memorias de calculo pavimento
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INGENIERIA DE PROYECTOS Y MONTAJES IPM LTDA
Fecha:Octubre
2013
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PROYECTO: CONSULTORIA PARA ESTUDIOS Y DISEÑO XXXXXXXX..
NOMBRE DOCUMENTO: DOSSIER DE INGENIERIA Y MEMORIAS DE CÁLCULO. REVISIÓN: “0”
CIVIL
MEMORIAS DE CÁLCULO DISEÑO DE PAVIMENTO.
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 5
1. GENERALIDADES .............................................................................. 71.1 LOCALIZACIÓN .............................................................................. 7
1.2 CARACTERISTICAS DEL TERRENO .................................................... 8
1.3 TRATAMIENTO DE SUBRASANTE ....................................................... 9
2. TRANSITO VEHICULAR .................................................................... 12
2.1 AFOROS VEHICULARES ................................................................. 12
3. DISEÑO DE PAVIMENTO .................................................................. 22
3.1. NIVEL DE CONFIABILIDAD ............................................................. 22
3.2. DESVIACIÓN ESTÁNDAR, SO. ........................................................ 23
3.3. SERVICIABILIDAD ........................................................................ 243.4. MÓDULO RESILIENTE EFECTIVO DE LA SUBRASANTE. ...................... 25
3 5 COEFICIENTE DE CAPA EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 26
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Tabla resumen de resultados de Laboratorio. ................................ 10
Tabla 2. TPD para la Vía de estudio .......................................................... 14
Tabla 3. TPD para diseño pavimento ........................................................ 16
Tabla 4. Periodos de diseño recomendados por INVIAS en Colombia. ........... 17
Tabla 5. TPD para diseño pavimento ........................................................ 19
Tabla 6. Factor Camión para diferentes vehículos. ...................................... 19
Tabla 7. Proyección Vehicular. ................................................................. 20
Tabla 8. Nivel de confiabilidad por clasificación funcional ............................ 23
Tabla 9. Agua removida por calidad del drenaje ......................................... 31
Tabla 10. Coeficientes de drenaje (Cd) recomendados para pav. Asfalticos ... 31
LISTA DE FIGURAS
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LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. RESUMEN RESULTADOS DE LABORATORIO. ............................... 42
ANEXO 2. ESPECIFICACIONES TECNICAS ESTABILIZACION DE SUELOS CONCAL. ..................................................................................................... 43
ANEXO 3. AFOROS VEHICULARES. ........................................................... 64
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INTRODUCCIÓN
Los pavimentos de concreto asfáltico o flexibles, posibilitan la construcción decarreteras de mejor calidad con niveles de desempeño cada vez más
satisfactorios. El diseño de estructuras de pavimentos ha evolucionado
gradualmente, los mecanismos empíricos aún en estos días juegan un papel
importante. Con la experiencia adquirida a través de los años y una mayor
comprensión de los factores que intervienen en el comportamiento de unpavimento, han sido desarrollados diferentes métodos por distintas
organizaciones para determinar de forma más precisa la estructura de
pavimento que mejor se comporte ante una demanda de tráfico y condiciones
de sitio existentes.
La vía que conecta Yondó hasta los pozos de producción de Casabe Sur,
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En este informe se presenta el Diseño de Pavimento flexible para la vía que
comunica Yondó con Casabe sur, con una longitud aproximada de 7.1 Km. El
diseño ha sido desarrollado atendiendo las condiciones técnicas del proyecto
bajo la metodología AASHTO 93 establecidas en la GUIA PARA EL DISEÑO DE
ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO, 1993, a partir de los resultados del Estudio de
Tráfico del Proyecto y ensayos de laboratorio de Suelos.
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1. GENERALIDADES
1.1 LOCALIZACIÓN
La vía que conecta a Casabe Sur se encuentra localizada con una latitud Norte
de 7°00´00´´y una longitud oeste de 73°56´00´´ aproximadamente. En la
Error! Reference source not found. se muestra la localización general la Vía
a diseñar. La longitud de la vía en estudio es aproximadamente de 7.1Km.
Figura 1. Localización general de la Vía.
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1.2 CARACTERISTICAS DEL TERRENO
La vía se encuentra localizada en un terreno relativamente uniforme y un pocomontañoso, presenta una pendiente general del 3% desde el acceso hasta los
pozos de producción a 7 Km. El tipo de suelo predominante sobre la vía son
arcillas y limos expansivos con alta plasticidad, sus niveles de humedad en
promedio son del 19%. (Ver Anexo 1. Resultados de Laboratorio)
Se debe tener en cuenta que los materiales encontrados en la subrasante de la
vía no son muy beneficiosos para el proyecto, ya que por naturaleza las arcillas
de este tipo provocan efectos nocivos sobre las obras propuestas, presentando
altos niveles de deformación, bajas resistencias, susceptibilidad al agua entre
otras, y afectaría notablemente la estructura de pavimento en este caso.
