Aeropuerto

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Carrera Profesional de Ingeniería Civil

PROYECTO “AMPLIACIÒN DEL AEROPUERTO” Ing° : LUCIO SIFUENTES HINOSTROSA Presentado por los Alumnos: ALEXANDER VASQUEZ CASTAÑEDA Cajamarca - Perú 2002

“AMPLIACIÓN DEL AEROPUERTO” RESUMEN: Para realizar el presente proyecto se tuvo que hacer la recopilación de la información existente, referida a la ubicación, características locales y socio económicas, cartas geográficas nacionales, flujo de turistas, número de aviones que hacen uso de está pista de aterrizaje. Hecho el estudio socio económico y calculado el índice de Tráfico, además del Levantamiento Topográfico de la pista de aterrizaje existente, se procedió a evaluar. Así mismo debemos indicar que la evaluación no sólo compete a los parámetros antes indicados si no que también hemos tenido en consideración el tipo de suelo por el que atraviesa la pista de aterrizaje, llegamos a la conclusión de que la pista actual tiene que mejorarse además la superficie de rodadura totalmente deteriorada, pero como las condiciones actuales lo exigen, se necesita una ampliación en la pista de aterrizaje. Luego se procedió al estacado y nivelación de cada una de las estacas, lo que nos permitió obtener el perfil longitudinal del terreno por el que atraviesa la pista. Es en el perfil longitudinal donde se ha hecho el análisis correspondiente para ubicar la sub rasante, Definida la sub rasante, se efectuó el estudio de suelos y canteras, para lo cual se hicieron 07 calicatas, situadas adecuadamente a lo largo del eje de la pista, así como también en las canteras cercanas a la pista para efectuar los diferentes ensayos de laboratorio y así determinar sus propiedades físicas y mecánicas de éstos. Como en todo proyecto de esta naturaleza, se debe tener muy en cuenta al drenaje; se hizo este estudio por el método del Análisis Dimensional. El proyecto incluye además, el diseño del pavimento, diseño de Obras de Arte, la adecuada señalización de las pista, el estudio de impacto ambiental, el análisis de costos y presupuestos, programación de obra, especificaciones técnicas, planos y fotografías. En lo referente a la geometría contaría para ello como base el eje de la pista existente en la medida en que los parámetros lo permitan, contará con una sección transversal de 10 m de ancho. Se ha considerado como eje principal de la pista, al eje de la pista existente. El estudio de esta pista se iniciara en La Curva de la carretera que va a Otuzco, con una longitud de 1.00Km. la que permitirá el ingreso y salida de la pista, tanto de los aeronaves a Lima, viceversa de manera que el tráfico aéreo no se interrumpa lo menos posible y brinde seguridad a los usuarios de esta pista. En cuanto al tipo de Suelo existente en la zona, luego del análisis de Suelos y Canteras, se determinó que el suelo predominante en la zona es inestable. 1.1.

CARACTERÍSTICAS LOCALES: 1.1.1. UBICACIÓN: Departamento

2.1.

:

Cajamarca.

Provincia

:

Cajamarca.

Distrito

:

Baños del Inca.

ESTUDIO DEL TRAZO DEFINITIVO. 2.1.1. RECONOCIMIENTO DE LA ZONA EN ESTUDIO: El reconocimiento constituye uno de los aspectos más importantes en el trazo de una carretera, ésta tiene dos puntos fijos que son el Punto Inicial y el Punto Final y además también se tienen los puntos de control obligatorios por los que tiene que pasar la carretera. Se completan los reconocimientos tomando una información del precio de los terrenos por expropiar, costo de la mano de obra y de los materiales de construcción, recursos naturales de la región, tráfico probable y en especial

vistas fotográficas de los principales accidentes en la ruta. 2.1.2. EVALUACIÓN DE LA VÍA EXISTENTE: Se refiere al estudio de las características de la vía como son longitud de la ruta, pendientes, radios de curvatura, alineamientos, distancia de visibilidad, velocidad directriz, ancho de la faja de rodadura, bermas, sobreanchos en las curvas; para luego determinar que es lo que se va a mejorar para brindar mayor confort y seguridad a los usuarios de la vía. 2.1.3. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO: Para el trazo de una carretera se tienen dos métodos que son:  Trazo Directo o Método de las Secciones Transversales.  Trazo Indirecto o Método Taquimétrico o Topográfico. El Trazo Directo es el preferido para trazar carreteras, sobre todo en llanuras y regiones onduladas, en la que es fácil lograr directamente, una poligonal que se cofunda o casi coincida con el eje de la futura carretera. En cambio el Trazo Indirecto, es el método general, se basa en el levantamiento del plano a curvas de nivel, éste método se lo prefiere para el trazo de carreteras en terrenos accidentados. Sea cualquiera de los dos método que se utilicen, se tendrá en cuenta dos etapas: A.

TRABAJO DE CAMPO: A.1 Reconocimiento. Es la etapa de inspección directa en el terreno, teniendo como objetivos: determinar el tipo de red de apoyo planimétrico para el levantamiento topográfico, ubicación de las estaciones. A.2 Ubicación de los vértices. Todo vértice de la poligonal deberá encontrarse en sitios totalmente definidos, difícil de remover y confundir, o en todo caso se tomará las precauciones debidas, para evitar los inconvenientes que puede traer la pérdida de una estaca o vértice de la red. A.3 Medición de los lados de la poligonal. Puede ser ejecutada por: barra invar o por medición de wincha, teniendo en cuenta las correcciones por temperatura, catenaria y tensión. A.4 Medición de los ángulos de la poligonal. Se realizará mediante el uso de Teodolito (Común o Electrónico), para nuestro caso haremos uso del Teodolito Electrónico. La lectura de los ángulos internos se realizará con el Método de Repetición (4 repeticiones).el valor del ángulo promedio se calcula con la siguiente fórmula: Donde: A = Medida del ángulo.

A

An  Ao N

Ao = Primera lectura. An = Ultima lectura. N = Número de repeticiones. A.5 Medición del azimut de uno de los lados. A fin de referir la orientación de una poligonal, respecto de los puntos cardinales, debe ejecutarse la medición del azimut de uno de los lados de la misma, siendo de uso general el empleo de la brújula de teodolito.

B.

TRABAJO DE GABINETE B.1. Cálculo de la Poligonal. Concluido el trabajo de campo y con los datos obtenidos en él se procederá a calcular lo siguiente: 1. Cálculo de los azimuts de los lados. 2. Cálculo de las proyecciones de los lados. 3. Cálculo de las proyecciones compensadas. 4. Cálculo de las coordenadas de las estaciones. 5. Cálculo de las cotas de las estaciones. B.2. Dibujo. Dibujo de planos Longitud por Bombeo (lb) Lb = (b * A/2)/(0.5 ó 0.7) (Longitud por bombeo) Lp = (p * A/2)/(0.5 ó 0.7) (longitud por peralte) Luego la longitud de rampa es igual a: Lrp = Lb + Lp

A * ( p  b) Lrp  2 0.5ó0.7 Donde:

Lrp:

Longitud de rampa de peralte(m)

A:

Ancho de la faja de rodadura (m)

P: b:

C.

Peralte de la faja de rodadura (%)

Bombeo de la faja de rodadura (%)=2%

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DE LA VÍA: 1. SUPERFICIE DE RODAMIENTO: Los anchos de la faja de rodadura recomendados por las Normas Peruanas, están en función del tipo de carretera y de la topografía que atraviesa, así como también en función de la velocidad Directriz. 2. BERMAS. Su finalidad es servir de contención al borde del pavimento, así como también para el estacionamiento temporal de vehículos, circulación eventual de peatones y acémilas. 3. PERFIL LONGITUDINAL: Esta definido por los diferentes tramos de la vía, los cuales tienen diferentes pendientes debido a la topografía del lugar por donde pasa la vía. 4. RASANTE: Viene a ser la superficie que queda una vez que se ha concluido con el pavimento. 5. SUB RASANTE: Es la línea de intersección del plano vertical que pasa por el eje de la carretera con el plano que pasa por la plataforma que se proyecta. Consideraciones para ubicar la sub rasante. -

En terreno llano, la rasante estará sobre el terreno por razones de drenaje, salvo casos especiales. En terreno ondulado, por razones de economía, la rasante seguirá las inflexiones del terreno, sin perder de vista las limitaciones impuestas por la estética, visibilidad y seguridad.

