Diseño Pavimento (autoguardado).docx

FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL DIESEÑO DE PAVIMENTOS AUTOPISTA PIMENTELCHICLAYO TRAMO KM 6+967.37 (LOCALIDAD LA GARITA) AL KM 9.940 (INTERCAMBIO VIAL TRÉBOL)

Autor(es):

Docente de la Asignatura: Línea de Investigación: Ingeniería de Procesos: Ingeniería Vial y de Transportes

Pimentel – Perú Año 2017 ÍNDICE

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 1.

REALIDAD PROBLEMÁTICA................................................................................................... 4 1.1.

Al nivel de Europa. ...................................................................................................... 4

1.2.

Al nivel de América. .................................................................................................... 4

1.3.

Al nivel nacional - Perú............................................................................................... 5

1.4.

Al nivel local. ............................................................................................................... 6

2.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA........................................................................................... 6

3.

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA .......................................................................................... 6

4.

OBJETIVOS............................................................................................................................. 7

5.

ANTECEDENTES DE ESTUDIO ................................................................................................ 7 5.1.

6.

Tesis. ............................................................................................................................ 7

TEORÍA ................................................................................................................................ 10 6.1.

7.

Métodos de AASTHO................................................................................................. 10

6.1.1.

PAVIMENTOS RÍGIDOS ....................................................................................... 10

6.1.2.

TIPOS DE PAVIMENTO DE CONCRETO ............................................................... 11

6.1.3.

JUNTAS ................................................................................................................ 14

6.1.4.

SELLOS ................................................................................................................. 16

6.1.5.

FACTORES DE DISEÑO ......................................................................................... 19

BASES CONCEPTUALES ....................................................................................................... 21 7.1.

Diseño de Pavimentos Rígidos .................................................................................. 21

7.2.

Diseño Pavimentos Flexibles. ................................................................................... 22

7.3.

Pavimentos de Tránsitos ........................................................................................... 22

7.4.

Pavimentos para Bajo Volumen de Tránsito ............................................................ 23

8.

HIPÓTESIS............................................................................................................................ 23

9.

VARIABLES .......................................................................................................................... 24 9.1.

El tránsito .................................................................................................................. 24

9.2.

Suelo de subrasante. ................................................................................................. 24

10.

MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS...................................................................... 25

11.

TIPO Y DISEÑO ............................................................................................................... 27

12.

Referencias .................................................................................................................... 28

Lista de Figuras. pág. 2

.

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura

1: Esquema del Comportamiento de pavimentos. ........................................................ 10 2: Pavimento de concreto simple sin pasadores ............................................................. 12 3: Pavimento de concreto simple con pasadores ........................................................... 13 4: Pavimento de concreto reforzado............................................................................... 14 5: Pavimento con refuerzo continuo ............................................................................... 14 6: Tipos de juntas de contracción.................................................................................... 15 7: Tipos de juntas de construcción .................................................................................. 16 8: Tipos de juntas de expansión ...................................................................................... 16 9: Tipos de selladores ...................................................................................................... 19 10: Capas del pavimento rígido. ...................................................................................... 21 11: Estructura multicapa de un pavimento flexible. ....................................................... 26

Lista de tablas. Tabla 1: Numero de Ejes Equivalentes. ....................................................................................... 24 Tabla 2: valor percentil para diseño de subrasante, de acuerdo al nivel de tránsito. ................ 25 Tabla 3: Factor de correlación. .................................................................................................... 25 Tabla 4: resumen de calidad soporte de la subrasante - determinación Mr .............................. 25

pág. 3

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 1. REALIDAD PROBLEMÁTICA. En las realidades problemáticas de describirán en los diferentes sitios nacionales e internacionales.

1.1.

Al nivel de Europa. Esta prueba de campo fue realizada durante los años 1957 y 1958 en 3 km de la Autopista Nº 36 en Alemania Federal. El pavimento estaba constituido por losas de concreto armado, o por mezclas de concreto asfáltico, construidas ambas alternativas, sobre bases de suelo-cemento. El material de fundación consistió en una mezcla de grava y arena de 150 cm de espesor. Las cargas fueron aplicadas a través de vehículos semitrailers de 24 y 32 ton de carga total. Los objetivos de esta prueba eran similares a los de las pruebas anteriores, con los resultados siguientes: a) Marcado efecto de las cargas sobre ejes simples sobre el pavimento, al compararlas con cargas totales sobre ejes dobles. b) Se comprueba el efecto de la temperatura en la aparición de grietas en los pavimentos de concreto. (Corredor , s.f.) Loa Adoquines de Arcilla se comenzaron a construir en Alemania y Países Bajos a principios del siglo XIX; son unidades resistentes al desgaste para peatones, y los de piedra, se utilizaron para vehículos con herraduras y llantas metálicas, por lo que soportaban alta resistencia al desgaste. Para el uso de llantas de caucho se utilizó adoquines de arcilla en las vías por ser menos costoso que los adoquines de piedra. (Oliva , 2005)

1.2.