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1.3 TRATAMIENTO DE SUBRASANTE
Existen muchas formas de estabilizar un material, uno de los métodos
utilizados es mezclar a un material de granulometría gruesa con otro quecarece de esa característica. Sin embargo el proceso en campo es complicado a
la hora de remover el material del terreno. Las opciones más utilizadas en las
subrasantes de vías es mezclar cemento, cal, asfalto entre otros.
El uso de cal para mejorar suelos con plasticidad, aparte de conseguir ese fin,
aumenta también su resistencia a la compresión en función del tiempo. Lacantidad de cal varía en función de la necesidad que se tenga y de las
propiedades del suelo utilizado en la estabilización. Generalmente los
porcentajes de cal utilizados en una estabilización variaran de un 2 a 8% en
peso. Para que la cal reaccione adecuadamente se necesita que el suelo
presente plasticidad (IP>10), y se pueda lograr así la acción puzolánica, que
aglomerara adecuadamente las partículas del suelo. (ASTM C977, 2010)
Para determinar las características del suelo de la vía en estudio, se tuvieron
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En el diseño propuesto se plantea mejorar la subrasante del terreno, para
optimizar los espesores de la estructura de pavimento, utilizando el 4% y 5%
de Cal hidratada en Polvo. Las especificaciones del tratamiento de necesario
para la subrasante se presentan como anexo 2 al final del informe.
Durante el proceso constructivo se recomienda realizar ensayos de laboratorio
para determinar el porcentaje óptimo de Cal que garantice un buen
comportamiento del suelo, equilibrando niveles de Ph superiores a 12 y que el
índice de plasticidad disminuya a 0. (ASTM D6276, 2006) Los valores de CBR
de la subrasante deben ser superiores al 5% en cualquiera de los casos de lo
contrario los espesores de las estructuras de pavimento serían muy grandes y
costosos.
Una vez se ha analizado la subrasante se procede estudiar el tránsito vehicular
que circula por la zona, en el siguiente capítulo se presenta el estudio
correspondiente.
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2. TRANSITO VEHICULAR
El conocimiento del Volumen y tipo de vehículos que circulan en la red de
carreteras, permite determinar el grado de ocupación, las condiciones en que
opera cada segmento de la red y las cargas que soporta el pavimento. Para
conocer la magnitud y variación de volúmenes de transito se realizan conteos
vehiculares o aforos en determinado periodo del año. En vías de alto flujo
Vehicular se realizan constantemente conteos con el fin de determinar la rata
de crecimiento ya que muchas veces depende del tránsito atraído por nuevas
construcciones, nuevos centros de desarrollo, turismo entre otros.
Para determinar el tipo de vía a diseñar en Casabe Sur se realizaron aforos
vehiculares con el fin de poder determinar el tipo de tránsito y las cargas de
diseño.
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Figura 2. Localización de aforo Vehicular.
Como se puede observar no se realizaron aforos al extremo de la vía donde se
localizan los pozos de Casabe Sur, teniendo en cuenta que para salir del sector
los carros retornan por la misma vía.
a. Protocolo de los conteos
Una vez se determina el punto principal de aforo, se ubican dos personas en
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punto de referencia para todas las clases de vehículos, hace que los conteos
por duplicado sean más exactos y eventos como trancones o vehículos
detenidos no afecten el conteo.
3. Realizar una pequeña prueba: Esto con el objetivo de familiarizar al personalcon el trabajo que debe realizar, y de solucionar dudas o preguntas que
puedan surgir.
4. La toma de datos se realiza en el formato que se muestra en el anexo 3
b. Resumen registros vehiculares
Una vez registrados los vehículos en determinado periodo de tiempo se
procede a calcular el transito promedio diario (TPD) en la zona de estudio, en
la Tabla 2 se presenta el resumen de resultados de los aforos realizados en los
7 días. En el Anexo 3 se presentan los formatos y los registros de lainformación tomada en campo.
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tipo de vehículo registrado. A finalizar se calcula el TPD para cada clase de
vehículo.
Es importante resaltar que en el aforo no se tienen en cuenta otros vehículos
de carga pesada que pasan por la vía durante los procesos de movilización delos equipos de workover de los pozos, sin embargo se investigó en la zona con
los ingenieros de operaciones de Ecopetrol e informaron que al menos una
semana durante el mes se realiza la movilización de dichos vehículos pesados.
A continuación se muestran los vehículos de carga utilizados que se deben
adicionar al análisis de cargas vehiculares.
Tracto mulas – Cama bajas: Son los vehículos utilizados para
transportar las retro excavadoras, grúas entre otros. Este tipo de
vehículo es considerado como un camión T3-S2-R2.
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Figura 4. Grúa utilizada eventualmente.
