cemex - manual de pavimentos de concreto

CAPITULO 1 - INTRODUCCION1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETOLas crecientes necesidades de desarrollo, la bsqueda de soluciones perdurables y la demanda de contar ms y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernizacin y ampliacin de la red carretera de Mxico se est especificando el uso de pavimentos del concreto hidrulico bajo estndares internacionales de calidad. a).- ANTECEDENTES La extensin territorial de Mxico cuenta con una gran diversidad de climas, tipos de suelos, zonas ambientales y etnias, su heterogeneidad nos ha ido marcando el camino del desarrollo y crecimiento, de alguna manera esta diversidad ha influido en la conformacin de nuestra infraestructura carretera. En Mxico tenemos aproximadamente 95,000 km de caminos pavimentados cuyas condiciones de servicio no son las ptimas, de hecho la mayora de ellos esta catalogado por las propias autoridades como pavimentos en regulares y malas condiciones. Una razn importante del bajo nivel de servicio es debido a que estas carreteras se proyectaron, disearon y construyeron en su mayora entre los aos de 1925 a 1970. La red estuvo proyectada para soportar cargas vehiculares que varan entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad llega a tener camiones cargados los cuales en algunos casos alcanzan a pesar hasta 60 toneladas. Adems de no considerar el aumento en los pesos de los vehculos, no se consider tampoco el crecimiento del trnsito de camiones pesados en la red, ya que se considero en el diseo el trfico diario que anteriormente se tena y que variaba entre los 500 y 1,000 vehculos, sin embargo en la actualidad se tienen valores significativamente mayores de hasta 15,000 vehculos. Antes del ao de 1993 la especificacin y construccin de pavimentos de concreto hidrulico en Mxico fue relativamente escasa. Se considera que esto se debi principalmente a que nuestro pas es un importante productor de petrleo y por consiguiente de asfalto y como anteriormente exista un subsidio importante en el precio del asfalto, los pavimentos asflticos en nuestro pas resultaban en costo muy inferiores a los del concreto hidrulico. Adicionalmente exista una gran desinformacin y desconocimiento sobre el diseo y construccin con nuevas tecnologas de los pavimentos de concreto hidrulico. Otro factor importante es que cuando se disearon los caminos de Mxico para el trnsito que se pensaba tenan que soportar, los pavimentos de asfalto parecan ser una alternativa suficiente.

1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 1

Ante la preocupacin acerca del deterioro de las carreteras en la red y considerando los puntos anteriormente planteados la Secretara de Comunicaciones y Transportes (SCT) se dio a la tarea de buscar soluciones alternativas a tal situacin que pudieran soportar adecuadamente las cargas y el volumen de trfico pesado buscando que los niveles de servicio permanecieran en buen nivel durante perodos mayores. Tales exigencias orientaron a la SCT a la solucin con pavimentos de concreto hidrulico, que representaban un costo razonable, con una capacidad estructural adecuada tanto para el volumen de trnsito como para la intensidad del mismo y un perodo de vida costeable de acuerdo a la magnitud de la inversin.

b).- TECNOLOGIA Para satisfacer la demanda de disear, especificar y construir los pavimentos de concreto hidrulico con las mejores tecnologas a nivel mundial y con altos estndares en sus especificaciones, tubo que llevarse a cabo un programa de capacitacin intensivo y avanzado para los tcnicos e ingenieros especificadores, esto se logr con el apoyo de la iniciativa privada mexicana interesada en el desarrollo de la infraestructura del pas con base en este tipo de pavimentos. Este tipo de capacitaciones se ha seguido desarrollando tanto en Mxico como en el extranjero. Se realiz una revisin exhaustiva sobre los tipos de maquinaria que estaban disponibles en el mercado internacional para realizar estas tareas, tanto plantas de mezclado central para la elaboracin del concreto con la calidad y en las cantidades necesarias para lograr altos rendimientos en la pavimentacin, as como pavimentadoras de cimbra deslizante con las caractersticas necesarias para lograr altos niveles de servicio, seguridad y confort. Se analizaron tambin las ventajas y desventajas de unas marcas de equipos con respecto a otras, la experiencia de las empresas dedicadas a la fabricacin de estos equipos, la facilidad con la que dichas empresas podran ofrecer los servicios de capacitacin, refacciones y mantenimiento para dichos equipos, e incluso la posibilidad de desarrollar representantes locales de dichas empresas para dar servicio en Mxico. De igual forma se trabajo en lo referente a equipos para dar el texturizado final al pavimento de concreto, las maquinas cortadoras para conformar los tableros de losas, los diferentes tipos de discos para estos cortes, y algunos otros equipos de medicin de las caractersticas fsicas de los pavimentos. Terminados los anlisis anteriores se importaron los equipos seleccionados a nuestro pas y se dio inicio propiamente al desarrollo de este tipo de soluciones.


Figura 1.1 1 Introduccin Tecnologa Pavimentadora de Cimbra Deslizante

c).- EVOLUCION Ante la globalizacin se hicieron ms imperantes las necesidades de contar con una infraestructura que permita el desarrollo de la actividad econmica y social del pas. En el ao de 1993 la SCT con el apoyo de Cementos Mexicanos construy la primera carretera de concreto hidrulico con el uso de especificaciones internacionales y las nuevas tecnologas de pavimentacin, siguiendo estrictas normas de calidad tanto en la produccin como en el tendido del concreto y contemplando una serie de alternativas en las especificaciones que permitiran establecer posteriormente situaciones comparativas que permitiran establecer adecuadamente las caractersticas ideales en las especificaciones de los pavimentos de concreto hidrulico. As en 1993 el libramiento Ticumn ya era una realidad en concreto hidrulico, con una longitud de 8.5km. A partir de este proyecto y con los resultados programados que se fueron obteniendo del mismo, se continuo con la especificacin y construccin de algunas otras carreteras de concreto hidrulico en el pas, de tal forma que al final de 1994 ya se haban iniciado los trabajos en los tramos de las Autopistas Guadalajara Tepic, Tuxpan Tihuatln y Tihuatln Poza Rica, as como el primer tramo de la Crdenas Agua Dulce. A pesar de la crisis econmica que sufri el pas, para el ao de 1995 ya se estaban realizando los trabajos de algunas carreteras como: Yautepec - Jojutla, Atlapexco Tianguistengo, Jiutepec Zapata y un tramo de la Autopista Quertaro San Luis Potos.1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 3