Al nivel de América. El valor soporte del suelo es fundamental para el correcto diseño del pavimento. En Venezuela los suelos de subrasante son en su mayoría suelos finos de bajo valor soporte, generalmente caracterizados por su valor CBR, el cual varía en función del contenido de humedad del suelo y nivel de compactación. (Jugo, 2010) pág. 4

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA En Colombia los métodos de diseño para los pavimentos de concreto más utilizados son los propuestos por la AASHTO en 1993 y la PCA en 1984. Ambos métodos tienen características distintas y los espesores calculados con ellos, para condiciones similares, pueden ser diferentes, pese a lo anterior, se siguieron las recomendaciones de los dos métodos para la elaboración de las cartas de diseño que se proponen en el catálogo de estructuras. Dado que los parámetros de calificación del estado superficial del pavimento no se contemplan específicamente en las metodologías de diseño, se espera que al final de su construcción se cumpla con todos los requerimientos exigidos para el recibo de las obras contemplados en los términos de referencia de los contratos. (Alvares , 2008)

1.3.

Al nivel nacional - Perú Para la reformulación del estudio definitivo de la carretera LlaveMazocruz, Tramo llave

San Antonio de Checa, se ha diseñado la

estructura del pavimento en base a las características de los materiales existente s en la zona, así como los resultados de los estados superficial y estructuras de la superficie existente. Las estructuras de pavimento existente comprenden un tramo de 8km en la que ha efectuado en los que ha efectuado una imprimación reforzada en el afirmado existente. La estructura de pavimento existente no presenta un revestimiento asfaltico que aporta

estructuralmente al

pavimento. (Rios , 2012) Actualmente, el deterioro de la capa de rodadura de la avenida Mártir Olaya afecta directamente las familias que viven allí, ya que contribuye a aumentar los índices de contaminación ambiental, dañan el patrimonio público y privado, y dificultan el desplazamiento normal de las personas y vehículos. A su vez, dicho deterioro origina mayores costos operativos de los vehículos, pérdidas de tiempo de viaje de los peatones y aislamiento con los centros industriales, de servicio y comercio. (sarmiento Soto & Arias Choque , 2015) pág. 5

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 1.4.

Al nivel local. Para el estudio definitivo de la construcción de la utopista Pimentel – Chiclayo se han diseñado las distintas capas de pavimento y los espesores, en base a las características de los materiales existentes, ala trafico previsto, a la capacidad soporte de la vía a las condiciones ambientales de la zona de tal forma que el pavimento mantenga un índice de servicio aceptable durante la vida estimada. Por tal fin los métodos de diseño que se aplican en el proyecto son: la AASHTO versión 1993 y la ASPHALT instituto versión 1991en donde analizaremos las cargas aplicadas de tráfico, se analizara la capacidad soporte de la subrasante, y a manera de verificar las alternativas de diseño se ha comparado la estructura del pavimento diseñada con el método analítico tomado en cuenta criterios de falla con la subrasante y en la carpeta asfáltica. (Comunicacion, 2011)

2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Determinar diseño del pavimento autopista Pimentel - Chiclayo en tramo km 6+967.37 al km 9+940 en un periodo de tiempo durante 10 años.

3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA La construcción de pavimentos con adoquines de concreto aplicando las técnicas y diseños manuales de forma parcial, lo que lleva a obtener resultados sin el éxito esperado, debido en parte a la no-aplicación de las técnicas en forma adecuada. Proporcionar recomendaciones para el diseño geométrico de los pavimentos con adoquines de concreto que determinarán los niveles y perfiles, los sistemas y las estructuras de drenaje, el confinamiento y el patrón de colocación, su mantenimiento y detalles constructivos. Especificar las causas de los resultados es difícil, pues algunas veces el diseño estructural del pavimento es el adecuado, realizado de forma manual, pero la calidad del adoquín es deficiente, o por el contrario la calidad es buena, pero los pág. 6

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA vicios en el proceso constructivo hacen que los resultados no sean satisfactorios, esto se origina por la poca experiencia, así como la falta de conocimiento de los profesionales en el área de pavimentos con adoquines de concreto; por lo que al no existir hasta el momento un proceso lógico de seguimiento en nuestro país de los métodos de diseño estructural para pavimentos con adoquines de concreto y sus respectivas especificaciones se hace necesario la creación de un programa computacional para poder realizar su automatización, y proporcionar sus respectivas especificaciones, para lograr su óptima servicialidad y durabilidad. (Oliva , 2005)

4. OBJETIVOS Realizar el Diseño de Pavimentos Autopista Pimentel-Chiclayo Tramo Km 6+967.37 (Localidad La Garita) Al Km 9.940 (Intercambio Vial Trébol).

