. El uso de compactadores vibratorios en ciertos suelos espermitido, previa comprobación de su efectividad con pruebas de campo. El control dela densidad y la humedad en campo, se realiza igualmente que para las bases y sub-base granulares, o bases estabilizadas con cemento, mediante el cono de arena o condensímetro nuclear.

Las fotos (1) al (12) de la Figura 10, muestran la secuencia constructiva de unaestabilización con cal de una base en un camino vecinal de República Dominicana.

En la ejecución de la estabilización con cal, a diferencia con la de suelo y cemento, noexiste un límite de tiempo tan reducido (dos horas) para finalizar los trabajos decompactación desde el inicio del fraguado, pues tales tareas pueden finalizarse dentrode las 24 horas siguientes a la mezcla de suelo, cal y agua, lo que facilita su ejecución.

Figura 9. Proceso de distribución de cal, utilizando marcos para la correcta distribución de la misma.




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(1) (2)

(3)(4)

Figura 10. Secuencia constructiva de estabilización con cal. (1) Colocación de las fundas de cal con el espaciamiento calculado, sobre la superficie de la franja a estabilizar. (2) y (3)Proceso de apertura y vaciado de la cal. (4) Brigada en proceso de distribución de la cal,utilizando escobillones. (Fotos cortesía del Dr. M. Gómez-Achécar.




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(5) (6)

(7) (8)

Figura 10 (continuación). (5) Inicio de escarificación de 10 cm en el ancho de franja, en este caso 3.5 m. (6) Riego de agua sobre la franja escarificada. (7) Mezclado de los primeros 10 cm de espesor. (8) Retiro hacia el otro lado de la franja del material mezclado (10 cm), y escarificación de los 10 cm restantes para completar una capa de 20 cm de espesor. (Fotos cortesía del Dr. M. Gómez-Achécar).




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(9) (10)

(11) (12)

Figura 10 (continuación). (9) Regado de agua sobre los 10 cm siguientes. (10) Mezclado de los primeros 10 cm y los restantes, proceso que va incorporando el material colocado encima de la otra franja. (11) Conformación y reperfilamiento de la franja estabilizada. (12) Compactación de la franja. (Fotos cortesía del Dr. M. Gómez-Achécar).




Índice

Edición de octubre de 2004



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Apuntes de Pavimentos Volumen 1. Edición Octubre 2004. (Revisión Octubre 2006)

In memorian Presentación

Índice de Capítulos

Capítulo 1Introducción y conceptos básicos

Definiciones y conceptos básicos 1-1Tipos de pavimentos 1-3 Unidades de diseño 1-7 Factores que influyen en el diseño de un pavimento 1-9 Conceptos estructurales básicos en los pavimentos Flexibles 1-9 Esfuerzos en los pavimentos flexibles 1-11Tipos de fallas en los pavimentos 1-12

El proceso y las estrategias de diseño 1-14 La red vial nacional 1-18

Capítulo 2 Obtención y manejo de la información de tránsito para el diseño de pavimentos

Características del tránsito (Definiciones y conceptos básicos) 2-1Obtención de los valores de tránsito para el diseño de pavimentos 2-5 Lapso de medición de volúmenes de tránsito 2-15 Peso total y peso por eje de los vehículos de carga 2-16

Utilización de la información de tránsito para el diseño de pavimentos 2-19 Determinación del efecto de las cargas transmitidas por los diferentes tipos de ejes sobre un pavimento flexible 2-22 Metodología para el cálculo del número de cargas equivalentes (Ree o w t18 ) para el diseño de pavimentos 2-26 Estimación del Factor Camión para el caso en que no pueden pesarse los camiones 2-31Número de días por año en que las variables de tránsito son aplicables 2-33 La variable tránsito en el Método AASHTO-2002 2-36

Capítulo 3 El material de sub-rasante y el ensayo CBR

Sub-rasantes 3-1Ensayo de Soporte California (CBR) 3-2 Importancia de la sobrecarga 3-7 La necesidad de la saturación 3-11Ecuaciones de correlación cuando no pueden ejecutarse los ensayos de CBR de laboratorio en cada una de las



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condiciones deseadas de humedad 3-12 Selección del CBR en una Unidad de Diseño (criterio del percentil de diseño) 3-12 Selección del CBR en una Unidad de Diseño (criterio de AASHTO-93) 3-15 Módulo Resiliente (MR) 3-15

Procedimiento resumido del ensayo triaxial dinámico 3-16 Ecuaciones de corrlación CBR-MR 3-19 Tipos de materiales a ser empleados como sub-rasantes o sub-rasante mejoradas 3-21Establecimiento de las Unidades de Diseño a lo largo de una carretera 3-22 Planilla de ensayo CBR en muestra saturada 3-27 Planilla de ensayo CBR en muestra húmeda 3-28 Uso de geosintéticos para el mejoramiento de sub-rasantes 3-29

Capítulo 4

Sub-bases y bases de materiales granulares no tratados Bases y sub-bases granulares 4-1Tipos de materiales para capas de sub-base 4-3 Tipos de materiales para capas de base 4-7 Especificaciones COVENIN para bases granulares 4-15 Combinación de agregados 4-17 Módulo de Elasticidad en las sub-bases granulares 4-26 Módulos de Elasticidad en las bases granulares 4-27 Ecuaciones de correlación entre el CBR y el MR en materiales granulares 4-28 Especificaciones de uso de materiales granulares no estabilizados en función del CBR e hinchamiento 4-28

Capítulo 5 Estabilización de suelos y mezclas de suelocemento

Introducción 5-1Estabilización con cemento 5-2 Diseño de mezclas de suelocemento 5-3 Método general de dosificación (PCA) 5-4 Método simplificado de dosificación (PCA) 5-4 Método de dosificación por la AASHTO 5-15 Diseño aproximado cuando no se puede ejecutar ningún tipo de ensayos 5-17 Requisitos mínimos que deben satisfacer las mezclas

de suelocemento de acuerdo a las normas venezolanas 5-17 Construcción de mezclas de suelocemento 5-18 Inspección y control de calidad en las obras de suelocemento 5-29 Estabilización mediante empleo de aceites sulfonados 5-38 Suelocal 5-39

Índice (i)

volumen1(octubre2006)

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