-

En general la Subrasante debe ubicarse mas en corte que en

relleno. Lo ideal es compensar los cortes con los rellenos. 2.1.7. TRAZADO DEL EJE LONGITUDINAL Para efectos de realizar un mejoramiento, es necesario en primera instancia evaluar la vía y luego de ello se procede a definir el eje considerando para ello los tramos en los que solamente necesita ampliar radios, superficies de rodamientos, aligerar pendientes, colocar alcantarillas, badenes, pontones, puentes, etc.; así como aquellos tramos en los que se necesite variar la ubicación del eje, para lo cual debemos efectuar el reconocimiento, trazo de la línea de gradiente, poligonal y luego diseño del eje. 2.1.8 NIVELACIÓN DEL EJE LONGITUDINAL Definido el eje y estacado convenientemente, se procede a efectuar la nivelación de todas las estacas (Nivelación geométrica compuesta en circuitos de ida y vuelta), con la finalidad de calcular las cotas de dichas estacas, las mismas que posteriormente nos servirán para obtener el perfil longitudinal. Simultáneamente con el proceso de la nivelación se deben colocar los Bench Marks, a intervalos de 500 m. aproximadamente, los cuales deben ser debidamente numerados y monumentados. 2.1.9 SECCIONAMIENTO TRANSVERSAL Efectuado el estacado de la vía se procede al seccionamiento transversal de cada una de las estacas. Procedimiento:

2.2.



En cada progresiva, en forma perpendicular al eje, se tiende un jalón, sobre el cual se coloca el eclímetro.



Luego se lee el ángulo de inclinación; y se mide la distancia en que se desarrolla tal inclinación, anotando en la libreta bajo forma de quebrados la inclinación del terreno en porcentaje (en el numerador) y la distancia en metros (en el denominador).

ESTUDIO DE SUELOS Y CANTERAS 2.2.1. GENERALIDADES En el estudio de suelos se debe tener cuidado especial, ya que los elementos de la estructura que conforman la cimentación de cualquier tipo de obra de Ingeniería Civil, se encuentran por debajo de la superficie del terreno, por lo que es necesario conocer el perfil del subsuelo, el que nos proporcionará la información acerca de la clase de suelos y rocas existentes y nos indicara la profundidad a la que se encuentran las aguas subterráneas, así como el espesor de las diferentes capas que conforman el subsuelo. Las obras de Ingeniería Civil están íntimamente ligadas con los suelos; ya sea para emplearlos como terreno de fundación y/o como material de construcción; y como sabemos, estos suelos están distribuidos en estratos verticales y horizontales con propiedades muy singulares que hacen variar las cualidades de dicho suelo y por consiguiente los hacen buenos o malos para el uso que se les pretenda dar. 2.2.2. GEOLOGÍA Ciclo Geológico. Es el estudio de los procesos que han conducido a la actual disposición estructural de la corteza terrestre, considerando los procesos análogos que hoy se realizan. La escultura de la superficie terrestre, se realiza mediante agentes tales como los grandes cambios de temperatura (especialmente la congelación y deshielo del agua contenida en grietas), la acción eólica (especialmente en regiones desérticas), la de la lluvia sobre las rocas solubles y rocas que el agua puede descomponer, la acción erosiva de la escorrentía y de los

ríos sobre las superficies de las rocas, la desintegración y transporte del material y la acción erosiva del mar en casi todos los litorales costeros. La sedimentación se debe al viento o a la acción del agua, especialmente a esta última, pues el viento se limita generalmente a regiones desérticas. 2.2.3.

ENSAYOS GENERALES

Conocidos los perfiles topográficos y fijada la sub rasante es necesario conocer los diferentes tipos de materiales que forma el subsuelo a diferentes profundidades para lo cual se efectuarán calicatas de 1.50 metros de profundidad. Los ensayos de laboratorio ha realizarse serán:  Ensayos Generales para clasificar los Suelos. Nos permiten determinar las principales características de los suelos, para poder clasificarlos e identificarlos adecuadamente, son lo siguientes:  Peso específico (Normas AASHO: T-100-70, T-85-70, T-84-70; Según sea el caso).  Análisis granulométrico.  Límites de consistencia (Normas AASHO: T-89-68 Y T-90-70). Entre éstos tenemos: - Límite líquido. - Límite plástico.  Ensayos de Control o Inspección. Se efectúan para asegurar una buena compactación, los resultados son de mucha utilidad para evaluar la resistencia del suelo, éstos son: 

Contenido de humedad.



Proctor Modificado (Compactación). Para definir el óptimo contenido de humedad y máxima densidad seca (Normas AASHO T-99-70 y T-180-70, Según sea el caso).

 Ensayos de Resistencia. Su finalidad es evaluar la capacidad portante del suelo, mediante los resultados obtenidos en los ensayos de: 

Carga - Penetración (California Bearing Ratio – CBR).



Desgaste por Abrasión (Norma AASHO T-96-65).

Seguidamente definiremos cada uno de los ensayos realizados: ENSAYOS GENERALES PARA CLASIFICAR LOS SUELOS. a. CONTENIDO DE HUMEDAD. El contenido de humedad en una masa de suelo es la cantidad de agua presente en dicha masa en términos de su peso en seco. Se calcula con la siguiente fórmula:

W (%) 

ph  ps Pw *100  *100 ps Ps

Donde: W(%) = Contenido de humedad. Ph

= Peso del suelo húmedo.

Pw = Peso del Agua. Ps

= Peso del suelo

seco. b. PESO ESPECÍFICO. Es la relación entre su peso al aire y el peso al aire de una muestra de agua

destilada del mismo volumen y a la misma temperatura. 

Para partículas mayores a 4.75 mm. (Tamiz Nº 4), se usa el método estándar AASHO T-85 (Grava y Arena Gruesa).

Pe 

Pmw ( gr / cm³) Pm  Pmw

Donde: Pe

= Peso específico del suelo.

Pmw = Peso de la muestra en el agua. Pm 

= Peso de la muestra en el aire.

Para partículas menores a 4.75 mm. (Tamiz Nº 4), se usa el método estándar AASHO T-100-70 (Limo y Arcilla), se determina mediante la siguiente fórmula

Pe 

Ps Ps * T  Ps  Pfa  Pfas Vs

Donde: Pe

= Peso específico del suelo.

 T = Peso específico del agua. Ps

= Peso de la muestra seca.

Pfas= Peso de la fiola, calibrada con agua y suelo. Pfa = Peso de la fiola con agua. c. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO. El análisis granulométrico, se realiza con la finalidad de determinar la cantidad en porcentajes de piedra, grava, arena, limo y arcilla que constituyen un suelo. Pudiendo ser: 

Para Suelos no Cohesivos: Tamizado en Seco



Para Suelos Cohesivos: Tamizado por Lavado

Si el material es granular, los porcentajes de piedra grava y arena se pueden determinar fácilmente mediante el empleo de tamices. Si el suelo contiene un porcentaje apreciable de material fino (limo + arcilla), como es el caso del presente proyecto, que pasa el tamiz N° 200 (0.075 mm); el análisis granulométrico se basa, generalmente, en el principio de sedimentación; siendo el método hidrométrico o AASHO estándar (Norma AASHO T-88-70) el más reconocido y usado. Sin embargo existe otro método: Método del sifoneado; con el que se obtienen, con un mínimo de equipo, resultados prácticamente iguales a los que se logran con el método estándar. Los resultados se presentan por medio de curvas de distribución granulométrica en la cual se grafica el diámetro de las partículas en el eje de las abscisas y el porcentaje que pasa en el eje de las ordenadas. La forma de la curva es un indicador de la granulometría, tenemos que los suelos uniformes están representados por líneas en forma de S que extienden a través de varios ciclos de la escala logarítmica.

Las características granulométricas de los suelos pueden compararse estudiando ciertos valores numéricos importantes deducidos de las curvas de distribución, los más comunes son: D10, D30 y D60, que son los diámetros efectivos en mm. Delas partículas correspondientes al 10%, 30% y 60% en la curva granulométrica, lo que significa que el 10%, 30% y 60% de las partículas son menores que el diámetro efectivo. Coeficiente de Uniformidad (Cu): Su valor numérico decrece cuando la uniformidad de la muestra aumenta, así se tiene:

Cu 

Si: Cu < 3

D60 D10

 Muy Uniforme

3 < Cu < 15  Heterogéneo 15 < Cu  Muy Heterogéneo Coeficiente de Contracción (Cc): Se expresa con la siguiente fórmula:

Cc 

( D30 )² ( D10 * D60 )

Si 1 < Cc < 3

 Bien

Graduado d. LÍMITES DE CONSISTENCIA Los más importantes para el presente trabajo son el límite líquido y límite plástico, los cuales están representados por contenidos de humedad.  LIMITE LIQUIDO (LL): Es el porcentaje de humedad, por debajo del cual, el suelo se comporta como un material plástico. Matemáticamente, se determina mediante la siguiente fórmula:

LL(%) 

W (%) 1.419  0.3LnS

donde:

LL (%) =

Límite líquido

W(%) =

Contenido de humedad que tiene la muestra que se une a los 25 golpes.

S

Número de golpes al cabo de los cuales se unen las mitades del suelo.

=



LIMITE PLÁSTICO (LP): Es el contenido de humedad, por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico.



ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP): Es el valor numérico de la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico. IP = LL - LP

ENSAYOS DE CONTROL O INSPECCIÓN a. COMPACTACIÓN Es el proceso mecánico, por medio del cual se reduce el volumen de los materiales, en un tiempo relativamente corto, con el fin de que sean resistentes a las cargas y tengan una relación esfuerzo - deformación conveniente durante la vida útil de la obra. Es conveniente hacer notar que hay materiales que con un cierto grado de

compactación se tornan muy expansivos en presencia de agua; este tipo de materiales no es conveniente utilizarlos en las obras viales en forma natural, pues si se compactan, aumentan su volumen y si se dejan con un grado bajo de compactación se deforman en forma apreciable en la operación. En caso de que por economía sea necesario utilizar alguno de estos materiales, deberá ser estabilizado con cal o cemento, lo cual, influirá en el costo. La consolidación es un fenómeno semejante a la compactación, pero se diferencia en que es un fenómeno natural que se lleva a cabo durante mucho tiempo, quizá siglos, y la disminución del volumen se efectúa a costa del aire y agua que contenga el suelo. COMPACTACIÓN EN EL CAMPO. TIPOS DE COMPACTADORES. Para compactar los materiales, se tienen diferentes tipos de máquinas, que tienen su aplicación dependiendo de las características de aquellos. Principalmente se pueden dividir en dos: de presión y vibratorias. Las máquinas compactadoras de tipo de presión (rodillos lisos y rodillos de neumáticos) son eficientes para compactar materiales granulares plásticos. Dentro de este grupo también se encuentran los rodillos pata de cabra, los rodillos tipo tamper y los rodillos segmentados, de los cuales el primero se utiliza para compactar materiales finos plásticos; y el último para materiales finos con gruesos. Por último, se tienen los compactadores vibratorios, que transmiten ondas dinámicas a los materiales y les producen un acomodo masivo; son muy efectivos para compactar materiales inertes como gravas y arenas. VERIFICACIÓN DE LA COMPACTACIÓN La compactación alcanzada se mide por medio del grado de compactación (Gc), que se define como la relación en porcentaje del peso volumétrico seco que se tiene en la obra y el peso volumétrico seco máximo que se obtiene en el laboratorio; la expresión para calcular el grado de compactación es:

Gc 

Pesovolumétrico. sec o.de.campo *100 Peso.volumétrico. sec o.máximo.de.laboratorio

PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN EL CAMPO Con las pruebas de campo se encuentra el peso volumétrico seco alcanzado en la obra, para lo cual se hace un sondeo a cielo abierto con una profundidad igual al espesor de la capa de estudio y con un ancho o diámetro igual a 3 ó 4 veces del tamaño máximo del agregado (15 cm máximo). El material que se extrae del sondeo se coloca en una charola para conocer el peso húmedo y se toma una pequeña muestra para conocer su humedad, con lo cual podemos calcular el peso seco del material:

PesoSeco 

100 * Pesohúmedo  Ps 100  humedad (%)

El volumen del sondeo (V), se encuentra vaciando la arena con granulometría uniforme (entre tamaños 0.850mm a 0.600mm.), Lo cual se puede llevar a cabo por medio de una probeta, por medio de embudo y trompa o por medio de frasco y cono. Hay otros métodos como los que utilizan agua o aceite para medir el volumen, pero como requieren de una membrana plástica para evitar que el fluido se infiltre en el suelo, en general, se puede decir que son más imprecisos que los que no la utilizan, ya que a medida que la membrana es menos flexible menos se pliega a las irregularidades del sondeo. El peso volumétrico se calcula con la fórmula:

Peso.volumétrico. sec o  PVS 

Ps V

PRUEBAS DE COMPACTACIÓN DE LABORATORIO. TIPOS Compactación estática y compactación dinámica. Para encontrar el grado de compactación se requiere el patrón de laboratorio con el que se debe comparar el peso volumétrico seco encontrado en el campo (máxima densidad seca). Para calcular la máxima densidad seca utilizamos la siguiente fórmula:

Ds  Donde:

( Pms  Pm) *100 V (100  W )

Ds = Máxima densidad seca. Pms =

Peso del molde más muestra compactada.

Pm =

Peso del molde.

V W

= Volumen de la muestra. = Contenido de humedad en porcentaje.

Las pruebas de compactación de laboratorio son principalmente de dos tipos: estáticas y dinámicas. Las pruebas de compactación estáticas son aquellas en que se compacta el espécimen con una presión que se proporciona al material por medio de una placa que cubre la superficie libre del molde y cuyo principal exponente es la prueba de Proctor Estándar. Esta prueba se realiza con las siguientes características: Diámetro del molde:

15 cm. 140.6 Kg/cm2

Presión estática: Cantidad de material:

4

Kg.

Si al terminar de dar la presión la base metálica se humedece ligeramente, se dice que el peso volumétrico seco obtenido es el máximo y la humedad correspondiente es la óptima. Si no se humedece la base se repetirá la prueba con mayor humedad; pero si la expulsión es grande la cantidad de agua que se use será menor. Las pruebas de tipo dinámico son aquellas en las que el espécimen se elabora compactando el material por medio de pisones, que tienen un área de contacto menor a la sección libre del molde que se usa, el ejemplo típico de las pruebas de este tipo es la Proctor Estándar, que se realiza con las siguientes características: Diámetro del molde:

10.2 cm.

Peso del pisón: Altura de caída

2.5 Kg. (5lb.) :

30.5 cm.

Número de capas:

3

Número de golpes:

25

La AASHO especifica otras pruebas de tipo dinámico denominadas: modificada tres capas y modificada cinco capas, para las cuales se usan moldes de 15.3 cm. de diámetro y pisones de 4.54 Kg. con altura de caída de 45.7 cm y con 56 golpes cada capa.

ENSAYOS DE RESISTENCIA.

a. Carga – Penetración (California Bearing Ratio CBR). Este ensayo establece una relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y su capacidad de soporte como base de sustentación de un pavimento. El número CBR se obtiene como el porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón en la muestra compactada, dividido con el esfuerzo para hacer penetrar el mismo pistón hasta la misma profundidad, en una muestra patrón de piedra triturada y compactada. En forma de ecuación se expresa de la siguiente manera:

CBR (%) 

C arg a.Unitaria.del.ensayo *100 C arg a.Unitaria.Patrón

Para el diseño de obras viales, el CBR que se utiliza es el valor que se obtiene para una penetración de 0.1” a 0.2”, considerando el mayor valor obtenido. Para determinar el CBR de un suelo se realizan los siguientes ensayos:  Determinación de la densidad máxima y humedad óptima.  Compactación para CBR.  Determinación de la resistencia a la penetración. CUADRO Nº 2.10 CLASIFICACIÓN TÍPICA DE CBR CBR

CLASIFICACIÓN

0–3

Muy pobre

Sub rasante

A5, A6, A7

3–7

Pobre a regular

Sub rasante

A4, A5, A6, A7

Regular

Sub-base

A2, A4, A6, A7

Bueno

Base, Sub-base

A1b, A2-6

Excelente

Base.

A1a, A2-4, A3

7 – 20 20 – 50 Mayor a 50

USOS

AASHO

A2-5,

A3,

FUENTE: ESTRUCTURACIÓN DE VÍAS TERRESTRES. AUTOR : Fernando Olivera Bustamante. CUADRO Nº 2.11 VALORES CORRESPONDIENTES A LAS MUESTRAS PATRÓN (Macadam) UNIDADES MÉTRICAS

UNIDADES INGLESAS

Penetración (mm)

Carga Unitaria (Kg/cm²)

Penetración (mm)

Carga Unitaria (Kg/cm²)

2.54

70.31

0.10

1000

5.08

105.46

0.20

1500

Fuente: Carreteras, Calles y Aeropuertos: Raúl Valle Rodas b.

Ensayo de Desgaste por Abrasión (Para muestras de Cantera).

Para este ensayo utilizamos la Máquina de los Ángeles, este ensayo consiste en determinar el desgaste por Abrasión del agregado grueso, previa selección del material a emplear por medio de un juego de tamices apropiados. La carga abrasiva consiste en esferas de acero, cada una de ellas debe tener un diámetro de 46.8 mm y pesar entre 390 y 445 gr. La carga abrasiva a colocarse dentro del tambor rotatorio dependerá de la granulometría a ensayarse. El agregado grueso se introduce en la Máquina de los Ángeles junto con la carga abrasiva. Se hará girar l tambor a una velocidad de 25 a 30 r.p.m. tratando en lo posible de alcanzar una velocidad uniforme. CUADRO Nº 2.12 CARGA ABRASIVA, MÁQUINA DE LOS ÁNGELES GRANULOMETRÍA

Nº DE ESFERAS

PESO DE LA CARGA (gr.)