5. ANTECEDENTES DE ESTUDIO 5.1. Tesis. Sarmiento, Juan y Arias, Tony (Marzo 2015) “ANÁLISIS Y DISEÑO VIAL DE LA AVENIDA MARTIR OLAYA UBICADA EN EL DISTRITO DE LURÍN DEL DEPARTAMENTO DE LIMA” Objetivos: El principal objetivo de este proyecto es realizar un análisis y diseño de pavimentos de la avenida Mártir Olaya con la finalidad de adaptar la superficie de rodadura a los requerimientos de tráfico pesado y garantizar una mejor seguridad vial a los usuarios, para que de esta manera la vía se constituya como la principal avenida que conecta la Antigua Carretera Panamericana Sur con la Urb. Fundo Paso Chico, Urb. La Estancia de Lurín, Urb. Las Praderas de Lurín, la Quebrada de Pucara, C.P. Huarangal y otros poblados. Método: En primer lugar, un sistema de calificación del pavimento fue desarrollado como parte de la prueba de manejo. En segundo lugar, a un amplio panel de usuarios de carretera se les pidió que condujeran a través pág. 7

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA de una variedad de caminos diferentes e indicar su opinión de las condiciones en una escala entre 0 (mala) a 5 (excelente). El promedio de calificación obtenida por cada camino se llama “Present Serviceability Rating" o PSR por sus siglas en ingles. Esto se correlaciona luego con mediciones objetivas de la rugosidad, ahuellamiento, formación de grietas y parches, de los cuales la rugosidad fue el factor dominante. Conclusiones: La presente tesis representa una propuesta del diseño estructural y asfaltico del pavimento necesario para la Avenida Mártir Olaya, sin embargo el alcance desarrollado es fundamental para cualquier ampliación del estudio como un diseño geométrico que se complementaría con la data obtenida para la conclusión de un proyecto de Construcción.

Olcedo, Manuel (Abril 2014) “DISEÑO DE LOS PAVIMENTOS DE LA NUEVA CARRETERA PANAMERICANA NORTE EN EL TRAMO DE HUACHO A PATIVILCA (KM 188 A 189)”

Objetivos: El objetivo de esta tesis consiste en realizar el diseño del pavimento de un kilómetro de la nueva carretera Panamericana Norte. Alcance: Se diseñará dicho pavimento considerando dos tipos: flexible y rígido. Metodología: El pavimento flexible se diseñará mediante la metodología de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) y la del Instituto del Asfalto (IA) para luego comparar ambos resultados y escoger la mejor opción. El pavimento rígido será diseñado también mediante dos metodologías: la de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) y la de la Portland Cement Association (PCA) para luego comparar ambos resultados y escoger la mejor opción. Una vez obtenidos los diseños tanto del pavimento flexible como del rígido se realizará un análisis económico comparativo entre las pág. 8

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA dos opciones elegidas con el fin de encontrar la estructura óptima del pavimento. Conclusiones: Entre todas las opciones posibles, aquella que está compuesta por 10 cm de carpeta asfáltica, 40 cm de base y 45 cm de subbase es la mejor para el pavimento flexible. La opción para pavimento rígido elegida es la conformada por 30 cm de losa de concreto y 15 cm de base. Gómez, Vallejos (Setiembre 2014) “DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO FLEXIBLE PARA EL ANILLO VIAL DEL ÓVALO GRAU – TRUJILLO - LA LIBERTAD” Objetivo: Determinar la estructura del pavimento flexible para el anillo vial del Óvalo Grau – Trujillo – La Libertad. Metodología: El método más adecuado para este tipo de investigación es el descriptivo, en esencia se trata de determinar los procedimientos más apropiados para la caracterización de los parámetros de diseño de los materiales existentes en el anillo vial del Óvalo Grau – Trujillo, modo que posteriormente se pueda determinar de forma adecuada, y basado en un procedimiento también debidamente fundamentado la estructura del pavimento flexible del tramo

en estudio. Las fuentes de información

principales serán los estudios de campo y de laboratorio pertinentes. Conclusiones: El conteo del tráfico se tomó en 7 días calendarios y tomó como periodo de diseño 20 años, lo cual nos dio como resultado un ESAL de 8.02 x 10ᶺ6 y esto es factible ya que se tomó en cuenta el factor de crecimiento real. El Estudio de Mecánica de Suelos se realizó haciendo calicatas, por la similitud que se encontró en las muestras extraídas lo cual nos dio como material predominante una Arena Arcillosa y Arcilla de mediana plasticidad

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA el cual nos dio como resultado un CBR de Diseño de 8.20 %, este valor es relativamente bajo por el alto porcentaje de finos que se tiene en la muestra.

6. TEORÍA 6.1. Métodos de AASTHO 6.1.1.

PAVIMENTOS RÍGIDOS

DEFINICIÓN Un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste básicamente en una losa de concreto simple o armado, apoyada directamente sobre una base o subbase. La losa, debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, absorbe gran parte de los esfuerzos que se ejercen sobre el pavimento lo que produce una buena distribución de las cargas de rueda, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante. Todo lo contrario sucede en los pavimentos flexibles, que al tener menor rigidez, transmiten los esfuerzos hacia las capas inferiores lo cual trae como consecuencia mayor tensiones en la subrasante, como se pude apreciar en la figura 1.

