diseño bicapa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

PAVIMENTOS BICAPA

1. ANTECEDENTES Nadie discute la importancia que tienen las carreteras como infraestructura básica de un país. En el último siglo las tendencias básicas para resolver desde el punto de vista técnico estas carreteras han sido mediante  firmes flexibles, formados por distintas capas, de rigidez decreciente en profundidad, tomando como ligante los materiales bituminosos,  firmes semirrígidos constituidos por capas tratadas o estabilizadas con cemento o  firmes rígidos, basados principalmente en soluciones de losas continuas de hormigón apoyadas

directamente sobre la explanada. Además, en el ámbito internacional, existen intentos minoritarios de soluciones en base a prefabricados de hormigón. En cualquier caso, todas las experiencias señaladas eran fundamentalmente de una solución monocapa de hormigón estructural, sin plantearse soluciones bicapas, una de ellas (la superior) con función de capa de rodadura.

2. INTRODUCCIÓN Independientemente de las características técnicas de estas losas (losas cortas de hormigón en masa o armadas, losas continuas de hormigón armado, etc,), cabe señalar que, salvo actuaciones muy puntuales y excepcionales, las aplicaciones o realizaciones han sido con losas monocapa, esto es, todo el hormigón de la losa era de las mismas características. A la luz de la información reflejada, este informe incorpora diseño de pavimentos bicapa de hormigón especialmente basada basada en la experiencia

austriaca y en las directrices

comunes o generales recogidas en las normativas españolas, en los aspectos de carácter general, por ejemplo, tráficos, tipos de explanada, etc.

3. OBJETIVOS



El objetivo de este informe es conocer el diseño bicapa de pavimentos bicapa de hormigón

PAVIMENTOS

Página 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

4. MARCO TEÓRICO 4.1. DEFINICIÓN Consiste en un riego con gravilla, se aplica una capa de emulsión seguida por una capa de áridos, sobre una superficie acondicionada previamente, este proceso se repite una segunda vez disminuyendo con cada nueva aplicación el tamaño de los agregados. El tamaño medio del árido de cada distribución sucesiva es la mitad o menos del tamaño medio de la capa precedente. El espesor total es aproximadamente igual al tamaño máximo nominal del árido de la primera aplicación. La compactación de cada capa se la realiza en forma inmediata a la extensión del agregado

4.1. USOS: Pueden ser usados como capas de protección sobre caminos estabilizados o como conservación de pavimentos asfálticos. Constituye un método de reparación de la capa de rodadura. Pueden aplicarse sobre una base no asfáltica imprimida o sobre una base asfáltica. Provee una superficie económica y duradera para caminos con base granulares que tienen tránsitos ligeros y de mediano volumen.

4.2. DISEÑO DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL BICAPA: En el diseño del tratamiento superficial bicapa se utiliza agregados chancados y emulsión catiónica de rotura rápida 

AGREGADOS DE CANTERA El procedimiento de chancado se realiza a través de un conjunto de chancadoras y clasificadoras, obteniéndose éstos agregados con las características de acuerdo a las necesidades que se requieren en el servicio. Las características físicas y mecánicas de la cantera debe satisfacer los requerimientos especificados para grava de ½”)



EMULSIÓN CATIÓNICA DE ROTURA RÁPIDA (CRR-2) Debe cumplir con los requerimientos especificados:

DOSIFICACIÓN DEL VALOR DE ASFALTO POR EL MÉTODO LNV  –  LABORATORIO NACIONAL DE VIABILIDAD (Chile) Este método de diseño se basa en el propuesto por “The Asphalt Institute”. Se considera, que en un doble tratamiento, la primera aplicación de agregado determina normalmente el espesor de éste. La segunda aplicación de sirve sólo para llenar parcialmente los huecos superficiales de la primera capa. La forma en que éstos huecos se llenen determinará la textura superficial. El tamaño del agregado de

PAVIMENTOS

Página 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

la segunda aplicación corresponde a la mitad del tamaño del agregado de la primera aplicación. Para determinar la cantidad de asfalto requerida en cada capa de aplicación, se emplea la teoría de volúmenes absolutos. Esta teoría supone arbitrariamente que: a) Las partículas del agregado fino llenan los huecos superiores dejados por el agregado grueso. b) El espesor final es aproximadamente igual al tamaño máximo del agregado grueso. c) Los huecos tienen un volumen absoluto total de 5% a 7%.

DETERMINACIONES BÁSICAS: 

Determinar la densidad bulk (base seca) de la primera y segunda aplicación de agregados ρRS1 y ρRS2, expresados en kg/m3.