Este tipo de vehículo tiene 2 ejes simples y un eje tándem de rueda doble,
cuenta con 10 llantas, se puede considerar en la clasificación como camión C3
– C4. Se incrementará en un 5% el uso de esto tipo de camión para el diseño.
El TPD obtenido se incrementará en un 10% con el fin de garantizar volúmenes
vehiculares altos que se presentan en determinados periodos del año cuando
aumenta el trabajo en los pozos petroleros, ya que no se tienen registros
históricos del comportamiento vehicular de la vía.
A continuación se presenta en la
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El cálculo tiene como objetivo la cuantificación del número acumulado de ejes
simples equivalentes de 8.2 toneladas (N), que circulan por el carril de diseño
durante un determinado período. Para determinar el periodo de diseño de esta
vía se tuvo en cuenta el TPD y las recomendaciones del INVIAS para
pavimentos Asfálticos como se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4. Periodos de diseño recomendados por INVIAS en Colombia.
Como se puede apreciar la vía que comunica a casabe sur se puede considerar
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DD= Distribución direccional del tránsito de vehículos comerciales (en cifrasdecimales)
DC= Proporción de los vehículos comerciales circulantes en una dirección, que
utilizan el carril de diseño (en cifras decimales)FC= Factor camión
365 = Número de días de un año
Para el cálculo de ejes equivalentes, por carril de diseño, se tuvo en cuenta, la
distribución porcentual de vehículos pesados de acuerdo con las condiciones de
tránsito, con una distribución direccional (Fd) del 50%.
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Tabla 5. TPD para diseño pavimento
El porcentaje de camiones que pasan por la zona es bajo, sin embargo se bebe
tener en cuenta que el daño que producen a la vía es mucho mayor que el
paso de los vehiculos normales (automoviles y Camionetas). Por esta razon se
utilizará el factor camion para vehiculos C3 S3 (para el caso de las tractomulas
Cama baja). Según estudios del Invias se recomienda utilizar un FC = 4.4. Ver
Tabla 6.
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d. Proyección del Tráfico
La tasa de crecimiento para la vía se estima en un 2% teniendo en cuenta que
las condiciones del terreno no presentan características aptas para crecimientode viviendas o comercio. No obstante, se espera que en la medida que
t l d ió d t ól t bié t l t áfi hi l E l
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3. DISEÑO DE PAVIMENTO
El diseño de pavimento que se propone en este estudio considera las
condiciones del terreno natural, sin embargo tiene en cuenta las
recomendaciones de estabilización de suelo con cal; incluye las cargar
vehiculares producto del análisis vehicular realizado en el capítulo anterior. La
metodología de diseño ha atendido las condiciones técnicas del proyecto bajo
la metodología AASHTO 93 establecidas en la GUIA PARA EL DISEÑO DE
ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO, 1993. (AASHTO, 1993)
A partir de lo anterior se procede a diseñar la estructura de pavimento
requerida para este nivel de carga:
3.1. NIVEL DE CONFIABILIDAD
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Tabla 8. Nivel de confiabilidad por clasificación funcional
Considerando la tabla anterior la via se puede considerar como una arteria
Colectora Rural. Se establece para el presente diseño una confiabilidad de 80%
y un Coeficiente de confiabilidad (Zr) de 0.841. Donde Zr es tomado de la
fuente: (Guía para diseño de estructuras de pavimentos, AASTHO, 1993, valor
Zr en función de confiabilidad (R).
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Efectos ambientales
Los factores ambientales pueden afectar el comportamiento de la estructura depavimento en diferentes formas. Los cambios de temperatura y humedad
afectan la resistencia, durabilidad y la capacidad de carga del pavimento y de
la subrasante; por otra parte el envejecimiento, sequedad y el deterioro de los
materiales debido a la intemperie son considerados en la Guía AASHTO 93 en
función de su influencia inherente en los modelos de predicción y
comportamiento adoptados. En el presente diseño, se considerara la utilización
de materiales apropiados y condiciones de drenaje superficial y subterráneo
propicias que minimicen la posibilidad de los efectos ambientales en la
estructura diseñada.
3.3. SERVICIABILIDAD
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El índice de serviciabilidad inicial para pavimento flexible será de 4.2 y el índice
final será de 2.0.
Serviciabilidad Inicial: 4.2
Serviciabilidad Inicial: 2.0PSI = Po – Pf = 2.2
Dónde:
PSI = Es la perdida de servicialidad
3.4. MÓDULO RESILIENTE EFECTIVO DE LASUBRASANTE.
Actualmente los métodos utilizados más comúnmente para el diseño de
pavimentos, como el método AASHTO (American Association of State Highway
and Transportation Officials) consideran que la propiedad fundamental para
caracterizar los materiales que constituyen la sección de un pavimento de una
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cuales van provocando deformaciones en toda la estructura del pavimento. El
módulo resiliente es determinado a partir del Método de Ensayo AASHTO TP
46-94, sin embargo la AASHTO, en su Guía de Diseño de 1993, reconociendo
que muchas agencias no cuentan con el equipo para realizar este ensayo,
recomienda la siguiente correlación para estimar el módulo de resiliencia en
función del CBR, Mr (psi) = 1.500 * (CBR), la cual es considerada razonable
únicamente para suelos de grano fino con un CBR menor de 10%.