Figura 1: Esquema del Comportamiento de pavimentos.

Los elementos que conforman un pavimento rígido son: subrasante, subbase y la losa de concreto. A continuación se hará una breve descripción de cada uno de los elementos que conforman el pavimento rígido.

a) Subrasante La subrasante es el soporte natural, preparado y compactado, en la cual se puede construir un pavimento. La función de la subrasante es dar un apoyo razonablemente uniforme, sin cambios bruscos en el pág. 10

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA valor soporte, es decir, mucho más importante es que la subrasante brinde un apoyo estable a que tenga una alta capacidad de soporte. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado con la expansión de suelos. b) Subbase La capa de subbase es la porción de la estructura del pavimento rígido, que se encuentra entre la subrasante y la losa rígida. Consiste de una o más capas compactas de material granular o estabilizado; la función principal de la subbase es prevenir el bombeo de los suelos de granos finos. La subbase es obligatoria cuando la combinación de suelos, agua, y tráfico pueden generar el bombeo. Tales condiciones se presentan con frecuencia en el diseño de pavimentos para vías principales y de tránsito pesado. Entre otras funciones que debe cumplir son:  Proporcionar uniformidad, estabilidad y soporte uniforme.  Incrementar el módulo (K) de reacción de la subrasante.  Minimizar los efectos dañinos de la acción de las heladas.  Proveer drenaje cuando sea necesario.  Proporcionar una plataforma de trabajo para los equipos de construcción. c) Losa La losa es de concreto de cemento Portland. El factor mínimo de cemento debe determinarse en base a ensayos de laboratorio y por experiencia previas de resistencia y durabilidad. Se deberá usar concreto con aire incorporado donde sea necesario proporcionar resistencia al deterioro superficial debido al hielo-deshielo, a las sales o para mejorar la trabajabilidad de la mezcla.

6.1.2.

TIPOS DE PAVIMENTO DE CONCRETO

Los diversos tipos de pavimentos de concreto pueden ser clasificados, en orden de menor a mayor costo inicial, de la siguiente manera:

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA  Pavimentos de concreto simple.  Sin pasadores.  Con pasadores.  Pavimentos de concreto reforzado con juntas  Pavimentos de concreto con refuerzo continuo.

a) Pavimentos de concreto simple

a.1.) Sin pasadores (figura 2) Son pavimentos que no presentan refuerzo de acero ni elementos para transferencia de cargas, ésta se logra a través de la trabazón (interlock) de los agregados entre las caras agrietadas debajo de las juntas aserradas o formadas. Para que esta transferencia sea efectiva, es necesario que se use un espaciamiento corto entre juntas. Están constituidos por losas de dimensiones relativamente pequeñas, en general menores de 6 m de largo y 3.5 m de ancho. Los espesores varían de acuerdo al uso previsto. Por ejemplo para calles de urbanizaciones residenciales, éstos varían entre 10 y 15 cm, en las denominadas colectoras entre 15 y 17 cm. En carreteras se obtienen espesores de 16 cm. En aeropistas y autopistas 20 cm o más. Este tipo de pavimento es aplicable en caso de tráfico ligero y clima templado y generalmente se apoyan directamente sobre la subrasante.

Figura 2: Pavimento de concreto simple sin pasadores

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA a.2) Con pasadores (figura 3) Los pasadores (dowels) son pequeñas barras de acero liso, que se colocan en la sección transversal del pavimento, en las juntas de contracción. Su función estructural es transmitir las cargas de una losa a la losa contigua, mejorando así las condiciones de deformación en las juntas. De esta manera, se evitan los dislocamientos verticales diferenciales (escalonamientos). Según la Asociación de Cemento Portland (PCA, por sus siglas en ingles), este tipo de pavimento es recomendable para tráfico diario que exceda los 500 ESALS (ejes simples equivalentes), con espesores de 15 cm o más.

Figura 3: Pavimento de concreto simple con pasadores

b) Pavimentos de concreto reforzado con juntas (figura 4) Los pavimentos reforzados con juntas contienen además del refuerzo, pasadores para la transferencia de carga en las juntas de contracción. Este refuerzo puede ser en forma de mallas de barras de acero o acero electro soldado. El objetivo de la armadura es mantener las grietas que pueden llegar a formarse bien unidas, con el fin de permitir una buena transferencia de cargas y de esta manera conseguir que el pavimento se comporte como una unidad estructural.

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA

Figura 4: Pavimento de concreto reforzado

c) Pavimentos de concreto con refuerzo continuo (figura 5) A diferencia de los pavimentos de concreto reforzado con juntas, éstos se construyen sin juntas de contracción, debido a que el refuerzo asume todas las deformaciones, específicamente las de temperatura. El refuerzo principal es el acero longitudinal, el cual se coloca a lo largo de toda la longitud del pavimento. El refuerzo transversal puede no ser requerido para este tipo de pavimentos.