Durante el ao de 1996 se construyeron tambin de concreto los tramos: Entronque Aeropuerto de San Luis Potos Entronque Libramiento de San Luis Potos, Libramiento de San Luis Potos El Huizache y el tramo Aeropuerto de Ixtapa Zihuatanejo. Para los aos de 1997 y 1998 se especificaron y construyeron los siguientes tramos: Autopista Pirmides Tulancingo, un segundo tramo de Ixtapa Aeropuerto, el Libramiento Ruta Dos en Nuevo Laredo, la Autopista Cancn Tulum, la Autopista Huizache Matehuala, tres tramos de la Autopista Quertaro Palmillas, el Libramiento Uman en el estado de Yucatn, el Libramiento Rincn de Romos en el estado de Aguascalientes, Boulevard Aeropuerto La Paz y el tramo de Chihuahua Aldama. En este perodo se realiz una ampliacin a la aeropista del aeropuerto de Mrida con la tecnologa del concreto hidrulico. Para 1999 se estuvieron realizando por iniciar los trabajos de construccin de los tramos de: la Autopista Rosario Escuinapa en el estado de Sinaloa, Aeropuerto Vallarta Ro Ameca en Jalisco, Ro Ameca - Cruz de Huanacaxtle en Nayarit, el segundo tramo de la Crdenas Agua Dulce en Tabasco, la carretera Yautepec Oacalco, el tramo Poxila Lmite de Estados en Yucatn, Libramiento de Colima, Chajul Flor de Caf en el estado de Chiapas, Entronque Feliciano Lzaro Crdenas Michoacn, Acceso al Puerto Fronterizo Laredo puente Internacional III, Matehuala San Roberto y San Roberto Puerto Mxico en el estado de Nuevo Len, el acceso al puerto de Altamira (API), las laterales del Paseo Tollocn en Toluca Estado de Mxico, los tramos de Huayacocotla y la Chinantla en Veracruz, el Libramiento Nororiente de Quertaro, as como la aeropista del aeropuerto de Kaua en el estado de Yucatn.


Figura 1.1 2 Introduccin Evolucin Autopista de Concreto Hidrulico

Como se ha descrito en la informacin presentada anteriormente el crecimiento y evolucin de los pavimentos de concreto hidrulico ha aumentado de una manera que resulta muy favorable para el pas, por las ventajas que los mismos representan, esto ha propiciado que la demanda de caminos de excelente calidad haya ido en aumento. En la siguiente grfica se muestra el comportamiento del consumo de concreto hidrulico para la construccin de carreteras.


VOLUMEN DE CONCRETO EN CARRETERAS1,500.0 1,250.0 1,000.0Miles de m3

1,496.3

1,192.2 908.4

750.0 500.0 250.0 18.3 1993 1994 1995 1996 Ao 1997

543.8 293.4 243.9

1998

1999

Nota: el volumen de 1999 incluye tramos terminados, en ejecucin y licitados.

Figura 1.1 3 Introduccin Evolucin Volumen de Concreto en Carreteras

d).- VENTAJAS Entre las principales ventajas de un pavimento de concreto hidrulico podemos enumerar las siguientes: Durabilidad Bajo Costo de Mantenimiento Seguridad Altos Indices de Servicio Mejor Distribucin de Esfuerzos bajo las Losas

1. Durabilidad Una de las ventajas ms significativas de los pavimentos de concreto hidrulico es la durabilidad del concreto, para lograr esta durabilidad es importante considerar adems de la resistencia adecuada del concreto ante las solicitaciones mecnicas todos los agentes externos de exposicin a los que estar sujeto el pavimento para elaborar la mezcla apropiada y definir las recomendaciones para la colocacin del concreto hidrulico. Se deben de realizar los proporcionamientos de mezcla adecuados, con ciertas relaciones agua / cemento, utilizando aditivos que permitan una reduccin de agua en la mezcla y que den la trabajabilidad adecuada al concreto aun con revenimientos bajos como los utilizados en autopistas.1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 6

Otro aspecto importante para lograr esta durabilidad tiene que ver con los materiales que forman la estructura de soporte, es importante conocer con detalle las caractersticas de los mismos y sus grados de compactacin apoyados con los estudios de mecnica de suelos de la ruta. Es importante que el diseador cuente con la suficiente informacin para poder estimar de forma precisa el volumen de trfico y las cargas vehiculares que estarn transitando por el pavimento con el objeto de realizar un diseo estructural adecuado para las cubrir adecuadamente la durabilidad del proyecto por efectos de fatiga. 2. Bajo Costo de Mantenimiento Los pavimentos de concreto hidrulico se han caracterizado por requerir de un mnimo mantenimiento a lo largo de su vida til. Esto es sin duda una de las ventajas mayores que ofrecen estas alternativas de pavimentacin. La significativa reduccin en los costos de mantenimiento de una va permite que el concreto sea una opcin muy econmica. Esto normalmente se puede visualizar al realizar una anlisis del costo ciclo de vida que puede ser comparado con algunas otras alternativas de pavimentacin. El anlisis del costo ciclo de vida es una herramienta que nos ayuda para soportar la toma de decisiones. El mantenimiento que requieren los pavimentos rgidos es mnimo, sin embargo es muy importante que el mismo se provea en tiempo y forma adecuados para garantizar las propiedades del pavimento. 3. Seguridad El concreto hidrulico colocado bajo las especificaciones y con los equipos mencionados anteriormente permite lograr una superficie de rodamiento con alto grado de planicidad y dada su rigidez esta superficie permanece plana durante toda su vida til, evitando la formacin de roderas las cuales disminuyen el rea de contacto entre llanta y pavimento produciendo el efecto de acuaplaneo en los das de lluvia. Otro fenmeno que se evita con la utilizacin del concreto hidrulico es la formacin de severas deformaciones en las zonas de arranque y de frenado que hacen a los pavimentos ser mas inseguros y maltratan fuertemente los vehculos. Por el color claro del pavimento de concreto hidrulico se tiene una mejor visibilidad en caso de transitar de noche o en la oscuridad de das nublados. 4. Altos Indices de Servicio Los pavimentos de concreto hidrulico permiten ser construidos con altos ndices de servicio, como se menciona en el punto anterior se puede lograr un alto grado de planicidad o un ndice de perfil muy bueno, adicionalmente siguiendo las recomendaciones de construccin adecuadas se puede proveer al pavimento de una superficie altamente antiderrapante.


La utilizacin de pasajuntas permite mantener estos ndices de servicio, evitando la presencia de escalonamientos en las losas sobretodo en tramos donde el trfico es significativamente pesado. 5. Mejor Distribucin de Esfuerzos bajo las Losas Dada la rigidez de la losa los esfuerzos que se transmiten a las capas inferiores del pavimento se distribuyen de una manera prcticamente uniforme, cosa contraria a lo que sucede con los pavimentos flexibles en donde las cargas vehiculares concentran un gran porcentaje de su esfuerzo exactamente debajo del punto de aplicacin de la carga y que se van disminuyendo conforme se alejan de la misma. La distribucin uniforme de las cargas permite que los esfuerzos mximos que se transmiten al cuerpo de soporte sean significativamente menores en magnitud, lo que permite una mejor condicin y menor deterioro de los suelos de soporte.

e).- TRABAJO CONTINUO Poco a poco se ha ido logrando tener una mayor experiencia en el diseo, especificacin y construccin de pavimentos de concreto hidrulico en Mxico, estas experiencias han ido mostrando las ventajas de este tipo de soluciones, de tal modo que cada vez son mas las entidades gubernamentales responsables de la construccin, mantenimiento y operacin de las vas que estn interesadas en proveer a sus caminos de las caractersticas de un pavimento de concreto hidrulico lo que les significa ahorros sustanciales en mantenimiento, mejores niveles de servicio del camino, mayor vida til y consecuentemente economa de los recursos. Podemos afirmar que la alternativa de pavimentacin con concreto hidrulico es una realidad en nuestro pas y el siguiente paso, en el que estamos trabajando a pesar de que son mnimas las necesidades, es el de dar a conocer a los especificadores y constructores los mtodos de rehabilitacin, reparacin y mantenimiento que se deben de seguir en los pavimentos rgidos para aprovechar de mejor forma todas sus ventajas.