En este diseño no se tienen en cuenta los CBR obtenidos en campo por que el
material de la subrasante presenta efectos nocivos sobre la via ya que en su
mayoría son arcillas expansivas con alta plasticidad.
Sin embargo se propone estabilizar el suelo con Cal como se indica en el
capítulo 1 y en las especificaciones técnicas del anexo 2.
3.5. COEFICIENTE DE CAPA EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS.
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3.5.1. Caracterización de los materiales de las capas en pavimento.
Carpeta asfáltica (MDC-2).
Se propone la utilización de una carpeta asfáltica con una mezcla Densa
en Caliente MDC-2 según especificaciones técnicas del INVIAS (artículo450 -02), que presente un Coeficiente estructural, a1 = 0.44 promedio.
- Estabilidad Marshall
- Capa de rodadura: 9000 N (2000lb)
- Capa intermedia: 8100 N (1800lb)- Módulo resiliente: 3102.64 MPa (450,000psi)
Base granular
Para la base granular a ser utilizada en la estructura de pavimento se propone
un CBR mínimo de 80% para una densidad mínima del 95% con relación a la
máxima obtenida en el ensayo proctor Modificado. Utilizando la carta
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Hugh A. Wallace y J. Rogers Martin en su libro Asphalt Pavement Engineer,
recomiendan un CBR mínimo de 20% para las capas de subbase, sin embargo,
experiencias en nuestro pais han demostrado que una subbase granular con
materiales apropiados y construida de manera adecuada dan como resultado
valores de CBR superiores a 30%. Por lo anterior, se propone un CBR mínimo
de 30% para la capa de subbase, con lo cual se obtiene:
- Coeficiente estructural, a3 = 0.10
El espesor mínimo para una Sub-base granular debe ser de 15 cm.
3.5.2. Características estructurales del pavimento
Número estructural
La resistencia del pavimento se representa por SN, el cual es función delespesor de las capas, de los coeficientes estructurales de ellas y del coeficiente
de drenaje
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Figura 6. Componentes estructurales del pavimento
Fuente: Elaboración propia
SN = a1*D1+ a2*D2*m2+ a3*D3*m3
D1,2,3 = espesores de capas asfálticas, base y subbase respectivamente
(pulgadas)
ai = coeficiente estructural de capa i, dependiente de su módulo:
mi = coeficientes de drenaje para capas no estabilizadas, dependiente deltiempo requerido para drenar y del tiempo en que la humedad se encuentre en
niveles cercanos a la saturación C.
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pavimento. Para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte deben
considerarse los siguientes aspectos:
Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento.
Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o cuneta.
Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contracunetas, subdrenajes, etc.
Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos
en el mismo, como pueden ser:
Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados Reducción de la resistencia de la subrasante
Expulsión de finos
Levantamientos diferenciales de suelos expansivos
El valor del coeficiente de drenaje utilizado en el diseño de pavimento está
dado por variables que son:
a) La calidad del drenaje, que viene determinado por el tiempo que tarda el
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Se establecen a partir de la calidad del drenaje y del tiempo que se considera
que el pavimento puede encontrarse con una cantidad de agua cercana a la
saturación
Tabla 9. Agua removida por calidad del drenaje
Calidaddeldrenaje
El agua seremueve en
Excelente 2 - 4 horas
Bueno 12 - 24 horas
Normal 3 - 6 días
Malo 18 - 36 díasMuy Malo Más de 36 Días
Fuente: Elaboración propia
Teniendo en cuenta la tabla anterior se escoge el coeficiente de drenaje con la
siguiente tabla:
Tabla 10. Coeficientes de drenaje (Cd) recomendados para pav. Asfalticos
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4. DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAS DEPAVIMENTO PROPUESTAS
En este estudio se proponen tres estructuras diferentes de pavimento flexible
que dependen del comportamiento del suelo de la subrasante. Como se explicó
en el Capítulo 1 el tipo de suelo predominante en la zona son arcillas
expansivas con altos índices de plasticidad, y pueden generar altas
deformaciones sobre la vía. No se recomienda trabajar el suelo en estado
natural por que los espesores de la base y sub base resultarían muy costosos
para el proyecto.
Se espera que al mezclar el suelo con Cal, según las especificaciones del anexo
2. Dentro de las especificaciones se debe tener en cuenta que el CBR mínimo
de diseño es del 5%, sin embargo este valor puede aumentar, dependiendo de
la reacción química entre el suelo y la Cal, hasta obtener un CBR del 8%, para
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Psi Final 2
So 0.45
Teniendo en cuenta la ecuación de la AASHTO 93 se procede al calcular losespesores requeridos para las estructuras recomendadas: (CBR de la sub-
Rasante 5%, 6% y 8%).