A

12

5000 ± 25

Fuente: Carreteras, Calles y Aeropuertos: Raúl Valle Rodas CUADRO Nº 2.13 CANTIDAD DE LAS MUESTRAS EN GRAMOS TAMICES PASA

GRANULOMETRÍA

RETENIDO EN

A

Mm

Pulg.

Mm

pulg.

37.5

1½

1

1250 ± 25

25.4

1

25. 4

¾

1250 ± 25

½

1250 ± 10

3/8

1250 ± 10

¼

-

19

¾

12.7

½

9.51

3/8

19 12. 7 9.5 1 6.3 5

TOTAL

5000 ± 70

Fuente: Carreteras, Calles y Aeropuertos: Raúl Valle Rodas Luego de alcanzar 500 r.p.m. se retira el material del tambor y se lo cierne en un tamiz mayor al Nº 12, la porción más fina se lo cierne en el tamiz Nº 12, considerándose la porción retenida en este tamiz el peso final de la muestra, se calcula el porcentaje de desgaste del material según la fórmula:

D% 

Peso.inicial  Peso.Final *100 Peso.Inicial

CUADRO Nº 2.14 PORCENTAJES DE DESGASTE PARA EVALUAR LOS RESULTADOS DEL ENSAYO DE DESGASTE O ABRASIÓN DESGASTE %

TIPO DE ENSAYO

UTILIDAD

30

A.A.S.H.O T – 96

Para todo uso

50

A.A.S.H.O T – 96

Para Capa de Base

60

A.A.S.H.O T – 96

Para Capa e Sub base

Mayor de 60

A.A.S.H.O T - 96

No sirve el material

Fuente: Carreteras, Calles y Aeropuertos: Raúl Valle Rodas

2.2.4. CLASIFICACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE SUELOS. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS DE LA American Association of State Highway Officials).

AASHO

(

Este método es el que se utiliza generalmente en carreteras, el método de clasificación AASHO, divide a los suelos en dos grandes grupos: Suelos Gruesos y Suelos Finos. Los suelos gruesos son aquellos que pasan por el tamiz Nº 200 el 35% o menos de la muestra, y los suelos finos o materiales limo arcillosos son aquellos que pasan por el tamiz Nº 200 más del 35% de la muestra. Por otro lado AASHO divide a los suelos en 7 grupos del A-1 al A-7 y ocho sub grupos ( A-1a, A-1b, A-2a, A-2-5, A-2-6, A-2-7, A-7-5 y A-7-8), basándose en la composición granulométrica, el Límite Líquido y el Índice de Plasticidad de un suelo. Se considera que el mejor suelo para ser usado en la Sub rasante de una carretera, es un material bien granulado compuesto principalmente de grava y arena, pero que contenga una pequeña cantidad de cemento arcilloso, este material pertenece al grupo A-1. La evaluación de cada grupo, se hace por medio de su Índice de Grupo, el cual nos da a conocer la calidad el suelo, se calcula mediante la siguiente fórmula: IG = 0.2a + 0.005 ac + 0.01 bd Donde: IG:

Índice de Grupo

a:

Porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, comprendido entre 35% como mínimo y el 75% como máximo, se representa en número entero y varía de 0 a 40, por lo tanto, todo porcentaje menor o igual a 35% será igual a 0 y todo porcentaje igual o mayor a 75% será 40.

b:

Porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, comprendido entre 15% como mínimo y 55% como máximo, se representa sólo con número entero y varía de 0 a 40.

c:

Parte del Límite Líquido comprendido entre 40% como mínimo y 60% como máximo, se representa sólo con número entero y varía de 0 a 20.

d:

Parte del índice de Plasticidad, comprendido entre 10% como mínimo y 30% como máximo, se representa sólo con número entero y varía de 0 a 20.

Al Índice de Grupo siempre se lo reporta aproximándolo al número entero más cercano, a menos que su valor calculado sea negativo, en cuyo caso se reportará como cero. Por ejemplo para un suelo limoso que tenga índice d grupo 10, puede clasificarse como A-4(10). CUADRO Nº 2.15 CLASIFICACIÓN DE SUELOS SEGÚN ÍNDICE DE GRUPO CLASIFICACIÓN

ÍNDICE DE GRUPO

Suelos Granulares

0a4

Suelos Limosos

8 a 12

Suelos Arcillosos

11 a 20

Fuente: Mecánica de Suelos: Juárez - Badillo 2.2.5. UBICACIÓN Y ESTUDIO DE CANTERAS Los materiales de cantera son básicos para la construcción de

carreteras y vías urbanas. Tienen que soportar los principales esfuerzos que se producen en la vía y han de resistir el desgaste por rozamiento de la superficie. Por tales motivos es importante conocer las propiedades y características de las canteras. A. UBICACIÓN: Para la ubicación de las canteras se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: 

Tienen que ser los más fácilmente accesibles y los que se puedan explotar por los procedimientos más eficientes y menos costosos.



Tienen que ser los que produzcan las mínimas distancias de acarreo de los materiales a la obra.



Tienen que ser los que conduzcan a los procedimientos constructivos más sencillos y económicos durante su tendido y colocación final en la obra, requiriendo los mínimos tratamientos.



Los bancos deben estar localizados de tal manera que su explotación no conduzca a problemas legales de difícil o lenta solución y que no perjudiquen a los habitantes de la región.

2.3.4. PARÁMETROS DE DISEÑO INTENSIDAD. Representa la razón de caída de las lluvias por unidad de tiempo y a menudo es expresada en mm/h. su magnitud es de vital importancia para los hidrólogos, los que tratan de prevenir las riadas; así como los que tratan de evitar la erosión del suelo. DURACIÓN. Es el complemento de la intensidad, la asociación de los dos determina la precipitación total. Es el tiempo transcurrido entre el comienzo y la finalización de la tormenta y es expresada en minutos u horas. FRECUENCIA. Se refiere al número de veces que una tormenta de características definidas puede repetirse dentro de un lapso de tiempo más o menos largo que generalmente, es tomada en años. 2.4.

DISEÑO DE PAVIMENTOS 2.4.1. PAVIMENTOS Definición. Un pavimento es toda estructura constituida por una capa o conjunto de capas de materiales apropiados, comprendidas entre el nivel superior de la sub rasante y la superficie de rodadura, cuyas funciones principales son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, con color apropiado, resistente al tránsito peatonal, vehicular o de animales, al intemperismo y otros agentes perjudiciales, debiendo transmitir convenientemente a la sub rasante los esfuerzos que originan las cargas que impone. 2.4.2. TIPOS DE PAVIMENTOS: A.

Por el Número de Capas: Pavimento Simple. Aquel que está constituido por una sola capa. Pavimento Compuesto. Es aquel que consta de capas flexibles y rígidas.

B.

Por el Lugar donde se Ubican o Prestan Servicios: Pavimentos para Viviendas y Alrededores. (Netamente de carácter decorativo) Pavimentos para Zonas Urbanas. (calles, avenidas, parques) Pavimentos para carreteras y autopistas.

Losas de concreto y pavimentos

bituminosos. C. Por la Forma en que Transmiten la Carga a la Subrasante: Pavimentos Flexibles. Son aquellos cuya estructura y rigidez son tales que posibilitan al pavimento a transmitir la carga que reciben hacia la sub rasante únicamente en las áreas próximas a la zona de aplicación de ésta. Están constituidas por una o más capas de materiales, debiendo tener una capa de material bituminoso y áridos colocados sobre capas de materiales granulares de buena calidad. Como ejemplo típico están los pavimentos bituminosos. Pavimentos Rígidos. Su estructura y rigidez les permite transmitir las cargas de manera uniforme en una extensión considerable y hasta una distancia apreciable del punto de aplicación. El ejemplo típico lo constituyen las losas de concreto (simple o armado) y que se colocan sobre el terreno natural previamente compactado o sobre bases de suelo granular (afirmados.) Pavimentos Mixtos. Son estructuras que resultan de la combinación de los tipos de pavimentos anteriormente descritos. Suelen requerirse como resultado de la rehabilitación o la reconstrucción de pavimentos existentes, así como cuando la resistencia exigida es muy alta. D. Por los Materiales de que están Constituidos:

Rasante Sello Capa de Rodamiento

Losa de Concreto

Base

Subbase Subrasante

PAVIMENTO FLEXIBLE

PAVIMENTO RÍGIDO

Gráfico Nº 2.8 TIPOS DE PAVIMENTO

Pavimentos bituminosos. Pertenecen a este tipo aquellos cuya superficie de rodadura es una carpeta asfáltica. E. Por su Calidad o Calificación de su Costo: Pavimentos Económicos. Son los más baratos y sencillos de construir. Ejemplos: Los suelos estabilizados, los tratamientos superficiales. Pavimentos de costo intermedio. Son de costo intermedio y se consideran en este grupo a los pavimentos de mezclas bituminosas baratas in-situ o en planta, así mismo el macadam de penetración. Pavimentos de costo superior. Son estructuras caras, entre las más genuinas tenemos: los pavimentos de concreto asfáltico, las hojas asfálticas, las losas de concreto de cemento, los adoquinados, los mosaicos y los pavimentos mixtos. Pavimentos de tipo refinado. Requeridos en obras viales especiales, que cumplen funciones estéticas y ornamentales, además de una función de resistencia de alta calidad. Entre estos se cuentan los pavimentos de concreto armado, pre-tensado y

post-tensado, pavimentos bituminosos especiales, así como los enlosados y pisos de lajas. 2.4.3. ESTUDIO DEL TRÁFICO PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO: El tráfico en caminos y calles de año en año varía tanto en la cantidad de vehículos como en la magnitud de las cargas, por ejemplo: el tráfico cambia con el transcurrir de los años. Modelos del tráfico actual y futuro no pueden establecerse en forma precisa para un nuevo camino o calle, por lo que las estimaciones sobre tráfico futuro son sólo aproximadas. TRÁNSITO. El conocimiento de las características del tránsito que utilizará un camino en operación o que se va ha construir, es vital para el proyecto de la sección transversal de una vía, convirtiéndose en el principal elemento que se debe tomar en cuenta, ya que el transporte terrestre es el motivo de la obra. CARACTERÍSTICAS DEL TRANSITO. Las características del tránsito que es necesario conocer para el diseño de los pavimentos son: a.

TRANSITO DIARIO PROMEDIO ANUAL. Se llama T.D.P.A. al número de vehículos que transitan por una carretera en ambos sentidos durante un año, dividido entre 365 días. Para determinar el T.D.P.A. de un camino en operación, se cuenta en forma directa el tránsito; el conteo puede llevarse a cabo durante todo el año o sólo en ciertas temporadas y luego proyectarlo a un año. Para conocer el T.D.P.A. de un camino que se va a construir, se recurre a estimarlo en base al tránsito inducido y tránsito generado. El tránsito inducido es aquel que en la actualidad está utilizando otros caminos, pero que al construirse el nuevo, hará uso de él para llegar al mismo destino. El tránsito generado, es aquel que se va a originar debido al desarrollo propio de la zona de influencia del nuevo camino; para determinarlo se hace una cuantificación de los productos que se transportarán, tanto agrícolas como ganaderos, industriales, etc. Posteriormente se calcula el número de vehículos que serán necesarios para su traslado; y los que se necesitarán para actividades comerciales, turísticas, etc. El T.D.P.A. para caminos futuros se calcula con la siguiente fórmula: T.D.P.A. = TI + TG Donde: TI = Tránsito inducido. TG = Tránsito generado. En función al T.D.P.A. se debe calcular el Índice de tráfico. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE TRÁFICO (I.T.) El Índice de Tráfico se determina con la siguiente fórmula: IT=N*C*D*E*P Donde: N: Número total de camiones de un peso bruto mayor de 10,000 lbs. si son de ejes simples y mayores de 18,000 lbs. si son de ejes tandem. C: Coeficiente de crecimiento medio de tráfico.

D: Factor de corrección del período de diseño. E: Coeficiente de equivalencia de carga que expresa el número de vehículos cuyos pesos son menores de 18,000 lbs. para ejes simples. P: Coeficiente de tanto por uno del número total de vehículos que circulan por la trocha más cargada. b. TRANSITO EN EL CARRIL DE DISEÑO. Del T.D.P.A. se necesita conocer el porcentaje que hace uso del carril en donde se carga más el movimiento, el cual se toma como carril de diseño. Se llama carril de diseño o de proyecto al que tiene mayor volumen de tráfico. Se ha llegado a la conclusión que para un camino de dos carriles, el carril de diseño lleva 60 - 65% del T.D.P.A.; para uno de cuatro carriles 50% del T.D.P.A.; para seis carriles 40% del T.D.P.A. c. COMPOSICIÓN DEL TRANSITO. Es necesario conocer la cantidad de vehículos de los diferentes tipos que circulan por las carreteras; así se pueden dividir en vehículos tipo A, en los que se involucran a todos los automóviles, camionetas tipo PICK-UP y los que tengan un peso menor a tres toneladas. Los vehículos tipo B en el que quedan incluidos todos los autobuses; y el tipo C que son los camiones de carga con más de tres toneladas de peso; Éstos tienen una gran variedad de características, pues su peso total puede variar desde tres a sesenta toneladas con diferentes combinaciones en la posición de sus ejes y llantas. 2.4.4. ELECCIÓN DEL PAVIMENTO: Para la elección del tipo de pavimento, se debe tener en cuenta aspectos técnicos, económicos y estéticos. A. ASPECTOS TÉCNICOS: 1. Capacidad de soporte de la sub rasante. 2. Clima de la zona. 3. Volumen de tráfico. 4. Disponibilidad de materiales y Maquinaria. B. ASPECTOS ECONÓMICOS 1. Costo de inversión. 2. Duración del período de diseño. 3. Conservación y mantenimiento del pavimento. 2.4.5.

COMPARACIÓN DE ENTRE PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS Pavimentos Flexibles: - El pavimento flexible se adapta a vías estables. - Bajo costo de la construcción. - Fácil recuperación de fallas. - No lleva juntas ni uniones.

- No tiene buena visibilidad en la noche. Pavimentos Rígidos: - Bajo costo de mantenimiento. - Larga duración. - Buena visibilidad en la noche. - Se puede construir sobre la superficie de explanaciones arenosas. - No es atacado por los combustibles 2.4.6. ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE. 2.4.6.1. TERRENO DE FUNDACIÓN. Es el terreno que sirve de fundación al pavimento después de haber sido terminado el movimiento de tierras y que, una vez compactado, tiene las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos de diseño. 2.4.6.2. SUB RASANTE. La Subrasante se define como el suelo preparado y compactado para soportar la estructura del pavimento. Existen sub rasantes de alta y baja plasticidad. A. SUB RASANTES DE BAJA PLASTICIDAD. Son aquellas cuyo índice de plasticidad oscila entre 10 a 20 y tienen un porcentaje aproximado de aumento de volumen comprendido entre 2 a 4. B. SUB RASANTES DE ALTA PLASTICIDAD. Son aquellas cuyo índice de plasticidad es mayor de 20 y tienen un porcentaje aproximado de aumento de volumen mayor de 4. 2.4.6.3. SUB BASE.- Es la capa de material seleccionado que se coloca sobre la Subrasante. 2.4.6.4 BASE.- Es la capa de material pétreo, mezcla de suelo cemento, mezcla bituminosa o piedra triturada, que se coloca encima de la Subbase. 2.4.6.5 IMPRIMACIÓN.- En la construcción de pavimentos flexibles, es necesario la aplicación de un revestimiento, que consiste en extender sobre la calzada un ligante bituminoso que penetre lo más profundamente en los poros de la capa superior, convirtiéndose así en una capa impermeable, que además hace posible una adecuada adherencia entre la base y la capa de rodamiento. 2.4.6.6 CAPA DE RODAMIENTO.- La capa de rodamiento es una capa constituida basado en mezclas asfálticas que se coloca sobre la base debidamente imprimada. Funciones: -

Proteger a la base, protegiéndola además contra la acción abrasiva de las ruedas de los vehículos evitando que se desgaste o desintegre.

-

Impermeabilizar al pavimento, evitando posibles infiltraciones de agua de lluvia.

2.4.6.7. CAPA DE DESGASTE O SELLO. Formado por una aplicación bituminosa de asfalto o alquitrán y tiene por objeto sellar la superficie impermeabilizándola, a fin de evitar la infiltración de lluvia, además de proteger la capa de rodamiento contra la acción abrasiva de las ruedas de los vehículos. Los materiales bituminosos que se emplean, pueden ser asfálticos líquidos emulsionados, o de penetración y alquitranes los tipos de asfalto generalmente empleados son: Rc-3, Rc-5, Mc-3, Mc-4, Mc-5 penetración 85-100, 100-120 y los alquitranes Rt-6, Rt-7 y Rt-8. Los tipos de mezclas bituminosas empleadas para capas de rodamiento, son de 4 clases:

a) Tratamientos Superficiales.- Son aplicaciones a cualquier tipo de material (base), los asfaltos y alquitranes que se emplean son los llamados líquidos o diluidos del tipo de rápido curado (R.C. y R.T.). El espesor de estas capas es de 2.5 cm (1¨), se puede aplicar en una o varias capas, cuando se aplican en varias capas (2 o´ más), se llama tratamiento, multi-capa, este tipo se emplea comúnmente para tránsito ligero. b) Macadam de Penetración.- Se utilizan asfaltos, cuya penetración está comprendida entre 85 y 150, según tablas de especificaciones para asfaltos, y los alquitranes usados son del tipo más viscoso. El espesor de estas capas, varía entre 6 y 15 cm. c)