1.2 MARCO DE REFERENCIAEl desarrollo de los pavimentos de Concreto Hidrulico se ha incrementado notablemente en Latinoamrica en la dcada de los 90s, gracias a las ventajas que ofrecen para el desarrollo econmico de los pases del tercer mundo a).- EXPERIENCIA INTERNACIONAL

1.2 MARCO DE REFERENCIA PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 8

En muchos pases del mundo se han utilizado por muchos aos los pavimentos de concreto hidrulico tanto para proyectos carreteros como para vas de comunicacin urbanas, tal es el caso de Estados Unidos, Canad, Alemania, Espaa, Francia, Italia, Bulgaria, Etc. De diferentes formas estos pases han contribuido para que los mtodos de diseo se hayan ido perfeccionando en base a los estudios realizados en el tiempo, as mismo se ha evolucionado en las tcnicas de construccin y de evaluacin de los pavimentos de concreto hidrulico. Todas las experiencias recopiladas durante ms de 50 aos han servido de base para la tecnologa actual de pavimentos y obviamente se sigue experimentando e investigando para mejorar y perfeccionar las tcnicas actuales. b).- CASO DE LATINOAMERICA En los pases de Amrica Latina se han utilizado los pavimentos de concreto principalmente para vialidades urbanas, sin embargo las tecnologas de diseo y construccin utilizadas normalmente no haban sido las ms actualizadas. El pas de Latinoamrica que ms pronto inici su incursin en las nuevas tecnologas de pavimentacin fue Panam esto en consecuencia de la fuerte influencia tecnolgica que tuvieron de los Estados Unidos por su presencia en el Canal. Posteriormente algunos otros pases empezaron a utilizar estas tecnologas tanto en especificaciones como en procedimientos constructivos, sin embargo el desarrollo ms importante se ha dado durante la ltima dcada, la de los noventas. Pases como: Brasil, Chile, Mxico, Argentina, han empezado a utilizar ampliamente estas nuevas tecnologas en el desarrollo de sus Carreteras, Autopistas y Vialidades Urbanas. En menor escala pero con una fuerte tendencia de crecimiento lo estn haciendo pases como Venezuela, Colombia, Uruguay, Guatemala, El Salvador y Bolivia, sin embargo est tendencia parece estar amplindose a todos los pases de Amrica Latina. En las grficas siguientes podemos observar de manera aproximada el porcentaje de la red carretera pavimentada de estos pases que ya cuenta con concreto hidrulico como superficie de rodamiento, as como el nmero de kilmetros construidos por pas con estas nuevas tecnologas en Carreteras y Autopistas. Como puede observarse, el crecimiento es importante y el potencial de desarrollo es an mayor.


4,000 Km en Concreto 3,000 2,500 2,000 1,500234 250 3,600 3,045

3,500

500 Colombia

94

19

Mxico

27

El Salvador

Venezuela

Argentina

Bolivia *

Fuente: 2do Foro Interamericano de Pavimentos de Concreto, Brasil agosto de 1999.

Figura 1.2 1 Introduccin Marco de Referencia Km de Concreto en Carreteras

25.0% 20.0% % de Red en Concreto 15.0% 10.0%2.3% 1.5% 0.9% 2.4% 0.1% 0.3% 23.5%

21.0%

Guatemala *

Panam *

* Datos aproximados

5.0% 0.0%

1.3%

Mxico

0.5%

Venezuela

Argentina

Bolivia *

El Salvador

Panam *

Fuente: 2do Foro Interamericano de Pavimentos de Concreto, Brasil agosto de 1999.

Guatemala *

Colombia

* Datos aproximados

Figura 1.2 1 Introduccin Marco de Referencia Porcentaje de la Red en Concreto Hidrulico


Uruguay

Chile

Brasil

2.9%

Uruguay

Chile

Brasil

251

1,000

1,275

2,450

2,468

2. DISEO2.1 INTRODUCCION A LOS METODOS DE DISEO

Las metodologas de diseo de pavimentos consideradas en este manual son las ms utilizadas a nivel internacional y son aplicables a los siguientes tipos de pavimentos:

a). Pavimentos Convencionales b). Sobrecarpetas de Concreto (Whitetopping)

Dentro de la gama de pavimentos disponibles para ciertas aplicaciones de trfico ligero, se encuentran las sobrecarpetas de concreto ultradelgado (whitetopping ultradelgado). Los mtodos presentados en este manual no son aplicables al diseo de este tipo de soluciones especificas.

a). Pavimentos Convencionales

Los pavimentos convencionales se consideran para la construccin de tramos nuevos de pavimentacin en donde las actividades de construccin tienen que ver con los trabajos preliminares propios a las caractersticas de los suelos de soporte y conformacin de las terraceras y sub-base para el pavimento. As como lo referente a la propia estructura de concreto hidrulico y sus caractersticas. diseo aplican ntegramente a este tipo de pavimentos. Los mtodos de

b). Sobrecarpetas de Concreto (Whitetopping)

Los pavimentos denominados Whitetopping, corresponden a rehabilitaciones de pavimentos asflticos deteriorados. El trmino aqu utilizado corresponde a

rehabilitaciones con pavimentos de concreto convencional tomando como estructura de soporte el pavimento asfltico que se tiene en el lugar. Los mtodos de diseo toman en cuenta esta solucin, considerando las caractersticas de soporte de la estructura existente que normalmente tiene capa de sub-base, base y asfalto.

Algunos de los trabajos preliminares que se deben considerar para la colocacin del pavimento Whitetopping difieren de los que se aplican a los pavimentos convencionales.

Los aspectos que se evalan en el diseo para la determinacin de la factibilidad tcnica de que un pavimento sea rehabilitado mediante la tcnica de Whitetopping son:

Daos estructurales Daos asociados a la fatiga de las capas asflticas Daos asociados a la alteracin del perfil por deformaciones plsticas acumuladas Daos asociados a la inestabilidad de la banca Daos superficiales Daos asociados s las deficiencias en el diseo o fabricacin de la mezcla asfltica Daos asociados a la calidad de los materiales

1. Superficie de Asfalto Existente

Las fallas que se consideran en una superficie de asfalto son las siguientes : a). Huecos o baches abiertos Cavidades o depresiones producidas por desprendimiento de la carpeta asfltica y de capas granulares. Se consideran 3 tipos de huecos :

Superficiales : solo comprometen la capa de rodadura y su profundidad es menor a 3 cm.