Diseño Estructura 1: CBR Sub-rasante = 5%
Teniendo en cuenta los resultados anteriores se observa que la estructura
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Diseño Estructura 2: CBR Sub-rasante = 6%
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Figura 8. Esquema general de Estructura 2
Diseño Estructura 3: CBR Sub-rasante = 8%
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Figura 9. Esquema general de Estructura 2
Se espera que el tratamiento del suelo con Cal entre el 4% y el 5% presente
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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La vía que comunica Yondó y casabe Sur, presenta solicitaciones de
carga medias, sin embargo el mal estado actual de la vía se debe
atribuir en mayor proporción al tipo de material encontrado en la
subrasante actual.
Se tomaron muestras de material de la sub-rasante a lo largo de la vía a
una profundidad de 1m y 1.2m aproximadamente, y se analizaron 2
muestras por kilómetro obteniendo un total de 14 muestras, distribuidas
uniformemente a lo largo de la vía; este proceso se realizó el fin de
caracterizar por sectores la vía existente y proponer los diseños de
pavimento requeridos. Sin embargo al analizar los resultados de
laboratorio se observó que el tipo de suelo a los largo de los 7.1Km no
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Se recomienda realizar los ensayos de laboratorio de la mezcla de suelo
y Cal para los cuatro tramos propuestos, con el fin de optimizar el
porcentaje de Cal y garantizar las condiciones de la subrasante
estabilizada. Se espera que con porcentajes entre el 4% y 5% de Cal los
cuatro tramos alcancen las condiciones ideales. (Ver Figura 10 –
Tramos sectorizados)
Figura 10. Tramos de Vía – Ensayos de laboratorio
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Hidráulico) con el fin de garantizar el buen comportamiento de la
estructura y su vida útil.
Se recomienda hacer mantenimiento rutinario a la vía (Limpieza de
cunetas, alcantarillas, entre otros) para evitar el deterioro por efecto
ambiental; adicionalmente se recomienda señalizar todos los tramos
para garantizar la seguridad en la misma.
Se recomienda hacer pruebas de calidad a los materiales puestos en
obra para que el comportamiento de las estructuras sea el esperado.
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6. BIBLIOGRAFIA
ASTM C977, I. (2010). Standard Specification for Quicklime and Hydrated Limefor Soil Stabilization. USA & CANADA: ASTM.
ASTM D6276, I. (2006). Standard Test Method for Using pH to Estimate the
Soil-Lime Proportion Requirement for Soil Stabilization. USA & CANADA:
ASTM.
HUEZO MALDONADO, H. M., & ORRELLANA MARTINEZ, A. C. (2009). Guíabasica para estabilización de suelos de cal en caminos de baja intensidad
vehicular. San Salvador: Universidad de el Salvador.
AASHTO – American Association of State Highway and Transportation Officials.
(1993). Guide for Design of Pavement Structures, Washington, D. C.
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ANEXO 1. RESUMEN RESULTADOS DE LABORATORIO.
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ANEXO 2. ESPECIFICACIONES TECNICAS ESTABILIZACION DE SUELOSCON CAL.
ESTABILIZACIÓN CON CAL
OBJETIVO
Este trabajo consiste en el mejoramiento de suelos de subrasante, subbases o
bases con cal, la determinación de las características que deben cumplir los
materiales involucrados y el proceso constructivo de acuerdo con las cotas de
diseño. La cal se puede aplicar para mejorar suelos demasiado húmedos,mejorar la plasticidad de un “suelo no tolerable” y convertirlo en un “suelo
adecuado”, aumentar la resistencia mecánica del mismo, aumentar la
trabajabilidad del suelo y reducir su potencial de hinchamiento.
ALCANCE
Presentar las características de los materiales que hacen parte de una
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El Constructor es el responsable de los materiales que suministre para la
ejecución de los trabajos y deberá realizar todos los ensayos que sean
necesarios, en adición de los que taxativamente se exigen en esta Sección,
para garantizarle al Instituto de Desarrollo Urbano la calidad e inalterabilidad
de los agregados por utilizar. En el caso de suelos granulares el tamaño
máximo no podrá ser mayor de setenta y cinco milímetros (75 mm), ni
superior a la mitad (1/2) del espesor de la capa compactada.
TABLA A1. 1. Características que debe cumplir el material in situ para
estabilizarlo con cal
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TABLA A1. 2. Granulometría del material pulverizado para estabilizar con cal
PROPIEDADES FÍSICO QUÍMICAS DE LA CAL
La cal recomendada para procesos de estabilización es la Cal hidratada
(Hidróxido de calcio- Ca[OH]2 que se puede adicionar como lechada de cal o
en forma granulada. La cal hidratada reacciona con las partículas de arcilla del
suelo o material y desarrolla una condición cementante en esta mezcla. En los
suelos finos la cal disminuye la susceptibilidad al agua.