Mezclas "In-Situ" de Tipo Abierto o Cerrado.- Se emplean tanto para efectuar capas de sub-base y superficie de rodadura; generalmente se emplean asfaltos líquidos de rápido y medio aerodo (R.C y M.C). El espesor varía aproximadamente entre 4 y 7.5 cm.

d) Mezclas en Planta de Tipo Denso o Abierto, Aplicado en "Frío o Caliente". Para láminas asfálticas, concretos bituminosos, pueden usarse algunos, asfaltos líquidos; pero preferentemente, se emplean cementos asfálticos, cuya penetración, está entre 85 y 200, el espesor es generalmente mayor de 5 cm. recomendándose un espesor máximo de 12.5 cm. 2.4.6.8. SUPERFICIE RASANTE. motorizados

Es la que soporta el tránsito de los vehículos

2.4.7. ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO RÍGIDO. 2.4.7.1. TERRENO DE FUNDACIÓN. Es el terreno que sirve de fundación al pavimento después de haber sido terminado el movimiento de tierras y que, una vez compactado, tiene las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos de diseño. 2.4.7.2. SUB RASANTE. La Subrasante se define como el suelo preparado y compactado para soportar la estructura del pavimento. 2.4.7.3. SUB BASE. Es la capa de material seleccionado que se coloca sobre la Subrasante cuando el terreno de fundación es malo. 2.4.7.4. BASE. Es la capa de material pétreo, mezcla de suelo cemento, mezcla bituminosa o piedra triturada, que se coloca encima de la Subbase cuando el terreno de fundación es malo, Se coloca sobre la Subrasante cuando el terreno de fundación es regular o bueno. 2.4.7.5. CAPA DE RODAMIENTO. Es la capa superior constituida por una losa de concreto de cemento Pórtland, se la coloca sobre la Subrasante cuando el terreno de fundación es Excelente, caso contrario se lo coloca sobre la base. 2.4.8. MÉTODO DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES. 2.4.8.1.

MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO.

Se basa en un tránsito probable durante un período de 20 años,. Referido a una carga por “eje sencillo” de 18000 libras (8280 Kg. aprox.), que es la “carga por eje” en la mayoría de los Estados Unidos y considera además, el valor portante del terreno de fundación, la calidad de los materiales de base, sub-base y capa de rodamiento que se empleen, y los procedimientos constructivos a seguirse. Dicho tránsito, basado en 20 años y referido a una carga por eje sencillo de 18000 lb. se denomina”valor de tránsito para el diseño”, y es determinando en función del “tránsito diario inicial”, que es el promedio, en ambas direcciones, estimado para el primer año de servicio. Para aplicar esta metodología de diseño es conveniente precisar la

definición de: a.

Tránsito Diario Inicial (TDI): Es el promedio del número de vehículos que circulan en una vía, en ambas direcciones, estimado para el primer año de servicio.

b. Valor de Tránsito para el Diseño (VTD): Es el tráfico probable a 20 años, referido a una carga por eje sencillo de 18000 lb., y que se calcula en base al Tránsito Diario Inicial. Merece indicar que el valor de tránsito para el diseño también puede ser determinado mediante métodos estadísticos de proyección, según metodología que propone el mismo Instituto. Considerando este factor de diseño, presentamos, en el siguiente cuadro los Tipos de Tránsito, la clasificación que se ha convenido: CUADRO Nº 2.19 TIPOS DE TRÁNSITO TIPOS

VTD

Tránsito Reducido

Menor a 10

Tránsito Mediano

De 10 a 100

Tránsito Intenso

Mayor a 100

Fuente: Diseño de Pavimentos. F. García Gálvez. c.

Carretera Urbana. Aquella que sirve a una porcentaje elevado de tránsito de automóviles y camiones pequeños.

d.

Carretera Rural. Aquella cuyo tránsito está compuesto, generalmente, de un 85% o más de automóviles y camiones pequeños.

e.

Carreteras Interurbanas. Aquellas que soportan un tránsito de 75% o más de automóviles y camiones pequeños.

f.

Calle. Vía cuyo tránsito se compone, generalmente de un 95% o más de automóviles y camiones pequeños (camiones de reparto, vehículos pick up).

g.

Razón Soporte de California (CBR). Valor de la resistencia portante de la sub-rasante, sub-base, y/o base según el ensayo California Bearing Ratio.

h.

Valor resistente R. Valor de la resistencia soporte de la sub-rasante, sub-base y/o base, según el ensayo o método de Hveen

i.

Relaciones de equivalencia de Espesores de Capas para Materiales de Calidad Diferente: Considerando que los diagramas de diseño que el Instituto del Asfalto ha preparado son para Pavimentos Flexibles cuyas capas de: rodadura, base y sub-base han de ser fabricados con materiales granulares, a los que convenientemente se adicionará productos bituminosos o asfálticos, y teniendo en cuenta que los pavimentos flexibles, también pueden estar compuestos por capas de materiales de características y calidades diferentes (capa de rodadura asfáltica, base y sub-base granulares), se tiene el siguiente cuadro: CUADRO Nº 2.20 EQUIVALENCIA DE ESPESORES CAPA DE

MEZCLA DE CONCRETO

MATERIAL GRANULAR

ASFÁLTICO Base

1

2.0

Sub base

1

2.7

La relación entre base de material granular y sub base de material granular es de: 1 a 1.35

Fuente: Diseño de Pavimentos. F. García Gálvez. 2.4.8.2. METODOLOGÍA DE DISEÑO: a. Con la ayuda del gráfico Nº 4.6, luego de haber definido los valores de los parámetros de Diseño: Valor de tránsito para el Diseño y los valores de soporte del suelo de la sub rasante y materiales a emplear (CBR o R) se procede a la determinación del espesor total de la capa de rodadura y base asfáltica, valor TA, el que debe ser leído con aproximación a ½”. Para ello, en el gráfico correspondiente, con el valor soporte baje una línea vertical hasta interceptar la línea correspondiente al valor del Tráfico de Diseño, y luego tome una línea horizontal a fin de obtener el espesor total (TA). Cabe indicar que la línea A-A de los gráficos se emplea para determinar el espesor mínimo dela mezcla de Concreto Asfáltico correspondiente, tanto a la capa de rodamiento como a la de base. La línea B-B indica si es necesario colocar una capa de base. Así mismo, el Instituto del Asfalto sugiere los siguientes espesores mínimos para la capa de rodamiento de Concreto Asfáltico: CUADRO RODAMIENTO

Nº

2.21

ESPESOR

TRANSITO Reducido Mediano Intenso

MÍNIMO

DE

CAPA

DE

ESPESOR MÍNIMO 1.0” 1.5” 2.0”

Fuente: Diseño de Pavimentos. F. García Gálvez. b. Porción del Espesor Total de Pavimento que puede ser sustituida por una Base Granular. Sí se desea reemplazar por una base granular parte del espesor total de un pavimento (TA) conformado por capa de rodadura y base asfáltica, obtenido del gráficos Nº 4.6, el procedimiento es el siguiente: b.1. Determine el espesor total del pavimento con capa de rodadura y base asfáltica (TA), según la metodología descrita líneas arriba. b.2. Del punto de intersección entre la línea representativa del Valor de Tránsito para el diseño y la línea A-A, trazar una línea horizontal al eje de ordenadas y lea el nuevo valor de TA, este valor es el espesor mínimo de concreto asfáltico que se colocará par la base y la capa de rodadura. b.3. La diferencia entre los dos espesores obtenidos, siguiendo los pasos anteriores da el espesor de concreto asfáltico que podrá ser reemplazado con base granular. Como la relación entre una capa de material granular con una capa de concreto asfáltico es de 2:1, la diferencia obtenida debe ser multiplicada por 2 (factor de equivalencia de espesor para materiales diferentes), logrando así el valor del espesor total de la base granular que puede colocarse en lugar de concreto asfáltico. b.4. Finalmente, determinamos el espesor total de la estructura del Pavimento Flexible, que será igual a la suma del espesor (TA) de concreto asfáltico obtenido según el numeral b.2 y el de la base granular obtenido por el numeral b.3. c. Porción del Espesor Total de Pavimento que puede ser sustituida por Base y Subbase Granulares. Cuando el punto de intersección entre la línea vertical que representa la capacidad portante de la sub rasante y la línea que representa el valor del tránsito para el diseño cae a la izquierda de la línea B-B, el pavimento flexible puede estar constituido con capas de sub base, y base granulares y una base y una capa de rodadura, estas