Determinar el espesor medio de las partículas de agregados de la primera y segunda aplicación M1 y M2 de acuerdo al procedimiento indicado en Dosificación de Tratamiento Simple.



Determinar el peso volumétrico suelto de la primera y segunda aplicación de agregados ρa1 y ρa2, expresados en kg/m3.



Seleccionar el porcentaje de asfalto en volumen ρb (Tabla 5.1)



Seleccionar el volumen de huecos en el tratamiento determinado v (Tabla 5.1)

Tabla 5.1. % Aslfalto en volumen y % de huecos TRANSITO Estacionamiento Liviano Medio Pesado Muy pesado

veh/dia (*)

%asf. Vol. Pb

% huecos v

5 25 250 S/limite

22 20 19 18 17

5 5 6 7 7

(*) Valor máximo por pista para camiones y buses en la vida de diseño Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile)

PAVIMENTOS

Página 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA 

Determinar la densidad del residuo asfáltico. Pb expresado en kg/m3 y el factor de corrección k. Tabla 5.1. % Densidad y factor de corrección k del asfalto Asfalto

k

Ρb (*) (Kg/m3) 1010 960 1000

CRR-2 RC-250 CA-120/150 (*) Valores más usuales Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile) 

O.85 0.90 1.00

Calculo de espesor medio de las partículas (M) (mm) El espesor medio se calcula de acuerdo a los coeficientes y procedimientos dados en el cuadro siguiente

Tamiz (mm)

ASTM

Tabla 5.1. % Primera capa Ret. % Pasa coeficiente (decimal)

1” 25 100 0.0 ¾” 19 95.4 4.6 ½” 12.5 39.8 55.6 3/8” 9.5 5.2 34.6 4.75 N° 4 1.3 3.9 2.36 N° 8 0.0 1.3 Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile)

0.0 22 15.8 11 7.1 3.6

Espesor (mm) 0.0 1 8.8 3.8 0.3 0.0

El espesor medio es la resultante de la suma de los productos: retenido (decimal) x coeficiente

Tamiz (mm)

ASTM

Tabla 5.2. % Segunda capa Ret. % pasa coeficiente (decimal)

½” 12.5 100 0 3/8” 9.5 93.2 6.8 ¼” 6.3 33.4 59.9 4.75 N° 4 8.2 25.2 2.36 N° 8 0.9 8.1 Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile)

PAVIMENTOS

15.8 11 8.1 7.1 3.6

Espesor (mm) 0 0.8 4.9 1.8 0.3

Página 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

CALCULO DE VOLÚMENES ABSOLUTOS 

Volumen en 1m 2: V=M1



Volumen de huecos: Vv = v x V/100



Volumen de asfalto Vb= V x ρb/100



Volumen 2da. Aplicación V2 = M2 x ρa2/ρRS2



Volumen 1ra. Aplicación de agregado V1 = V – (Vv + Vb + V2)



Asfalto en peso (kg/m2) A= Vb x ρb/ (k x 1000)

DISEÑO RECOMENDADO 

Primera aplicación de agregado (Kg/m2) S1= 1.05 x ρRS1 x V1 x 1/100… (1)



Segunda aplicación de agregado (Kg/m2) S2= 1.05 x ρRS2 x V2 x 1/100…  (2)



Primera aplicación de emulsión (Kg/m2) A1 = 0.55x A… (3)



Segunda aplicación de emulsión (Kg/m2) A2 = 0.45x A… (4) Las ecuaciones (1) y (2) consideran un 5% de pérdida de agregado por pérdida en bordes y traslapos. Las ecuaciones (3) y (4) consideran la aplicación de un 45% del asfalto en la primera aplicación y un 55% del asfalto en la segunda aplicación. Estos valores podrán variar de acuerdo al ligante, geometría, tránsito y clima.

EVALUACIÓN DE CANTERAS: Debe ser un depósito de formación aluvial, cuyos agregados deben ser de forma semiangular. El tamaño nominal máximo de 9”. Un rendimiento de 30.4% de bolonería entre (4”- ¾”) para trituración.

PAVIMENTOS

Página 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

El material de arena es de 51 %. El CBR de estos materiales se encuentra en 88.6%. Abrasión es 27% y sometida la grava al ensayo de durabilidad con sulfato de magnesio obtiene una pérdida de 9%, el peso específico bulk (base seca) de la 3 grava se encuentra en 2 564 g/cm  y el peso unitario suelto seco de la grava es 1 3 369 kg/ m

DISEÑO DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL BICAPA Los agregados presentan los siguientes diámetros máximos: Grava chancada (1ra capa)  – Ømax