Figura 5: Pavimento con refuerzo continuo

6.1.3.

JUNTAS La función de las juntas consiste en mantener las tensiones de la losa provocadas por la contracción y expansión del pavimento dentro de los valores admisibles del concreto; o disipar tensiones debidas a agrietamientos inducidos debajo de las mismas losas. Son muy importantes para garantizar la duración de la estructura, siendo una de las pautas para calificar la bondad de un pavimento. Por otro lado, deben ser rellenadas con materiales apropiados, pág. 14

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA utilizando técnicas constructivas específicas. En consecuencia, la conservación y oportuna reparación de las fallas en las juntas son decisivas para la vida útil de un pavimento. De acuerdo a su ubicación respecto de la dirección principal o eje del pavimento, se denominan como longitudinales y transversales. Según la función que cumplen se les denomina de contracción, articulación, construcción expansión y aislamiento. Según la forma, se les denomina, rectas, machimbradas y acanaladas.

6.1.3.1. JUNTAS DE CONTRACCIÓN Su objetivo es inducir en forma ordenada la ubicación del agrietamiento del pavimento causada por la contracción (retracción) por secado y/o por temperatura del concreto. Se emplea para reducir la tensión causada por la curvatura y el alabeo de losas. Los pasadores se pueden usar en las juntas de contracción para la transferencia de cargas, bajo ciertas condiciones. Sin embargo, se espera que la transferencia de cargas se logre mediante la trabazón entre los agregados. En la figura 6 se observan los diferentes tipos de juntas de contracción

Figura 6: Tipos de juntas de contracción

6.1.3.2. JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN Las juntas de construcción separan construcciones contiguas colocadas en diferentes momentos, tales como la colocación al final del día o entre fajas de pavimentación. La transferencia de cargas se logra mediante el empleo de pasadores. Pueden ser pág. 15

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA transversales o longitudinales. En la figura 7 se observan los diferentes tipos de juntas de construcción.

Figura 7: Tipos de juntas de construcción

6.1.3.3. JUNTAS DE EXPANSIÓN O AISLACIÓN Se usan para aislar pavimentos que se interceptan con la finalidad de disminuir los esfuerzos de compresión en éstos, cuando se expanden por el aumento de temperatura. También se utilizan para aislar estructuras existentes. En la figura 8 se muestran los diferentes tipos de juntas de expansión.

Figura 8: Tipos de juntas de expansión

6.1.4.

SELLOS La función principal de un sellador de juntas es minimizar la infiltración de agua a la estructura del pavimento y evitar la intrusión de materiales incompresibles dentro de las juntas que pueden causar la rotura de éstas (descascaramientos). pág. 16

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA En la selección del sello se debe considerar su vida útil esperada, el tipo se sello, tipo de junta, datos climáticos y el costo de control de tránsito en cada aplicación del sello, en todo el período económico de análisis. El tipo de junta es muy influyente en la selección del material de sello. Las juntas longitudinales entre pistas o en la unión berma-losa no generan las mismas tensiones sobre el sello que ejercen las juntas transversales, debido a que sus movimientos son considerablemente menores. Se podría optimizar enormemente el costo del proyecto considerando esto en la selección del sello. Todo material de sellos de juntas de pavimentos de concreto, deben cumplir con las siguientes características: Impermeabilidad Deformabilidad Resiliencia Adherencia Resistencia Estable Durable Finalmente, el sellado se hará antes de la entrega al tránsito y previa limpieza de la junta, con la finalidad de asegurar un servicio a largo plazo del sellador. Los siguientes puntos son esenciales para las tareas de sellado:  Inmediatamente antes de sellar, se deben limpiar las juntas en forma integral para librarlas de todo resto de lechada de cemento, compuesto de curado y demás materiales extraños.  Parta limpiar la junta, se puede usar arenado, cepillo de alambre, chorro de agua o alguna combinación de estas herramientas. Las caras de la junta se pueden imprimar inmediatamente después de la limpieza.  Es necesario usar el soplado con aire como paso final de la limpieza.  Cabe mencionar que la limpieza solo se hará | sobre la cara donde se adherirá el sellador. pág. 17

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 6.1.4.1.

SELLOS LÍQUIDOS

La performance a largo plazo de este tipo de sello, depende de su capacidad de adhesión con la cara de la junta. Los sellos líquidos pueden ser de asfalto, caucho colocado en caliente, compuesto elastoméricos, siliconas y polímeros. Los materiales son colocados en las juntas en forma líquida, permitiéndoseles fraguar. Cuando se instalan los sellos líquidos es necesario el uso de un cordón o varilla de respaldo, la cual no debe adherirse ni al concreto ni al sellador ya que si esto sucede se induce tensión en el mismo. También ayuda a definir el factor de forma y a optimizar la cantidad de sello a usar. El diámetro del cordón debe ser 25 % más grande que el ancho del reservorio para asegurar un ajuste hermético. El factor de forma (relación ancho/profundidad) del sellador es una consideración muy importante a tener en cuenta, ya que si éste no es el adecuado, se pueden generar esfuerzos excesivos dentro del sello que acorta la vida útil de éste. Un sellador con un factor de forma inferior a uno desarrolla menos esfuerzos que un sellador con un factor de forma mayor a uno.