últimas, de concreto asfáltico; Para llegar a definir esta estructura se procede como sigue: c.1.Determine el espesor total de pavimento flexible con base y capa de rodadura asfáltica, según lo descrito en el item a. c.2.Ubique el punto de intersección entre las líneas que representan el valor de tránsito para el diseño y el de la curva A-A y tomando una línea horizontal hacía el eje de ordenadas obtenga el valor TA, valor que indica el espesor mínimo de concreto asfáltico que debe disponerse si se considera colocar una base granular. c.3.Ubique el punto de intersección entre las líneas que representan el valor de tránsito para el diseño y el de la curva B-B y tomando una línea horizontal hacía el eje de las ordenadas determine el valor TA que debe tomarse como espesor mínimo de concreto asfáltico que ha de colocarse si se considera una sub base granular. c.4.El valor obtenido según c.2, reste el valor leído según c.3, este resultado indica el espesor mínimo de concreto asfáltico que puede ser reemplazado por una base granular, si el espesor mínimo de concreto asfáltico indicado según el numeral c.2, es empleado. c.5.Al espesor TA determinado según c.3. se resta del logrado según c.1., la diferencia da el espesor máximo de concreto asfáltico que puede ser reemplazado por una sub base granular. Para calcular el espesor máximo de la sub base, se multiplica, el valor hallado, por 2.7, valor que es el factor de equivalencia de espesor para materiales de calidad diferente. c.6.Finalmente el espesor total de la estructura del pavimento es la suma de los espesores de sub base, base granular y mezcla de concreto asfáltico, encontrados por los pasos: c.5, c.4 y c.2. VALOR PORTANTE, LIBRAS POR PULGADA, PLACA DE 12 PULGADAS, 02 PULGADAS DE FLEXION 10 REPETICIONES

Pulg.

21

25

30

40

50

60

70

80

90

100

125

25

30

PODER PORTANTE DE CALIFORNIA (C. B. R.) 2

2.5

3

4

5

6

7

8

9

10

15 A

20

3

15

20

25 30 35 40

T ESPESOR TOTAL DE SUPERFICIE Y BASE DE CONCRETO ASFALTICO

B 10

4 5 6

INDICE DE TRÁFICO 1 2

7

10

9

20

10

50

12 14

A

5

8

100 200 500 0 100 0 200 0 500

NOTAS

B

- LA SUSTITUCION DE EQUIVALENCIAS DEBE HACERSE POR TA. - EL PERIODO DE DISEÑO ES DE 20 AÑOS

16 18 ESPESORES EXIGIDOS PARTA ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFALTICO UTILIZANDO CBR O VALORES DE CARGA DE PLACA PARA LA SUBRASANTE.

Gráfico Nº 2.9

2.4.8.3. DISEÑO DE LA

MEZCLA ASFÁLTICA

A. ASFALTOS. El asfalto, es un componente natural de la mayor parte de los petróleos que existen en disolución. El petróleo crudo, se destila para separar sus diversas fracciones y recuperar el asfalto. En los yacimientos naturales, el proceso se ha producido en forma similar y el asfalto en algunos casos, se encuentra prácticamente libre de materias extrañas, mientras que en otras está mezclado con cantidades variables de minerales, agua y otras sustancias. Las rocas saturadas de asfalto que se encuentran en algunos yacimientos naturales se conocen con el nombre de rocas asfálticas.

El asfalto es un material de particular interés para el Ingeniero, por que es un aglomerante resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y durable. Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se combinan usualmente. Aunque es una sustancia sólida o semisólida a temperaturas atmosféricas, puede licuarse fácilmente por aplicación de calor, por acción de disolventes de volatilidad variable, o por emulsificación. B. ASFALTO LIQUIDO. Material asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que salga del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300. Son asfaltos líquidos los siguientes productos: a) CUT BACK. Betún asfáltico que ha fluidificado mezclándolo con disolventes de petróleo. Entre los Cut Backs, tenemos los siguientes: 

ASFALTO DE CURADO RÁPIDO (RC). Asfalto líquido compuesto de betún asfáltico y un disolvente tipo NAFTA o GASOLINA, muy volátil.



ASFALTO DE CURADO MEDIO (MC). Asfalto líquido, compuesto de betún asfáltico y un disolvente tipo KEROSENE, de volatilidad media.



ASFALTO DE CURADO LENTO (SC). Asfalto líquido, compuesto de betún asfáltico y aceites relativamente poco volátiles.

b) ASFALTO EMULSIFICADO. Emulsión de betún asfáltico en agua que contiene pequeñas cantidades de agentes emulsionantes. Los asfaltos emulsionados pueden ser: De tipo aniónico o catiónico, según el tipo de agente emulsionante empleado. c) PINTURA ASFÁLTICA. Producto asfáltico líquido que a veces contiene pequeñas cantidades de otros materiales como negro de humo, polvo de aluminio y pigmentos minerales. d) GILSONITA. Es el tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de rocas o filones de los que se extrae. Los materiales asfálticos de curado rápido, medio y lento se designan usualmente por sus iniciales en inglés: RC, MC y SC, respectivamente. De este modo las dos primeras letras designan el tipo. El grado de fluidez se indica por una cifra que sigue a las iniciales. Según la clasificación original, los asfaltos menos viscosos o más fluidos se designan con el número cero (0) y los números 1, 2, 3, 4 y 5, designan asfaltos progresivamente menos fluidos o de mayor viscosidad al crecer los números. El Instituto de Asfalto, propuso en 1961, una nueva clasificación para los asfaltos líquidos diluidos. Esta nueva clasificación identifica cada grado según el límite inferior de la viscosidad especificada para el mismo a 140F en Centistokes (unidad de viscosidad cinemática). La clasificación anterior identificaba los diversos grados con sufijos que iban de 0 a 5. Los nuevos 12 grados tienen viscosidades aproximadamente intercaladas entre los correspondientes a los 18 grados antiguos. C.

ÁRIDO. Los áridos o agregados para pavimentos bituminosos se emplean combinados con asfaltos de diferentes tipos para la preparación de mezclas de utilización muy diversas. Como los áridos constituyen normalmente el 90% en peso o más de estas mezclas, sus propiedades tienen gran influencia sobre el producto terminado. Los áridos más empleados son piedras y escoria partidas, grava machacada o natural, arena y filler mineral. En la construcción de pavimento asfálticos el control de las propiedades de los áridos es tan importante, como las del asfalto. Generalmente estos agregados o áridos, se dividen en las siguientes categorías: Árido Grueso, retenido en el tamiz Nº 10. Árido Fino, pasa el tamiz Nº 10, y retenido en el tamiz Nº 200. Filler o Llenante Mineral, material muy fino cuya mayor parte pasa por el tamiz Nº 200. Árido Graduados, con una amplia distribución de tamaños, de los más gruesos

a los más finos, siendo el tamaño mayor más grande que el más pequeño. Estos áridos tienen estabilidades propias muy altas y se emplean en las mezclas asfálticos. Los agregados finos consisten en arenas de bancos, de río, de mar o de dunas o en residuos de piedra, grava o escoria triturada. Los llenantes minerales incluyen polvo de piedra caliza, de pizarra, de roca, de sílice, sedimentos naturales, cemento Portland, cenizas, etc. La adecuación de los áridos para su uso en los pavimentos asfálticos se determina por sus características en cuanto a: -

Granulometría.

-

Estabilidad.

-

Resistencia al desgaste.

-

Fricción interna.

-

Limpieza y pureza.

-

Propiedades superficiales

D) COMBINACIÓN DE LOS ÁRIDOS PARA PRODUCIR UNA GRANULOMETRÍA DETERMINADA. Al proyectar mezclas asfálticas, es con frecuencia necesario mezclar varios tipos de áridos para producir una granulometría determinada. Las bases de áridos estabilizados y los hormigones asfálticos son ejemplo usuales de tales combinaciones de áridos. Para producir la granulometría deseada puede ser necesarios de dos a cinco materiales diferentes, de acuerdo a las disponibilidades. Después de obtener la granulometría de los materiales, se calcula el porcentaje que se precisa de cada uno para conseguir una granulometría determinada, sí los áridos empleados pueden dar tal combinación. Al hacer estas combinaciones, es deseable, siempre que sea factible, producir una granulometría que se aproxime lo más posible a la media de los límites de las especificaciones. CUADRO Nº 2.22. REQUISITOS DE GRANULOMETRÍA US STANDARD (ABERTURA CUADRADA) Tamaño en Pulgadas

AGREGADO COMBINADO TOTAL QUE PASA EL PORCENTAJE EN PESO

1"

100

3/4"

-

1/2"

75 - 90

75 - 90

Nº4

50 - 70

50 - 70

Nº10

35 - 50

35 - 50

Nº40

5 - 30

5 - 30

0-3

0-3

2"

1"

Nº200 Espesor de carpeta

100

Fuente: Diseño de Pavimentos. F. García Gálvez. E) MÉTODOS DE DISEÑO. Existen diferentes métodos para proceder a la combinación de dos o más inertes. Así tenemos: El método por tanteos, el método del triángulo, el método de las paralelas, etc. Utilizaremos el Método del Triángulo. MÉTODO DEL TRIANGULO. Es un método racional, elimina tanteos inútiles, permitiéndonos escoger porcentajes convenientes, sin salirnos de las especifica-

ciones que nos darán los menores costos por metro cúbico de mezcla asfáltica y sobre todo permite "visualizar" el problema. El procedimiento es sumamente sencillo, solo se necesita agrupar a los inertes en tres fracciones:  Material grueso, retenido en el tamiz Nº 10  Material fino, que pasa por el tamiz Nº 10 y retenido en el Nº 200.  Material cohesivo, que pasa el tamiz Nº 200

punto.