La cantidad de cal se debe determinar según las normas de ensayo INV E-805-
07 e INV E 804 07 según la necesidad de aplicación La esistencia de me clas
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Si por alguna razón la cal ha fraguado parcialmente o contiene terrones del
producto endurecido, no podrá ser utilizada.
PROPIEDADES DEL AGUA
El agua que se requiera para la estabilización deberá ser limpia y libre de
materia orgánica, álcalis y otras sustancias perjudiciales. Su pH, medido de
acuerdo con norma de ensayo ASTM D-1293, deberá estar entre cinco y medioy ocho (5.5 y 8.0).
PROPIEDADES DEL AGREGADO DE ADICIÓN
Cuando se requiera ajustar granulométricamente la capa estabilizada, elmaterial de mejoramiento deberá cumplir con las características establecidas
en la sección 400 de las presentes especificaciones
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- Límites de Atterberg
- CBR del material que se va a mejorar
- El contenido óptimo de cal
- La resistencia a la compresión inconfinada (Rd)
- El valor máximo de la densidad (De)
- CBR del material mejorado
- Resistencia a la compresión simple después de la estabilización
- Tiempo y condiciones de curado
La aprobación por parte del Interventor, del porcentaje óptimo de agua para
mezcla y compactación, del diseño y de la fórmula de trabajo, no exime alConstructor de su plena responsabilidad de alcanzar con base en ellos la
calidad exigida.
La fórmula de trabajo establecida en el laboratorio se podrá ajustar con los
resultados de las pruebas realizadas durante la fase de experimentación.
Igualmente, si durante la ejecución de las obras varía la procedencia de alguno
de los componentes de la mezcla, se requerirá el estudio de una nueva fórmula
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la prueba de expansión, para verificar el cambio del índice de Soporte en el
material estabilizado en relación con el del material sin estabilizar. Esta será la
mezcla de referencia para la elaboración de probetas para el diseño y la
medición de los diferentes ensayos de control de calidad.
TABLA A1. 4. Condiciones recomendados en la preparación previa de mezclacon cal para determinar la proporción aproximada de la misma.
Preparación de probetas
La elaboración de la mezcla, el curado y la evaluación de la resistencia se
realizará de acuerdo con la norma de ensayo INV E-801-07.
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TABLA A1. 5. Condiciones de calidad de las capas estabilizadas con cal
Curado de probetas
Una vez preparadas las probetas, se deben curar dentro de los moldes en la
cámarahúmeda, la cual debe ser capaz de mantener una temperatura de 23.0
± 1°C (73.4 ± 2.0°F) y una humedad relativa no menor del 96%. El curado
inicial se debe realizar por 24 horas o más si es necesario, para permitir la
utilización del extractor de las probetas compactadas. Devuélvanse las
probetas luego de extraídas, a la cámara húmeda y evítese que goteen durante
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a) Las probetas para compresión inconfinada deben ser sumergidas por 4
horas en agua a temperatura entre 22 y 25oC antes de la prueba.
b) La aplicación de carga para medir la resistencia a la compresión inconfinada
debe hacerse a una tasa de aplicación de carga de 140 +/- 70 kPa/s (norma de
ensayo INV E-809-07).
c) El valor de la resistencia a la compresión inconfinada se calcula mediante la
siguiente
Fórmula:
Dónde: RCI = resistencia a la compresión inconfinada, MPa
P = carga máxima aplicada, N
d = diámetro de la probeta, mm
230.4.5 Ensayos complementarios
Una vez se tenga definida la mezcla de diseño se debe realizar el ensayo de
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Si la utilización de la capa existente en la vía está prevista, deberá contarse
con elementos apropiados para su escarificación. Salvo autorización escrita del
Interventor, la motoniveladora no podrá emplearse en trabajos de mezcla sino
únicamente en los de conformación.
Si los documentos del proyecto, en virtud de la magnitud de la obra, exigen la
preparación de la mezcla en una planta, dichos documentos deberán establecer
en detalle las características de la planta y el procedimiento para la ejecución
de los trabajos.
REQUERIMIENTOS DE EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS
La estabilización con cal considera básicamente el siguiente proceso
constructivo:
Pulverización del suelo
Esparcimiento de cal
Adición de agua y mezclado
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Preparación de la superficie existente
La ejecución de los trabajos se realizará con cal hidratada mezclada con el
material que se va a estabilizar (subrasante, subbase o base) en sitio o en
planta. Es conveniente que la superficie que se va a mejorar no tenga
sobretamaños o elementos extraños como materia orgánica, para lo cual se
recomienda su remoción. El alistamiento de la superficie contempla la
escarificación de la misma para que exista una mayor área de contacto
superficial de suelo o material granular con la cal en el momento de la
estabilización.