Medios : Comprometen parte o la totalidad de la carpeta asfltica y su profundidad oscila entre 3 y 10 cm.

Profundos : Profundidad superior a 10 cm, con expulsin de material y compromiso de la base granular.

b). Fisuras longitudinales y transversales Son agrietamientos longitudinales y/o transversales que no constituyen una malla, sino que se presentan en forma aislada o continua y son producidas por deficiencia en las juntas de construccin, por contraccin de la mezcla o desplazamiento de los bordes. Se consideran 3 tipos de fisuras :

Longitudinales Transversales En bloque

c). Desgaste superficial Son las irregularidades que se observan en la superficie, en reas aisladas o en forma generalizada y son el producto del desgaste de las partculas superficiales o el

desprendimiento de alguna de ellas por accin del trnsito o inclemencias del tiempo. El desgaste se clasifica en :

Ligero : Perdida de textura uniforme, mostrando rugosidad e irregularidades hasta de 5 mm de profundidad

Medio : Cuando las irregularidades estn entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las partculas de agregado estn expuestas y se siente vibracin al circular.

Severo : Desintegracin superficial de la carpeta, con desprendimientos evidentes y partculas sueltas sobre la va.

d). Piel de Cocodrilo Son agrietamientos en forma de malla que inicialmente se presenta en cuadros ms o menos regulares con lados entre 25 y 30 cm, que presentan fracturamientos progresivos en forma de piel de cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se ensanchan y profundizan ocasionando desprendimientos. Se consideran 3 tipos de fallas :

Ligero : Cuando los agrietamientos son muy delgados y el tamao de los cuadros tienen dimensiones prximas a 25 cm por lado. No existe deformacin superficial.

Medio : Cuando los bloques se han reducido de tamao y presentan aristas redondeadas por perdida de partculas, las grietas que los separan son mayores de 1 cm, se advierten deformaciones y movimientos relativos y puede existir desprendimiento de algunos bloques.

Severo : Cuando las deformaciones son grandes y se presenta perdida del material asfltico y se presenta aparicin del material de base.

e). Ondulaciones Son deformaciones grandes y notorias de la plataforma de la va, que alteran su perfil longitudinal, por efecto de asentamientos del terrapln o por levantamientos causados por las races de arboles.

De acuerdo con los daos encontrados en la va, as como la capacidad estructural residual del pavimento, se consideran desde la etapa de diseo algunas actividades correctivas.

2. Reparacin de Fallas Para garantizar la uniformidad en el soporte de la estructura asfltica, se deben realizar correcciones en los sitios en donde se presenten las siguientes irregularidades, de acuerdo con la siguiente tabla :

TIPO DE FALLA Rodera menor a 50 mm Rodera mayor a 50 mm Deformacin plstica excesiva Baches Falla de subrasante Fisuras en general, fatiga en bloque, transversales y longitudinales

REPARACION REQUERIDA Ninguna Fresado o Nivelacin Fresado Reparar Remocin y preparacin Ninguna

Exudacin Degradacin superficial

Ninguna Ninguna

2.2 SUELOS

En el diseo de pavimentos, es fundamental conocer algunas propiedades de los suelos que nos permiten conocer sus caractersticas generales y sus comportamientos.

Algunas de estas propiedades se obtienen mediante las pruebas que se describen a continuacin:

a). Plasticidad

La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse, hasta cierto lmite, sin romperse. Por medio de ella se mide el comportamiento de los suelos en todas las pocas. Las arcillas presentan esta propiedad en grado variable. Para conocer la plasticidad de un suelo se hace el uso de los lmites de Atterberg.

Estos lmites son: Limite Lquido (LL), Limite Plstico (LP) y Limite de Contraccin (LC) y mediante ellos se puede conocer el tipo de suelo en estudio. Todos los limites de consistencia se determinan empleando suelo que pasa por la malla No. 40. La diferencia entre los valores del lmite lquido y del lmite plstico da como resultado el ndice plstico (IP) del suelo.

1. Lmite Liquido.

El lmite lquido se define como el contenido de humedad expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado lquido al plstico. De esta forma, los suelos plsticos tienen en el lmite lquido una resistencia muy pequea al esfuerzo de corte y segn Atterberg es de 25 g/cm2. Para determinar el lmite lquido de un suelo se hace el siguiente procedimiento.

a) Se toman unos 100 g de material que pasa la malla No 40, se colocan en una cpsula de porcelana y con una esptula se hace una mezcla pastosa, homognea y de consistencia suave agregndole una pequea cantidad de agua durante el mezclado. b) Se coloca una poca de esta mezcla en la copa de Casagrande, formando una masa alisada de un espesor de 1 cm en la parte de mxima profundidad. c) El suelo colocado en la copa de Casagrande se divide en la parte media en dos porciones, utilizando un ranurador. d) Se acciona la copa a razn de dos golpes por segundo, contado el nmero de golpes necesarios para que la parte inferior del talud de la ranura hecha se cierre precisamente a 1.27 cm (1/2). Si no se cierra entre los 6 y 35 golpes, se recoge el material y se le aade agua y se vuelve a mezclar. e) Cuando se ha obtenido un valor consistente del nmero de golpes, comprendido entre 6 y 35 golpes, se toman 10 g aproximadamente de suelo de la zona prxima a la ranura cerrada y se determina el contenido de agua de inmediato. Se repite el ensaye y si se obtiene el mismo nmero de golpes que el primero o no hay diferencia en ms de un golpe, se repite el ensaye hasta que tres ensayes consecutivos den una conveniente serie de nmeros. f) Se repiten los pasos del 2 al 5, teniendo el suelo otros contenidos de humedad. De este modo se deben tener, por lo menos, dos grupos de dos a tres contenidos de humedad, uno entre los 25 y 35 golpes y otro entre los 6 y los 10 golpes con el fin de

que la curva de fluidez no se salga del intervalo en que puede considerarse recta, segn lo indica Casagrande. g) Se unen los tres puntos marcados par el intervalo de 6 a 20 golpes con una lnea recta y se seala el punto medio. Se repite para los dos o tres puntos dentro del intervalo de 25 a 35 golpes. h) Se conectan los puntos medios con una lnea recta que se llama curva de fluidez. El contenido de humedad indicado por la interseccin de esta lnea a 25 golpes es el lmite lquido del suelo.

2. Lmite Plstico.

Es el contenido de humedad, expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semislido a un estado plstico. El lmite plstico se determina con el material sobrante del lmite lquido y al cual se le evapora humedad por mezclado hasta obtener una mezcla plstica que sea moldeable. Se forma una pequea bola que deber rodillarse enseguida aplicando la suficiente presin a efecto de formar filamentos. Cuando el dimetro del filamento resultante sea de 3.17 mm (1/8) sin romperse, se debe de continuar hasta que cuando al rodillar la bola de suelo se rompa el filamento al dimetro de 1/8 se toman los pedacitos, se pesan, se secan al horno en un vidrio, vuelven a pesarse ya secos y se determina la humedad correspondiente al lmite plstico.