Con esta agrupación de tamaños se puede representar cada árido como un En la figura de la siguiente hoja, se presenta graficado el triángulo donde cada lado representa las fracciones indicadas anteriormente y que sirven de referencia para ubicar los áridos y las especificaciones. Como ya se dijo, cada material se representa por un punto y las especificaciones por un cuadrilátero, aunque la media de los límites de las especificaciones se puede representar también por un punto. CONTENIDO ASFÁLTICO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS: No existe ningún método universalmente aceptada para determinar la cantidad óptima de asfalto requerido para cualquier mezcla de pavimento. No obstante se ha desarrollado métodos por el contenido asfáltico de las mezclas bituminosos para pavimento, los cuales están siendo usados considerablemente y mezclas bituminosas para pavimento, los cuales siendo usados considerablemente y que son: A) Método del ÁREA SUPERFICIAL O CALIFORNIANO. B) Método de los VACÍOS DE AIRE. Se ha utilizado el método del Área Superficial que nos da el porcentaje del asfalto en peso, del total de la mezcla. El cálculo se hace teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: a) Esta basado sobre el principio de que la superficie de cada partícula de agregada debe ser cubierta con una película de aglomerante asfáltico. El área superficial de las partículas de cualquier agregado puede ser calculada aproximadamente de acuerdo con el análisis granulométrico. b) Cada inerte tiene características diferentes en cuanto a porosidad y poder de absorción, así como su rugosidad o lisura de superficie. es por esto que HVEEM desarrollo empíricamente un grupo de curvas de Índice de Bitumen o Índice Asfáltico (Gráfico que se muestra en la página siguiente), enumeradas del 1 al 5 que se refiere a la textura de las partículas desde dura y lisa (Nº 1) hasta muy ásperas e irregulares (Nº 10) y que sirven para compensar la cantidad de asfalto necesario para recubrir cada tipo de piedra o arena. Entonces, calculando el número de pies cuadrados del área superficial de las partículas, por libra de agregado, se multiplica por le factor obtenido de las curvas de Índice de Bitumen, el cual es el peso necesario de asfalto por pie cuadrado de área superficial. c) El área superficial promedio equivalente del material que pasa por el tamiz y retiene otro, cambiará de acuerdo a los tamices usados, reduciéndose la exactitud cuanto menor sea el número de mallas. Las constantes K se refieren precisamente al área superficial equivalente para determinar el material retenido. d) Todos los experimentos para hallar las constantes empíricas, se han hecho con inertes cuyo peso específico era de 2.65 por lo que todo cálculo deberá ser referido a este valor. e) El porcentaje de peso de asfalto, es decir sin disolventes se encuentra por:

P

2.65 * Area _ Equivalente * Indice _ Asfaltico *100 Peso _ Especifico _ de _ los _ Agregados

Si el asfalto que se quiere usar, tiene un cierto porcentaje de disolvente, entonces se divide el valor hallado entre la cantidad real de asfalto, que hay en la disolución.

Por ser los agregados partículas ásperas e irregulares, se usa la curva Nº 03 para hallar el Índice asfáltico. Las constantes K se tomarán de acuerdo al uso de 10 mallas, para mayor exactitud del área superficial equivalente. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS MÍNIMAS ESTIPULADAS POR EL INSTITUTO DEL ASFALTO: A.

De Compactación del Terreno de Fundación: 1

Para Suelos Cohesivos: en compactación de campo debe lograrse un mínimo del 95% de la obtenida en laboratorio según método AASHO T-180-D. Además el espesor mínimo del terreno de fundación debidamente compactado será: -

Para tránsito Reducido:

6 a 12 pulgadas.

-

Para Tránsito Mediano:

12 a 18 pulgadas.

-

Para Tránsito Intenso:

18 a 24 pulgadas.

Los Suelos cohesivos no expansivos deben ser compactados con 1 ó 2% de humedad menos que el óptimo contenido de humedad hallado en laboratorio, es decir con valores de humedad sobre la rama seca, con la finalidad de tener mejores resultados. Los suelos cohesivos expansivos deben compactarse con 1 a 2% más que el óptimo contenido de humedad, es decir con valores sobre la rama húmeda, a fin de minimizar la expansión. 2

Para Suelos no Cohesivos: La compactación de campo no será menor al 100% dela obtenida en laboratorio según método AASHO T-180-D. El espesor mínimo del terreno de fundación debidamente compactado será: Para tránsito Reducido:

6 a 12 pulgadas.

Para Tránsito Mediano:

12 a 18 pulgadas.

Para Tránsito Intenso:

18 a 24 pulgadas.

Debajo de los espesores anteriormente indicados, el terreno de fundación estará compactado a un mínimo del 95% de la densidad de laboratorio B. De Compactación de la Sub Base: Para todos los tipos de tránsito la compactación de campo debe dar como mínimo el 100% de la densidad obtenida en laboratorio según método AASHO T-180-D. C. De Compactación de la Base y Capa de Rodadura: Tanto las capas de base, niveladora y superficial deben ser compactadas hasta lograr un mínimo del 97% de la densidad de laboratorio según métodos ASTM D-1559, D-1560 y AASHO T-16. D. De Calidad de Materiales para Sub Base Granular: CUADRO Nº 2.23 CALIDAD DE MATERIALES PARA SUB- BASE ENSAYO

VALOR

CBR, mínimo

20

Valor R, mínimo

55

Límite Líquido

25

Índice Plástico, máximo Equivalente mínimo

6

arena,

25

Fuente: Diseño de Pavimentos. F. García Gálvez. E. De Calidad de Materiales para Base Granular: CUADRO Nº 2.24 CALIDAD DE MATERIALES PARA BASE TIPO DE

TRÁNSITO

ENSAYO

REDUCIDO

TRÁNSITO MEDIANO E INTENSO

CBR, mínimo

80

100

Valor R, mínimo

78

80

Límite Líquido

25

25

6

3

30

50

Índice Plástico, máximo Equivalente mínimo

arena,

Fuente: Diseño de Pavimentos. F. García Gálvez. 2.6.

SEÑALIZACIÓN:

2.6.1. GENERALIDADES. La señalización, estudiada por la ingeniería de tránsito, considera la armonía del diseño geométrico de caminos, ya que afecta a la seguridad y facilita la eficiente operación de caminos y calles. Para lograr este último propósito, la ingeniería de tránsito recurre a ciertos dispositivos tales como marcas sobre los pavimentos y marcadores de tránsito. Las señales deben cumplir la condición de ser visibles por el conductor con el tiempo suficiente para que pueda seguir las indicaciones que la señal contiene, sin disminuir la velocidad que en la vía debe mantener. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS: 3.1. MATERIALES Y HERRAMIENTAS: 3.1.1. MATERIAL TOPOGRÁFICO:  Estacas de madera (Longitud 25 cm.)  Pintura (1 galón.)  Comba, brochas, clavos  Libretas de campo  Barrena 3.1.2. MATERIAL Y HERRAMIENTAS PARA LA RECOLECCIÓN DE MUESTRAS (MECÁNICA DE SUELOS Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES)    

Libreta de campo. Picos, palas, barretas Muestreadores. Bolsas de polietileno.

3.1.3. MATERIAL Y EQUIPO DE GABINETE:

      

Papel Sabana : 40 unidades. Papel periódico : 02 millares. Papel canson : 20 m. Papel ozalid : 80 m. Papel bond A4 (80 gr.) : 02 millares. Útiles de dibujo y escritorio Calculadora, computadora, impresora, plotter

3.1.4. EQUIPO TOPOGRÁFICO:  01 Teodolito Electrónico PENTAX ETH – 20F.  01 Nivel de Ingeniero automático PENTAX.  02 Trípodes.  01 Brújula.  01 Altímetro.  01 eclímetro  01 Wincha de lona de 30 m.  02 Miras.  06 Jalones. 3.1.5. EQUIPOS DE LABORATORIO (MECÁNICA DE SUELOS Y TECNOLOGÍA DE MATERIALES)  Taras, tamices, probetas, moldes proctor  Copa de Casagrande.  Espátulas.  Bomba de vacíos.  Balanzas electrónicas de 500 gr. y 5000gr.  Estufas (110° C)  Máquina de los ángeles (abrasión)  Máquina universal (cap. 20 Tn.) 3.1.6. SERVICIOS:  Transporte.  Tipeo e impresión de tesis  Fotostáticas y empastados.  Fotografías.