6.1.4.2.

SELLOS ELASTOMÉRICOS PREFORMADOS

La performance a largo plazo de este tipo de sello, depende de su capacidad de recuperación a la compresión. Son sellos de neopreno extruido que tienen redes internas que ejercen una fuerza hacia fuera contra las caras de la junta. A diferencia de los sellos líquidos que experimentan esfuerzos de compresión y tensión, los sellos preformados solo se diseñan para esfuerzos de tensión. La profundidad y ancho del reservorio dependen de la cantidad de movimiento esperado en la junta. Como regla general, la profundidad del reservorio debe exceder la profundidad del sello preformado. Los reservorios de sellador por compresión están conformados para proporcionar un promedio de compresión del sellador de un 25 % en todo momento. En la figura 9 se observan los diferentes tipos de selladores. pág. 18

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA

Figura 9: Tipos de selladores

6.1.5.

FACTORES DE DISEÑO El diseño del pavimento rígido involucra el análisis de diversos factores: tráfico, drenaje, clima, características de los suelos, capacidad de transferencia de carga, nivel de serviciabilidad deseado, y el grado de confiabilidad al que se desea efectuar el diseño acorde con el grado de importancia de la carretera. Todos estos factores son necesarios para predecir un comportamiento confiable de la estructura del pavimento y evitar que el daño del pavimento alcance el nivel de colapso durante su vida en servicio. La ecuación fundamental AASHTO para el diseño de pavimentos rígidos es:

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA Donde: W18 = Número de cargas de 18 kips (80 kN) previstas. ZR = Es el valor de Z (área bajo la curva de distribución) correspondiente a la curva estandarizada, para una confiabilidad R. S0 = Desvío estándar de todas las variables. D = Espesor de la losa del pavimento en pulg. ∆PSI = Pérdida de serviciabilidad prevista en el diseño. Pt = Serviciabilidad final. S = Módulo de rotu c ra del concreto en psi. J = Coeficiente de transferencia de carga. Cd = Coeficiente de drenaje. EC = Módulo de elasticidad del concreto, en psi. K = Módulo de reacción de la subrasante (coeficiente de balastro), en pci (psi/pulg). Para una mejor descripción de las variables, éstas se han clasificado de la siguiente manera:  Variables de diseño. Esta categoría se refiere al grupo de criterios que debe ser considerado para el procedimiento de diseño.  Criterio de comportamiento. Representa el grupo de condiciones de fronteras especificado por el usuario, dentro del que un alternativa de diseño deberá comportarse.  Propiedades de los materiales para el diseño estructural. Esta categoría cubre todas las propiedades de los materiales del pavimento y del suelo de fundación, requeridas para el diseño estructural.  Características

estructurales.

Se

refiere

a

ciertas

características físicas de la estructura del pavimento, que tienen efecto sobre su comportamiento. (Anonimo, Microsoft Word - CAPITULO UNO.doc, s.f.)

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 7. BASES CONCEPTUALES 7.1. Diseño de Pavimentos Rígidos Las capas que conforman el pavimento rígido son: subrasante, subbase, y losa o superficie de rodadura como se muestra en la Figura 10

Figura 10: Capas del pavimento rígido.

Los elementos y funciones de un pavimento rígido son: Subrasante.- Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño. El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante. Se considera como la cimentación del pavimento y una de sus funciones principales es la de soportar las cargas que transmite el pavimento y darle sustentación, así como evitar que el terraplén contamine al pavimento y que sea absorbido por las terracerías. Subbase.- Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento. Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. Al haber capilaridad en época de heladas, se produce un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de una subrasante o subbase adecuada.

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA Losa (superficie de rodadura).- Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base. (anonimo, s.f.)

7.2. Diseño Pavimentos Flexibles. Generalmente hablando, los pavimentos (y las bases) se pueden dividir en dos grandes tipos: rígidos y flexibles. En Estados Unidos, comúnmente se emplea el término “pavimento rígido” para las superficies resistentes de rodamiento construidas con concreto de cemento Portland. Se supone que un pavimento construido con concreto posee una considerable resistencia a la flexión que le permitirá trabajar como una viga y tender un puente sobre las pequeñas irregularidades que se presentan en la base o terracerías sobre la cual descansa; de aquí el término “rígido”. En forma similar, se puede llamar “rígida” a una base de concreto que soporta una capa de ladrillos o bloques. (Anonimo, Diseño de Pavimentos Flexibles.pdf, s.f.)