L.P.= Ph - Ps X 100

Ps

L.P. = Humedad correspondiente al lmite plstico en % Ph Ps = Peso de los filamentos hmedos en gramos = Peso de los filamentos secos en gramos.

b). Prueba Proctor.

La prueba Proctor se refiere a la determinacin del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por el procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad. Su objetivo es:

Determinar el peso volumtrico seco mximo mx que puede alcanzar un material, as como la humedad optima wo que deber hacerse la compactacin. Determinar el grado de compactacin alcanzado por el material durante la construccin o cuando ya se encuentran construidos los caminos, relacionando el peso volumtrico obtenido en el lugar con el peso volumtrico mximo Proctor. La prueba Proctor est limitada a los suelos que pasen totalmente la malla No 4, o que cuando mucho tengan un retenido de 10 % en esta malla, pero que pase dicho retenido totalmente por la malla 3/8. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8 debe determinarse la humedad ptima y el peso volumtrico seco mximo con la prueba de Porter estndar. Tambin debe efectuarse la prueba Porter estndar en arenas de ro, arenas de minas, arenas producto de trituracin, tezontles arenosos y en general en todos aquellos materiales que carezcan de cementacin.

Procedimiento: Se obtienen 3 kg de material previamente secado al sol. Se tamiza por la malla No 10, y los grumos que se hayan retenido se disgregan perfectamente y se vuelve a tamizar por la misma malla, continundose este proceso hasta que las partculas que se retengan en la malla no se puedan disgregar. Terminada esta operacin se mezcla perfectamente todo el material y se adiciona el material y se adiciona la cantidad de agua necesaria para iniciar la prueba. La cantidad de agua que se adiciona deber ser la necesaria para que una vez repartida uniformemente presente el material una consistencia tal que al ser comprimido en la palma de la mano no deje partculas adheridas a ella ni la humedezca, y que a la vez el material comprimido pueda tomarse con dos dedos sin que se desmorone.

El material que contiene ya la humedad necesaria para iniciar la prueba se tamiza por la malla No 4, se mezcla para homogeneizarlo y se compacta en el molde cilndrico en tres capas aproximadamente iguales.

El pisn metlico de 2.5 kg se deja caer desde una altura de 30 cm. Debern de darse 30 golpes repartidos uniformemente para apisonar cada capa. Una vez apisonada la ltima capa se remueve la extensin y se elimina el excedente de material del molde cilndrico y se pesa ste con todo y su contenido. A continuacin se extrae la muestra compactada del cilindro y se pone a secar una pequea cantidad del corazn de la muestra para determinar su humedad.

La muestra que ha sido removida del molde cilndrico se desmenuza hasta que pasa la malla No 4, se aaden 60 cc (2% en peso de agua) y se repite el procedimiento descrito. Esta serie de determinaciones continan hasta que la muestra est muy hmeda y se presente una disminucin apreciable en el peso del suelo compactado.

El peso volumtrico hmedo para cada contenido de humedad se calcula con la siguiente frmula:

h = Ph Vt

h = Peso volumtrico hmedo en g/cm3 Ph = Peso del material hmedo compactado en el molde, en gramos. Vt = Volumen del molde en cm3

El contenido de humedad se calcula con la siguiente frmula

w = Ph Ps Ps

X

100

El peso volumtrico seco para cada peso volumtrico hmedo y su correspondiente humedad se calculan por la siguiente frmula:

s=

h

1+ w 100

w = Contenido de la humedad en porcentaje Pw = Peso de la muestra hmeda, en gramos Ps = Peso de la muestra seca, en gramos s = Peso volumtrico seco, en g/cm3 h = Peso volumtrico hmedo, en g/cm3

Los peso volumtrico secos y las humedades correspondientes se utilizan para trazar la curva peso volumtrico seco - humedad, marcando en el eje de las abscisas los contenidos de humedad. La humedad que genera mayor peso volumtrico es la que permite la mayor compactacin del material y se le conoce como humedad ptima de compactacin.

En la misma grfica se dibuja la curva de saturacin terica. Esta curva representa la humedad para cualquier peso volumtrico, que sera necesaria para que todos los vacos que dejan entre s las partculas slidas estuvieran llenos de agua.

Prueba Proctor2050 2000 kg/m3 1950 1900 1850 1800 1750 0 2 4 6 8 w% 10 12 14 16 Curva de saturacin Terica

El peso volumtrico seco correspondiente a la curva de saturacin terica para la humedad dada se calcula con la frmula:

scs =

100 D a 100 + wDr

X 100 (kg / m3)

scs = Peso volumtrico seco de la curva de saturacin (kg / m3) Da = Densidad absoluta del material que pasa la malla No 400 en g/cm3 Dr = Densidad relativa del material que pasa por la malla No 40

La curva de saturacin terica tiene por objeto comprobar si la prueba Proctor fue correctamente efectuada, ya que la curva de saturacin y la curva Proctor nunca deben cortarse dado que es imposible en la prctica llenar totalmente con agua los huecos que dejan las partculas del suelo compactado.

La curva de saturacin terica sirve para determinar si un suelo, en el estado en que se encuentra en el lugar, es susceptible de adquirir mayor humedad o mayor peso volumtrico fcilmente.

As, una vez hecha la determinacin del peso volumtrico y humedad en el lugar se calcula el porciento de huecos llenos de aire con la siguiente frmula:

Va = scs - s s

X 100

Va = Volumen de huecos llenos de aire % scs = Peso volumtrico seco de suelo compactado correspondiente a la humedad w s = peso volumtrico de la curva de saturacin terica correspondiente a la humedad w

Si este valor es mayor de 6.5%, el suelo se encuentra en condiciones de adquirir un peso volumtrico mayor con la humedad que contiene, o bien, sin variar su peso volumtrico seco, incrementar su humedad.

c). Prueba Porter Estndar.

Esta prueba tiene como finalidad determinar el peso volumtrico seco mximo de compactacin Porter y la humedad ptima en los suelos con material mayor de 3/8 y los cuales no se les puede hacer la prueba Proctor. Esta prueba sirve tambin para determinar la calidad de los suelos en cuanto a valor de soporte se refiere, midiendo la resistencia a la penetracin del suelo compactado y sujeto a un determinado periodo de saturacin.