Si se emplea una recicladora para el proceso de estabilización este paso se
omite, porque el equipo realiza la pulverización directamente.
Es conveniente realizar un premezclado del material que se va a estabilizar con
la cal hidratada sin adición de agua, ésta solo se le adicionará cuando los dos
anteriores se hayan integrado. Esto con el ánimo de una mezcla más
homogénea.
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La cantidad de cal necesaria para estabilizar el suelo se determina en
laboratorio con anterioridad y se aplica en el terreno la fórmula de trabajo. Si
la proporción de cal y suelo es apropiada el PH del suelo debe aumentar por
encima de 10,5. Este valor se puede controlar en campo con ayuda de un
peachimetro.
Colocación de Lechada de Cal
Cuando el proceso de estabilización se realiza con lechada de cal se coloca
directamente del carro o equipo (estabilizadoras) que realizará la operación.Igualmente se puede realizar el mezclado en un mezclador compacto con
motor cargando agua a 70 p.s.i. y cal hidratada en una proporción agua:cal en
peso aproximada de 65:35. Con este proceso queda realizada la lechada y lista
para bombear en el sitio.
Si la lechada se elabora en planta el tanque se transporta en un remolque
adaptado para ello tráiler convencional y se bombea en el sitio.
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Durante el proceso constructivo se recomienda adicionar de 2 a 3% más de
agua a partir del valor óptimo obtenido en el ensayo de proctor estándar o
modificado según el caso. Esta condición aplica para los dos procesos de
adición: en forma granulada o en forma de lechada. Cuando se tiene suelos
con plasticidades muy altas (arcillas plásticas) se recomienda realizar el
mezclado en dos etapas, de tal manera que exista entre una y otra una
diferencia de 24 a 48 horas para permitir un fraguado inicial y facilitar la
pulverización
de estas arcillas. Finalmente se debe dar el acabado final y compactar paraevitar el la pérdida de agua por evaporación. Una vez se logra la
homogenización del material suelo-cal, se debe tomar el PH en campo. Esto es
posible con un peachimetro que indique los valores por coloración, la mezcla
será homogénea cuando el PH sea uniforme y tenga el valor mínimo estipulado
en esta especificación.
Material granular de aporte en su totalidad
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con lo que se prescribe en la unidad de obra correspondiente, el Constructor
realizará las correcciones necesarias, a satisfacción del Interventor.
Material granular del sitio
Antes de iniciar el proceso de construcción de la capa de material estabilizado
con cal, deberá comprobarse que el material que queda debajo del espesor por
estabilizar presenta adecuadas condiciones de capacidad de soporte, densidad
y espesor, siguiendo los procedimientos y requisitos que se indiquen en los
documentos del Contrato.
Si estas condiciones no se cumplen, el constructor deberá efectuar las mejoras
en los materiales de apoyo. El costo de las labores de mejoramiento de los
materiales de apoyo o de modificaciones en el diseño de la estabilización se
pagarán según otro ítem definido o acordado en el Contrato.
El material del sitio por estabilizar se deberá escarificar en todo el ancho de la
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permitan obtener la sección compactada indicada en los planos u ordenada por
el Interventor.
El material granular se dispondrá en un cordón de sección uniforme, donde
será verificada su homogeneidad. Si la capa se va a construir mediante
combinación de varios agregados granulares, éstos deberán haber sido
mezclados en la planta, por cuanto no se admite su combinación en la
superficie de la vía; se exceptúa el caso en que se requiera mezcla de material
de aporte con material del sitio, situación en la cual se puede efectuar la
mezcla en el sitio. En caso de que sea necesario humedecer o airear el materialpara lograr la humedad de compactación, el Constructor empleará el equipo
adecuado y aprobado, de manera que no perjudique a la capa subyacente y
deje una humedad uniforme en el material.
Una vez pulverizado y homogenizado, el agregado granular deberá
conformarse a la sección transversal aproximada de la calzada, con el empleo
de moto niveladora.
Para obtener mejores resultados en el proceso de mezclado se recomienda
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de cuatro horas desde el inicio de la preparación de la superficie hasta la
compactación.
Producción de la mezcla en planta
Las operaciones de almacenamiento, manejo de agregados en patio,
transporte y la colocación en las tolvas de la planta, deberán efectuarse
tomando todas las medidas necesarias para evitar segregaciones o
contaminación de los mismos. Así mismo, el proceso de alimentación de las
tolvas deberá buscar que el contenido de éstas se encuentre siempre entre el
cincuenta y el cien por ciento (50% a 100%) de su capacidad, sin rebosar su
capacidad máxima.
Los dispositivos de mezcla en la planta deben ser capaces de garantizar la
completa homogenización de los componentes. El tiempo mínimo de mezclado
se fijará de acuerdo con los resultados obtenidos en las primeras pruebas deelaboración de mezcla.
