Pavimentos

3.3 METODOS DE DISENO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES

El analisis teorico empieza a tener una importancia en diseno de caminos, aun asi, los métodos de uso común son total o parcialmente empíricos, y están basados principalmente sobre cuidadosas observaciones de exitos, y fracasos pasados, suplementados a veces por pruebas o caminos experimentales. En el diseno de los pavimentos flexibles existen diversos factores que afectan su estructura y su vida util.

Los factores-que-independientemente del método y calidad del diseño de un pavimento flaxible afectan en forma predominante pueden clasificarse en tres categorías:

A) Estructurales.

B) De carga.

C) De clima.

a) Estructurales: Incluyen características relativas a cada una de las cargas que constituyen la carretera como espesores, resistencia y deformidad en las condiciones esperadas de servicio.

b) De Carga. Se refieren a los efectos producidos por el transito mezclado al circular por la carretera. En este caso son importantes los datos relacionados con el transito medio diario anual, tasa de crecimiento anual, cargas por eje sencillo o Tanden histograma de distribucion del tránsito en la sección transversal del camino y vida de proyecto del c) Sistema de medición de deformación.

Está constituido por dos o más micrómetros con aproximación de 0.01 mm; distribuidos con una separación de ángulos iguales, con centro en el borde de la placa de asiento y a una distancia mínima de 25 mm.

Para medir las deflexiones se colocan dos extensómetros encima del disco metálico diametralmente opuestos, una vez colocados los extensómetros deberán sujetarse por medio de largueros metálicos, a no menos de 2.50 m del borde del disco metálico que se emplee, a fin de evitar que las deformaciones del terreno adyacente afecten las que se registran por debajo del disco, pues cuando se carga un disco el terreno adyacente a él sufre deformaciones, una vez que se tenga el equipo listo para la prueba, se aplica por medio del gato hidráulico, una carga inicial que produzca una deflexión entre 0.25 y 0. 50 mm, se suelta esta carga inicial hasta que no se registren movimientos en las agujas de los extensómetros y luego se aplica la mitad de la carga inicial anterior. Se suelta esta carga hasta que las agujas del extensómetro estén en reposo y una vez efectuada esta operación se colocan los extensómetros en cero, (Fig. 3.3.1.).

Se aplica carga en incrementos moderados. El número de incrementos de carga deberá ser tal que permita obtener un suficiente número de puntos, para dibujar la respectiva curva esfuerzo-deformación, cada incremento de carga se aplicará durante 3.0 minutos, hasta que la rata de deflexión sea no mayor de 0.025 mm por minuto. Por cada incremento de carga deberá registrarse su correspondiente deflexión, se continuará el procedimiento hasta el momento en que no se registre un incremento de deflexión mayor de 0.025 mm por minuto; se elaboran gráficas de las deformaciones contra el número de repeticiones de cada carga total, extrapolando las rectas que resultan hasta las diez repeticiones, si algún punto cae fuera de la recta, no se tomará en cuenta, (Fig. 3.3.2.); a continuación se dibujará una gráfica de las cargas totales contra las deformaciones correspondientes a diez repeticiones de carga, (Fig. 3.3.3.), de esta gráfica se calcula el módulo de reacción, entrando con la deformación prefijada para cada caso.

1.- PRUEBA DE PLACA.(Mc. Leod)

La prueba de placa se ha usado para evaluar las características de deformación del Suelos en cualquier profundidad, tanto del terreno natural como terracerías o cualquier capa de un pavimento flexible por medio del módulo de reacción 0 también llamado valor de soporte del suelo.

La prueba de placa consiste en seleccionar los sitios de las autopistas, carreteras o Pistas de aterrizaje sobre los cuales se va a realizar las pruebas, generalmente estos sitios tienen una distancia aproximada de 200 m uno de otro; en estos sitios elegidos se carga un disco metálico rígido que tenga un espesor de 25.4 mm y un área de 762 mm2 o un área aproximadamente igual a la del contacto de llanta que se considere en el diseño de pavimentos, nivelando el terreno con azufre líquido para colocar el disco metálico.

En esta prueba intervienen tres tipos de sistemas:

A) Sistema de reacción.

B) Sistema de carga.

C) Sistema de medición de deformación.

a) Sistema de reacción: es proporcionado por un camión con peso mínimo de 12 ton, contando con una estructura rígida para ejercer los empujes.

b) sistema de carga: es Constituido por un gato hidráulico con manómetro y sus demás aditamentos y por un juego de Placas circulares de 25 mm de espesor minino.