Esta prueba se lleva a cabo de la siguiente forma:

La humedad ptima de Porter es la humedad mnima requerida por el suelo para alcanzar su peso volumtrico seco mximo cuando es compactado con una carga unitaria de 140.6 kg/cm2. Para obtener la humedad ptima y el peso volumtrico seco mximo se obtiene una muestra de 4 kg de material secado, disgregado y cuarteado. Cuando se ha logrado la disgregacin de los grumos se tamiza la muestra por la malla . Se le incorpora cierta cantidad de agua, cuyo volumen se anota, y una vez lograda la distribucin homognea de la humedad se coloca en tres capas dentro del molde de prueba, y cada una de ellas se les da 25 golpes con la varilla metlica. Al terminar la colocacin de la ltima capa se compacta el material aplicando cargas uniformes y lentamente procurando alcanzar la presin de 140.6 kg/cm2 en un tiempo de 5 minutos, la que debe mantenerse durante 1 minuto, e inmediatamente hacer la descarga en otro minuto.

Si al llegar a la carga mxima no se humedece la base del molde, la humedad de la muestra es inferior a la ptima. A otra porcin de 4 kg de material se le adiciona una cantidad de agua igual a la anterior ms 80 cc y se repite el proceso. Si al aplicar la

carga mxima se observa que se humedece la base del molde, el material muestra una humedad ligeramente mayor que la ptima de Porter. Para fines prcticos es conveniente considerar que el espcimen se encuentra con su humedad ptima cuando se inicia el humedecimiento de la base del molde, siendo esta la ms adecuada para su compactacin.

Se determina la altura del espcimen restando la altura entre la cara superior de ste y el borde del molde de la altura total del molde, y con este dato se calcula el volumen del espcimen. Se pesa el espcimen con el molde de compactacin, se le resta el peso del molde y se calcula el peso volumtrico.

h = Ph Vt

h = Peso volumtrico hmedo, en g/cm3 o kg/m3 Ph = Peso del material hmedo compactado dentro del cilindro Porter, en gr o Kg Vt = Volumen del espcimen en cm3 o m3

Se extrae el material del molde y se pone a secar a una temperatura constante de 100 a 110 C hasta peso constante. Se deja enfriar el material y se pesa y se calcula la humedad y el peso volumtrico seco mximo.

w = Ph Ps Ps

X

100

s=

h

1+ w 100

d). Valor Relativo de Soporte

Es un ndice de resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactacin y humedad, y se expresa como el tanto porciento de la carga necesaria para introducir un pistn de seccin circular en una muestra de suelo, respecto a la profundidad de penetracin del pistn en una piedra tipo triturada. Por lo tanto, si P2 es la carga en kg necesaria para hacer penetrar el pistn en el suelo en estudio, y Px=1360 kg, la precisa para penetrar la misma cantidad en la muestra tipo de piedra triturada, el valor Relativo de Soporte del suelo es de

VRS = (P2/1360) * 100

e). Mdulo de Reaccin (k)

Es una caracterstica de resistencia que se considera constante, lo que implica elasticidad del suelo. Su valor numrico depende de la textura, compacidad, humedad y otros factores que afectan la resistencia del suelo. La determinacin de k se hace

mediante una placa circular de 30 de dimetro bajo una presin tal que produzca una deformacin del suelo de 0.127 cm (0.05). En general se puede decir que el mdulo de reaccin k es igual al coeficiente del esfuerzo aplicado por la placa entre la deformacin correspondiente producida por este esfuerzo.

Mas adelante se hace referencia a esta propiedad tan importante para el diseo de pavimentos.

DIVISIN MAYOR GRAVAS CON ARENAS CON ARENAS GRAVAS FINOS (cantidad LIMPIAS (Poco FINOS (cantidad LIMPIAS (Poco apreciable de apreciable de nada de nada de partculas finas) partculas finas) partculas finas) partculas finas) GRAVAS Ms de la mitad de la fraccin gruesa es retenida por la malla No. 4 SUELO DE PARTCULAS GRUESAS Ms de la mitad del material es retenido en la malla nmero 200~

Smbolo GW

NOMBRES TPICOSGravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco nada de finos Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco nada de finos

CRITERIO DE CLASIFICACIN EN EL LABORATORIO DETERMNESE LOS PORCENTAJES DE GRAVA Y ARENA DE LA CURVA GRANULOMTRICA, DEPENDIENDO DEL PORCENTAJE DE FINOS (Fraccin que pasa por la malla No. 200) LOS SUELOS GRUESOS SE CLASIFICAN COMO SIGUE: Menos del 5%: GW, GO, SW, SP, Ms de 12%: Casos de frontera que requieren el uso de smbolos dobles.** Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 4. Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3. Cu= (D60/D10) Cc = [ (D30)2 / (D10 x D60) ] NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIN PARA GW Lmites de Atterberg abajo de la "lnea A" I.P. menor que 4 Lmites de Atterberg arriba de la "lnea A" I.P. mayor que 7 Arriba de la "lnea A" y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de smbolos dobles.

Las partculas de 0.074 mm de dimetro (la malla No. 200) son aproximadamente, las ms pequeas a simple vista)

PARA CLASIFICACIN VISUAL PUEDE USARSE 1/2 CM COMO EQUIVALENTE A LA ABERTURA DE LA MALLA No. 4)

GP P GM GC d u

Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo. Gravas arcillosas, mezclas de grava, arena y arcilla. Arenas bien graduadas, arenas con gravas con poco nada de finos Arenas mal graduadas, arenas con gravas con poco nada de finos

ARENAS Ms de la mitad de la fraccin gruesa pasa por la malla No. 4

SW

Cu = ( D60 / D10 ) mayor que 6 Cc = [ (D30)2 / (D10 x D60) ] entre 1 y 3 No satisfacen todos los requisitos de graduacin para SW

SP d s SM u SC

Arenas limosas, mezclas de arenas y limo. Arenas arcillosas, mezclas arenas y arcilla.

Lmites de Atterberg abajo de la "lnea A" I.P. menor que 4 Lmites de Atterberg arriba de la "lnea A" I.P. mayor que 7

Arriba de la "lnea A" y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de smbolos dobles.

SUELO DE PARTCULAS FINAS Ms de la mitas del material pasa por la malla nmero 200 ~

LIMOS Y ARCILLAS Lmite-lquido menor de 50

ML

Limos inorgnicos, polvo de roca, limos arenosos arcillosos ligeramente plsticos

EQUIVALENCIA DE SMBOLOS G = Gravas, M = Limo, O = Suelos orgnicos; W = Bien graduados. S = Arenas; C = Arcilla; P.I. = Turbo; P = Mal graduados; L = Baja compresibilidad; H = Alta compresibilidad. CARTA DE PLASTICIDAD Para la Clasificacin de Suelos en Partculas Finas en el Lab.60 50NDICE PLSTICO

CL

Arcillas inorgnicas de baja a media plasticidad, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres Limos inorgnicos y arcillas limosas orgnicas de baja plasticidad Limos inorgnicos, limos micaceos diatomaceos, limos elsticos Arcillas inorgnicas de alta plasticidad, arcillas francas. Arcillas orgnicas alta plasticidad, limos orgnicos de media plasticidad

OL

LNEA A CH I.P. = 0.73 (L.L. 20)