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variaciones de humedad. La mezcla podrá transportarse en camiones
mezcladores o en volquetas; en este último caso, la mezcla se cubrirá siempre
con lonas o cobertores adecuados para evitar emisión de partículas finas de
cal.
COMPACTACIÓN
La mezcla suelo–cal se debe compactar de acuerdo con la energía de
compactación determinada en laboratorio y el porcentaje óptimo de agua del
proctor estándar (suelo fino) o modificado (bases y Subbases granulares)
según el tipo de material que se esté estabilizando.
Se debe cumplir con la densidad seca máxima de laboratorio de la mezcla
suelo-cal. La compactación debe iniciar una vez termine la mezcla final
previendo que no demore más de dos horas para evitar deshidratación
acelerada de la mezcla. Si por alguna razón el proceso se demora más tiempose recomienda realizar una compactación ligera y mantener la mezcla
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durante siete días en una dosificación de 0,4 a 1,4 l/m2. Durante el tiempo de
curado no se debe permitir el paso de vehículos sobre la capa estabilizada.
Cuando el proceso de curado finaliza el equipo de transporte no debe dejar
ahuellamiento ni señales de daños (fisuras).
RECEPCIÓN Y SELECCIÓN DE LA BASE ESTABILIZADA CON CAL
Compactación
La compactación se realizará como se describe a continuación. Para el control
de la calidad tanto en la producción como en el producto terminado de lascapas granulares o subrasantes estabilizadas con cal, se considerará como
"lote", que se aceptará o rechazará en bloque, la menor área construida que
resulte de los siguientes criterios:
- Doscientos cincuenta metros lineales (250m) de capa estabilizada con cal
compactada.
- Un mil setecientos cincuenta metros cuadrados (1750 m2) de capa
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hectómetro lineal. Se deberán efectuar, como mínimo, cinco (5) ensayos por
lote. Para el control de la compactación de una capa de subrasante, subbase o
base estabilizada con cal, la densidad promedio de la muestra que representa
al lote (Dm), se deberá comparar con la máxima (De), obtenida sobre una
muestra representativa del mismo material
Si se Acepta el lote
Si se Rechaza el lote
Siendo:
Dm = Valor promedio de los resultados de los ensayos de densidad en el
terreno que integran la muestra que representa al lote.
∑
Di =Resultado de un ensayon = Número de ensayos de densidad en el terreno que integran la muestra.
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De= Valor máximo de la densidad, obtenido según la norma de ensayo INV E-
806-07
“Relaciones humedad-masa unitaria de mezclas de suelo-cal”, realizado
durante el diseño de la mezcla.
La densidad de la capa compactada podrá ser determinada por cualquier
método aplicable de los descritos en las normas de ensayo INV E-161-07, E-
162-07 y E-164-07, que permita hacer la corrección por presencia de
partículas gruesas, si el material lo requiere.Las verificaciones de compactación se deberán efectuar en todo el espesor de
la capa que se está controlando.
Si el lote es rechazado, el Constructor deberá levantar la capa mediante
fresado y reponerla, a costa y cargo suyo, a satisfacción plena del Interventor.
El material fresado será de propiedad del Constructor.
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El incumplimiento de alguno de estos requisitos trae como consecuencia el
rechazo del lote.
Lisura
La uniformidad de la superficie de la obra ejecutada, se comprobará con una
regla de tres metros (3 m) de longitud, colocada tanto paralela como
normalmente al eje de la vía, no admitiéndose variaciones superiores a quince
milímetros (15 mm) para cualquier punto que no esté afectado por un cambio
de pendiente según el proyecto geométrico.
Todas las áreas de capas granulares estabilizadas con cal donde los defectos
de calidad y terminación excedan las tolerancias de esta especificación,
deberán ser corregidas por el Constructor, a su costa, de acuerdo con las
instrucciones del Interventor y a plena satisfacción de éste.
MEDIDA Y PAGO
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El precio unitario de la capa de material granular estabilizado con cal deberá
cubrir, además, los permisos y licencias de toda índole que sean requeridos
para la obtención de los materiales, su transporte y la correcta ejecución de los
trabajos, así como los costos de la fase de experimentación y los costos de
todos los muestreos y ensayos, con excepción de aquellos ensayosconsiderados especiales para los cuales se establecen ítems de pago
específicos o en las especificaciones particulares del proyecto; los costos del
riego de curado y todo costo adicional en el cual se incurra para la realización
completa y a satisfacción de los trabajos descritos en la presente Sección.
La preparación de la superficie existente se considera incluida en el ítem
referente a la ejecución de la capa a la cual corresponde dicha superficie y, por
lo tanto, no habrá lugar ítem de pago separado por este concepto. Si aquel
ítem no está previsto en el Contrato suscrito, el Constructor igualmente deberá
considerar el costo de la preparación de la superficie existente dentro del ítem
objeto del pago de la presente Sección.
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ANEXO 3. AFOROS VEHICULARES.
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