Para simplificar esta información y poderla presentar en gráficas de diseño, geralmente el tránsito mezclado se transforma en tránsito equivalente en ejes sencillos mediante el empleo de factores teóricos o empíricos. En la República Mexicana como en otros países incluido EUA, se utiliza como estándar un eje sencillo con ruedas simples que soporta una carga total de 8.2 ton (18 000 Ib), o sea 4.1 ton por rueda.

Las condiciones que constituyen la falla del pavimento se definen de acuerdo con la deformación permanente acumulados a través de la vida de servicio, sin embargo, para condiciones de tránsito muy intenso, muchas veces puede constituir suficiente motivo del rechazo una reflexión elástica alta en la carretera y agrietamiento importante.

c) De clima y condiciones regionales: Las características geológicas de los materiales que i, constituyen la carretera dependen de la temperatura, régimen de precipitación, precipitación media anual, nivel freático, geología y topografía de la región. Las pruebas de laboratorio sirven como índice para representar el comportamiento real e los pavimentos por medio de alguna correlación más o menos razonable, que deben de existir entre el comportamiento de los materiales en el laboratorio y en la estructura. Para correlacionar los resultados de la prueba de resistencia con el comportamiento de pavimentos, se utilizan criterios de calificación y falla, extrapolando los resultados a la i útil de la obra.

Las pruebas especiales que se han desarrollado en la tecnología de pavimentos se pan en métodos de diseños determinados, de ellas se mencionan algunas a continuación;

1. Prueba de placa (Me. Leod).

2. Prueba de valor relativo de soporte.

3. Pruebas triaxiales.

En autopistas, carreteras y pistas de aterrizaje, cuando se ejecuten pruebas directas de carga, se considera como módulo de reacción del terreno aquella carga unitaria correspondiente a una deflexión comprendida entre 0.025 mm y 12.7 mm. Para pavimentos flexible se toma 12.7 mm como deflexión crítica máxima se tiene que ésta es la máxima deformación que pueden registrar estos pavimentos sin presentar fallas, aunque hay que tomar en cuenta el efecto destructivo de la repetición de cargas, se recomienda generalmente tomar como módulo de reacción del terreno de cimentación aquella carga unitaria correspondiente a una deflexión crítica de 2.54 mm ó 5.08 mm.

El módulo de reacción depende del diámetro de la placa que se use para calcularlo a presión constante, el asentamiento de una placa circular crece con eí diámetro de la misma, por lo que si se fija a un asentamiento dado, la presión necesaria para obtenerlo será mayor cuanto más pequeña sea el diámetro de la placa.

2. PRUEBA DE VALOR RELATIVO DE SOPORTE.

La prueba de Valor Relativo de Soporte VRS desarrollada originalmente en el estado de California de EUA. El término Valor Relativo de Soporte VRS es la traducción de California Bearing Ratio (C.B.R.)

El Valor Relativo de Soporte se obtiene de una placa de penetración en la cual un vástago de 19.4 cm2 (3 pulg2) de área hace penetrar en un espécimen de suelo previamente compactado a densidad maximay humedad optima a rozon de 0.127 cm/min (0.05 pul/min): se mide la carga aplicada para penetraciones que varían en 0.25 cm (0.1 pulg) y la presión necesaria para penetrar los primeros 0.25 cm (0.1 pulg); y la presión para tener la misma penetración en un material arbitrario adoptado como patrón (caliza triturada), que es una piedra triturada en la cual se tiene las presiones en el vástago para las penetraciones indicadas en la tabla 3.3.1

TABLA 3.3.1.

PRESIONES PARA DISTINTAS PENETRACIONES DEL VÁSTAGO EN EL

MATERIAL PATRÓN

Penetración Presión en el vástago

cm pulg cm pulg

0.25 0.1 70 1000

0.50 0.2 105 1500

0.75 0.3 133 1900

1.00 0.4 161 2300

1.25 0.5 182 2600

*-12

El Valor Relativo de Soporte será:

Resistencia a la penetración del material en estudio

VRS = ___________________________________________________

Resistencia a la penetración del material tipo.

El desarrollo de la prueba de VRS se describió en el capítulo 2.6.15. donde se detalla el procedimiento estándar.

Prueba directa de valor relativo de soporte en el lugar. esta prueba se aplica unicamente en caso de suelos que se encuentran formando parte de la capa subrasante y cuya estructura no va ser alterada por compactación, se recomienda que al tiempo de hacer la prueba contiene misma humedad, que sea susceptible de adquirir de acuerdo con las condiciones locales de drenaje a la precipitación

...