40 30 20 10 0CL CL ML ML ML OL

LIMOS Y ARCILLAS Lmite-lquido mayor de 50

MH CH OH

OH MH

0

20

40

60

80

100

SUELOS ALTAMENTE LMITE LIQUIDO Turbas y otros suelos altamente PI orgnicos ORGNICOS ** Clasificacin de frontera -Los suelos que poseen las caractersticas de dos grupos se designan con la combinacin de los dos simbolos. Por ejemplo GW-GC, mezcla de arena y grava bien graduadas con cementante arcilloso. ~ Todos los tamaos de las mallas en esta carta son los U.S. Standard * La subdivisin de los grupos GM y SM en subdivisiones d. y u. Son para caminos y aeropuertos nicamente, la subdivisin esta basada en los lmites de Atterberg. El sufijo d se usa cuando L.L. es de 28 menos y el I.P. es de 6 menos. El sufijo u es usado cuando el L.L. es mayor que 28

FIGURA 2.2-1 Sistema unificado de clasificacin de suelos (SUCS), inluyendo su identificacin y descripcin.

2.3 TRFICO.En esta seccin mencionaremos algunos aspectos referentes al trfico y a la ingeniera de trnsito que debemos tomar en cuenta en el proyecto de una vialidad. No se trata de realizar una presentacin exhaustiva del transporte, pero s conceptuar de una manera muy general y clara sobre algunos de los aspectos de su estructura bsica, sus sistemas y sus modos, de manera que el diseador conozca los fundamentos de la ingeniera de trnsito y que cuando sea necesario profundizar en estos temas para completar el diseo de una vialidad, ya se tengan las bases y sea ms fcil las consultas en publicaciones especializadas en el tema.

a). Ingeniera de Trnsito El Instituto de Ingenieros del Transporte (ITE) define a la Ingeniera del Transporte y la Ingeniera de Trnsito de la siguiente manera: Ingeniera de Transporte: Es la aplicacin de los principios tecnolgicos y cientficos a la planeacin, al proyecto funcional, a la operacin y a la administracin de las diversas partes de cualquier modo de transporte, con el fin de proveer la movilizacin de personas y mercancas de una manera segura, rpida, confortable, conveniente, econmica y compatible con el medio ambiente. Ingeniera de Trnsito: Es aquella fase de la ingeniera de transporte que tiene que ver con la planeacin, el proyecto geomtrico y la operacin del trnsito por calles y carreteras, sus redes, terminales, tierras adyacentes y su relacin con otros modos de transporte. Es decir que la Ingeniera de Trnsito es un subconjunto de la Ingeniera de Transporte, y a su vez el Proyecto Geomtrico es una etapa de la Ingeniera de Trnsito. El Proyecto Geomtrico de calles y carreteras, es el proceso de correlacin entre sus elementos fsicos y las caractersticas de operacin de los vehculos, mediante el uso de las matemticas, la fsica y la geometra. En este sentido, vialidad queda definida geomtricamente por el proyecto de su eje en planta (alineamiento horizontal) y en perfil (alineamiento vertical), y por el proyecto de su seccin transversal.

b). Volumen de Trnsito Al proyectar una calle carretera, la seleccin del tipo de vialidad, las intersecciones, los accesos y los servicios, dependen fundamentalmente del volumen de trnsito o demanda que circular durante un intervalo de tiempo dado, de su variacin, de su tasa de crecimiento y de su composicin. Los errores que se cometan en la determinacin de estos datos, ocasionar que la carretera o calle funcione durante el periodo de proyecto, bien con volmenes de

trnsito muy inferiores a aquellos para los que se proyect, mal con problemas de congestionamiento por volmenes de trnsito altos muy superiores a los proyectados. Los estudios sobre volmenes de trnsito son realizados con el propsito de obtener informacin relacionada con el movimiento de vehculos sobre puntos secciones especficas dentro de un sistema vial. Estos datos de volmenes de trnsito son expresados con respecto al tiempo, y de su conocimiento se hace posible el desarrollo de estimaciones razonables de la calidad de servicio prestado a los usuarios. Se define como volumen de trnsito al nmero de vehculos que pasan por un punto seccin transversal dados, de un carril de una calzada, durante un periodo determinado y se expresa como: N Q= T Donde: Q = Vehculos que pasan por unidad de tiempo (Vehculos / periodo). N = Nmero total de vehculos que pasan (vehculos) T = Perodo determinado (unidades de tiempo) 1 VOLMENES DE TRNSITO ABSOLUTOS TOTALES. Es el nmero total de vehculos que pasan durante el lapso de tiempo determinado, dependiendo de la duracin del lapso de tiempo determinado, se tienen los siguientes volmenes de trnsito totales absolutos: - Trnsito anual (TA). Es el nmero total de vehculos que pasan durante un ao, en este caso T = 1 ao. - Trnsito mensual (TM). Es el nmero total de vehculos que pasan durante un mes, en este caso T = 1 mes. - Trnsito semanal (TS). Es el nmero total de vehculos que pasan durante una semana, en este caso T = 1 semana. - Trnsito diario (TD). Es el nmero total de vehculos que pasan durante un da, en este caso T = 1 da. - Trnsito horario (TH). Es el nmero total de vehculos que pasan durante una hora, en este caso T = 1 hora. - Tasa de flujo flujo (q). Es el nmero total de vehculos que pasan durante un perodo inferior a una hora, en esta caso T < 1 hora.

2 VOLMENES DE TRNSITO PROMEDIO DIARIOS. Se define el volumen de trnsito promedio diario (TPD), como el nmero total de vehculos que pasan durante un periodo dado (en das completos) igual menor a un ao y mayor que un da, dividido entre el nmero de das del periodo. De acuerdo al nmero de das de este perodo, se presentan los siguientes volmenes de trnsito promedio diarios, dados en vehculos por da: - Trnsito promedio diario anual (TPDA) TA TPDA = 365 - Trnsito promedio diario mensual (TPDM) TPDM = TM 30