7.3. Pavimentos de Tránsitos Se consideran pavimentos transitorios a aquellas soluciones de pavimentación de corto plazo (1 a 3 años). No se espera necesariamente que la estructura utilizada pueda ser reforzada o ser reutilizada al término de su vida útil, no obstante se recomienda que la solución utilizada pueda formar parte de la base de una estructura futura de más características constructivas más definitivas. Los pavimentos transitorios tienen como objetivo principal resolver problemas funcionales de caminos no pavimentados de muy bajo estándar. Según sea el tipo de solución utilizada, se pueden resolver uno o más de los siguientes tipos de problemas:  Emisión de polvo.  Formación de calaminas.  Pérdida de material grueso y formación de baches.  Susceptibilidad al agua.  Mejoramiento de la subrasante.  Uso de materiales marginales para la construcción de bases y carpetas de rodado. Para la construcción de pavimentos transitorios se pueden utilizar una amplia variedad de soluciones constructivas, entre el tipo de solución pág. 22

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA constructivas más utilizadas se considera principalmente la estabilización química. La utilización de estabilizadores químicos en pavimentos transitorios estarán sujetos necesariamente a un análisis estructural, pero su utilización queda supeditada a la certificación de la Dirección de Vialidad del MOP u organismos que la Dirección de Vialidad reconozca como válidos para este efecto. Se recomienda que para el empleo de estabilizadores químicos se utilice como metodología de certificación la Norma Chilena “Estabilización Química de Suelos” (Thenox, 2002)

7.4. Pavimentos para Bajo Volumen de Tránsito El criterio utilizado en el diseño de este tipo de pavimentos considera una estructura no transitoria, es decir considera una estructura de pavimento que soportará el tránsito de diseño y, que en la eventualidad de aumentar el volumen

de

tránsito,

ésta

puede

ser

reforzada

sin

modificar

significativamente la estructura del pavimento existente. Los pavimentos para bajo volumen de tránsito constituyen soluciones de pavimentación cuyo diseño está justificado estructuralmente para las tensiones y deformaciones de trabajo y comportamiento a la fatiga. Se definen dos tipos de pavimentos de bajo volumen de tránsito, a saber:  Estructuras de pavimentos para caminos de tránsito liviano.  Estructuras de pavimento para Caminos de tránsito pesado. (Thenox, 2002)

8. HIPÓTESIS El diseño de pavimentos muestra la clasificación, aplicación y propiedades físicas-mecánicas de los diferentes geo sintéticos para construcción de la base y subbase de una carretera.

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 9. VARIABLES A base que se utiliza en esta investigacion es una variable cuantitativa se utilizó básicamente, para incorporar cierto grado de certeza en el proceso de diseño.

9.1. El tránsito Este parámetro es d importancia fundamental, se considera determinar el número y peso de las cargas por eje, para garantizar que la sección del pavimento proyectado se comporta sistemáticamente durante su periodo de vida. Tabla 1: Numero de Ejes Equivalentes. Estación

E1

Ubicación

EAL 10 años

20 años

Tramo Universidad Señor de Sipan – Vía de

1.41

4.36E+07

evita miento carril entrada.

E+07

9.2. Suelo de subrasante. El instituto de asfalto en su grafico de diseño exige el conocimiento de la Resistencia de la subrasante la cual se determina por medio Del módulo de resistencia (Mr). En la table N° 2 “valor percentiles para diseño de subrasante, de acuerdo al nivel de transito”, se muestra los valores percentiles para calcular el módulo de resistencia de diseño de la capa subrasante en function del tránsito esperado sobre el pavimento en studio.

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA Tabla 2: valor percentil para diseño de subrasante, de acuerdo al nivel de tránsito. Nivel de transito

Valor percentil para diseño de subrasante

Menor de 10,000 EAL

60

Entre 10,000 y 1´000,000 EAL

75

Mayor de 1´000,000 EAL

87.5

En base al estudio de trafico realizado, el valor percentil para diseño de la capa subrasante, es de 87.5%, como se muestra en el cuadro N° 2 y del cual se tiene el CBR de diseño. Con respecto al cálculo del módulo de resistencia se detallan a continuación. Tabla 3: Factor de correlación. Módulo de

Sistema

resistencia

Mr

1 (kg/cm2)

2(Mpa)

3(psi)

100 x CBR

10.30 x CBR

1500 x CBR

Tabla 4: resumen de calidad soporte de la subrasante - determinación Mr Progresiva

Sector

6+967.37 a 9+944

1

CBR (%) 10.40

Mr ( psi) 15600

Diseño Mr (kg/cm2) 1040

Mr ( Mpa) 107.1

10. MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS El procedimiento consiste en evaluar que los esfuerzos y deformaciones causados por las solicitaciones a que se somete la estructura diseñada (con espesores y características propuestas E, u, h) permanezcan dentro de los limites admisible durante la vida útil. En todo el método de diseño se acepta que durante la vida útil de la estructura se puede producir dos tipos de falla, la funcional y la estructural. La falla funcional se pág. 25

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA deja ver cuando el pavimento no brinda un paso seguro sobre él, de tal forma que no transporta cómoda y seguramente a los vehículos. La falla estructural está asociada con la pérdida de cohesión de algunas o todas las capas del pavimento de tal forma que este no pueden soportar las cargas a que está sometida. No necesariamente las fallas se producen al tiempo, en este caso se ara diferente a la falla estructural. La falla estructural se presenta cuando los materiales que conforman la estructura, al ser sometida a repeticiones de carga por acción del tránsito, sufre en agrietamiento estructural relacionada con la deformación a la tensión horizontal por tención en la base de cada capa; en este sentido la falla relaciona la deformación a la tención producida con el número de repeticiones admisibles; este se denomina falla por fatiga o sea por repeticiones de carga. Los materiales que forman parte de esta estructura se consideran homogéneos e isotrópico y se supone que la capa tiene una extensión infinita en sentido horizontal. En esta metodología se considera una estructura de pavimentos como un sistema linealmente elástico, en el cual los materiales se encuentra caracterizados por: Módulo de elasticidad (E) Relación Poisson (u) El espesor de la capa (h)

Figura 11: Estructura multicapa de un pavimento flexible.

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA En la figura 11 se puede observar un modelo multicapa en la que se supone una capa inferior (subrasante) infinita en el sentido vertical, la capa intermedia representa las capas granulares y las capas superiores representan las capas bituminosos como se considera que los materiales que conforman la estructura durante su vida útil están trabajando dentro del rango elástico, entonces la fatiga de estos están causados por repeticiones de carga (N) impuesto por el tránsito. Por consiguiente, el comportamiento a la fatiga para las capas que conforman los pavimentos. Se presentan normalmente como una de las repeticiones de carga y la deformación. (Comunicacion, 2011)

11. TIPO Y DISEÑO De acuerdo a los campos de trabajo, ensayo de laboratorio, descripción del perfil estratigráfico, característica del proyecto y análisis de la situación actual, se recomienda unas situaciones superficiales compuestas por zapatas de concreto armado. (Comunicacion, 2011)

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA 12. Referencias Alvares , J. (2008). Manual de Diseño de Pavimentos de Concreto . Medallin: INSTITUCION COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CEMENTO. Anonimo. (s.f.). Diseño de Pavimentos Flexibles.pdf. Obtenido de Diseño de Pavimentos Flexibles.pdf: http://imcyc.com/biblioteca/ArchivosPDF/Pavimentos%20Flexibles/4%20Dise%C3%B1 o%20de%20Pavimentos%20Flexibles.pdf Anonimo. (s.f.). Microsoft Word - CAPITULO UNO.doc. Obtenido de Microsoft Word - CAPITULO UNO.doc: http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_102_181_62_936.pdf anonimo. (s.f.). Microsoft Word - Documento3. Obtenido de Microsoft Word - Documento3: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/504/A 6%20Dise%C3%B1o%20de%20Pavimentos%20R%C3%ADgidos.pdf?sequence=6 Comunicacion, M. d. (Setiembre de 2011). volumen 5, resumen ejecutivo. Obtenido de volumen 5, resumen ejecutivo: http://gis.proviasnac.gob.pe/expedientes/2012/LP021/015%20Autopista%20PimentelChicl/Estudio%20definitivo%20Pimentel%20Chiclayo/Volumen%205,%20resumen%20 ejecutivo,%20informe%20final.pdf Corredor , G. (s.f.). Diseños Pavimentos I. Obtenido de Diseños Pavimentos I: https://sjnavarro.files.wordpress.com/2008/08/aashto-931.pdf Jugo, A. (Agosto de 2010). Metodologia para Diseño de Pavimento Asfalticos Vias Bajo Volumen de Trafico. Obtenido de Metodologia para Diseño de Pavimento Asfalticos Vias Bajo Volumen de Trafico: http://www.trical.net/documentos/document87.pdf OLcese, M. (2014). Diseño de los pavimentos de la Nueva Carretera Panamericana Norte en el Tramo de Huacho a pativilca. Pontificia Universidad Catolica del Peru , 1,77. Oliva , J. A. (2005). Propuesta para la automatizacion de calculos de diseños estructurales y especificaciones de pavimentos con Adoquines de Concreto. Universitaria: San salvador . Rios , R. (Febrero de 2012). MTC. Obtenido de MTC: http://gis.proviasnac.gob.pe/expedientes/2012/LP008/Vol%201%20%20Dise%C3%B1o%20de%20Pavimentos.PDF sarmiento Soto, J. A., & Arias Choque , T. W. (Marzo de 2015). UNiversidad Peruana de ciencias aplicadas . Obtenido de UNiversidad Peruana de ciencias aplicadas : http://repositorioacademico.upc.edu.pe/upc/bitstream/10757/528141/1/Tesis+Arias+ -+Sarmiento.pdf Thenox, G. (2002). Guia de diseño estructural de Pavimentos para caminos de abajo Volumen de Transito. chile.

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTIFICA

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