- Trnsito promedio diario semanal (TPDS) TPDM = TS 7

3 CARACTERISTICAS DE LOS VOLUMENES DE TRNSITO. Los volmenes de trnsito siempre deben ser considerados como dinmicos, por lo que solamente son precisos para el periodo de duracin de los aforos. Sin embargo, debido a que sus variaciones son generalmente rtmicas y repetitivas, es importante tener un conocimiento de sus caractersticas, para as programar aforos, relacionar volmenes en un tiempo y lugar con volmenes de otro tiempo y lugar, y prever con la debida anticipacin la actuacin de las fuerzas dedicadas al control del trnsito y labor preventiva, as como las de conservacin. Por lo tanto, es fundamental, en la planeacin y operacin de la circulacin vehicular, conocer las variaciones peridicas de los volmenes de trnsito dentro de las horas de mxima demanda, en las horas de da, en los das de la semana y en los meses del ao. An ms, tambin es importante conocer las variaciones de los volmenes de trnsito en funcin de su distribucin por carriles, su distribucin direccional y su composicin. Distribucin y composicin del volumen de trnsito. La distribucin de los volmenes de trnsito por carriles debe ser considerada, tanto en el proyecto como en la operacin de calles y carreteras. Tratndose de tres o ms carriles de operacin en un sentido, el flujo se asemeja a una corriente hidrulica. As, al medir los volmenes de trnsito por carril, en zona urbana, la mayor velocidad y

capacidad, generalmente se logran en el carril del medio; las fricciones laterales, como paradas de autobuses y taxis y las vueltas izquierdas y derechas causan un flujo ms lento en los carriles extremos, llevando el menor volumen el carril cercano a la acera. En carretera, a volmenes bajos y medios suele ocurrir lo contrario, por lo que se reserva el carril cerca de la faja separadora central para vehculos ms rpidos y para rebases, y se presentan mayores volmenes en el carril inmediato al acotamiento. En autopistas de tres carriles con altos volmenes de trnsito, rurales o urbanas, por lo general hay mayores volmenes en el carril inmediato a la faja separadora central. En cuanto a la distribucin direccional, en las calles que comunican el centro de la ciudad con la periferia de la misma, el fenmeno comn que se presenta en el flujo de trnsito es de volmenes mximos hacia el centro en la maana y hacia la periferia en las tardes y noches. Es una situacin semejante al flujo y reflujo que se presenta los fines de semana cuando los vacacionistas salen de la ciudad el viernes y sbado y regresan el domingo en la tarde. Este fenmeno se presenta especialmente en arterias del tipo radial. En cambio, ciertas arterias urbanas que comunican centros de gravedad importantes, no registran variaciones direccionales muy marcadas en los volmenes de trnsito. Un ejemplo de stos puede citarse en el caso del Anillo Perifrico de la Ciudad de Mxico, en su tramo entre el Viaducto y Naucalpan, donde la distribucin direccional es bastante equilibrada, tanto en las horas de mxima demanda de la maana, como en las de la tarde, es decir, no hay mucha diferencia entre los volmenes en uno u otro sentido. En los estudios de volmenes de trnsito es muy til conocer la composicin y variacin de los distintos tipos de vehculos. La composicin vehicular se mide en trminos de porcentajes sobre el volumen total. Por ejemplo, porcentaje de automviles, de autobuses y de camiones. En los pases ms adelantados, con un mayor grado de motorizacin, los porcentajes de autobuses y camiones en los volmenes de trnsito son bajos. En cambio, en pases con menor grado de desarrollo, el porcentaje de estos vehculos grandes y lentos es mayor. En nuestro medio, como es el caso de Mxico, a nivel rural, es muy comn encontrar porcentajes tpicos o medios del orden de 60% automviles, 10% autobuses y 30% camiones, con variaciones de 10%, dependiendo del tipo de carretera, la hora del da y el da de la semana. Variacin diaria del volumen de trnsito. Se han estudiado cules son los das de la semana que llevan los volmenes normales de trnsito. As, para carreteras principales de lunes a viernes los volmenes son muy estables los mximos, generalmente se registran durante el fin de semana, ya sea el sbado o el domingo, debido a que durante estos das por estas carreteras circula una alta demanda de usuarios de tipo turstico y recreacional. En carreteras secundarias de tipo agrcola, los mximos volmenes se presentan entre semana. En las calles de la ciudad, la variacin de los volmenes de trnsito diario no es muy pronunciada entre semana, esto es que estn ms o menos distribuidos en los das laborales, sin embargo, los ms altos volmenes ocurren el viernes. Tambin vale

la pena mencionar, con referencia a la variacin diaria de los volmenes de trnsito tanto a nivel urbano como rural, que se presentan mximos en aquellos das de eventos especiales como Semana Santa, Navidad, fin de ao, competencias deportivas nacionales e internacionales, etc. Variacin mensual del volumen de trnsito. Hay meses que las calles y carreteras llevan mayores volmenes que, presentando variaciones notables. Los ms altos volmenes de trnsito se registran en Semana Santa, en las vacaciones escolares y a fin de ao por las fiestas y vacaciones navideas del mes de diciembre. Por razn los volmenes de trnsito promedio diarios que caracterizan cada mes son diferentes, dependiendo tambin, en cierta manera, de la categora y del tipo de servicio que presten las calles y carreteras. Sin embargo, el patrn de variacin de cualquier vialidad no cambia grandemente de ao a ao, a menos que ocurran cambios importantes en suelo, en los usos de la tierra, o se construyan nuevas calles o carreteras que funcionen como alternas. 4 VOLMENES A FUTURO. Relacin entre los volmenes de trnsito promedio diario, anual y semanal. El comportamiento de cualquier fenmeno suceso estar naturalmente mucho mejor caracterizado cuando se analiza todo su universo. En este caso, el tamao de su poblacin est limitada en el espacio y en el tiempo por las variables asociadas al mismo. Con respecto a volmenes de trnsito, para obtener el trnsito promedio diario anual, TPDA, es necesario disponer del nmero total de vehculos que pasan durante el ao por el punto de referencia, mediante aforos continuos a lo largo de todo el ao, ya sea en periodos horarios, diarios, semanales mensuales. Muchas veces esta informacin anual es dficil de obtener, al menos en todas las vialidades por los costos que ello implica, sin embargo se pueden obtener datos en las casetas de cobro para las carreteras de cuota y mediante contadores automticos instalados en estaciones maestras de la gran mayora de las carreteras de la red vial primaria de la nacin. En estos casos, muestras de los datos sujetas a las mismas tcnicas de anlisis permiten generalizar el comportamiento de la poblacin. No obstante, antes de que los resultados se puedan generalizar, se debe analizar la variabilidad de la muestra para as estar seguros, con cierto nivel de confiabilidad, que sta se puede aplicar a otro nmero de casos no incluidos, y que forman parte de las caractersticas de la poblacin. Por lo anterior, en el anlisis de volmenes de trnsito, la media poblacional o trnsito promedio diario anual, TPDA, se estima con base en la media muestral trnsito promedio diario semanal, TPDS, segn la siguiente expresin: TPDA = TPDS A Donde: A = Mxima diferencia entre el TPDA y el TPDS

El valor de A, sumado restado del TPDS, define el intervalo de confianza dentro del cul se encuentra el TPDA. Para un determinado nivel de confianza, el valor de A es: A=KE Donde: K = Nmero de desviaciones estndar correspondiente al nivel de confiabilidad deseado. E = error estndar de la media Estadsticamente se ha demostrado que las medias de diferentes muestras, tomadas de la misma poblacin, se distribuyen normalmente alrededor de la media poblacional con una desviacin estndar equivalente al error estndar. Por lo tanto tambin se puede expresar que: E = Donde: = estimador de la desviacin estndar poblacional () S (n)

=

(N n)

(N 1)

Donde: S = Desviacin estndar de la distribucin de los volmenes de trnsito desviacin estndar muestral. n = Tamao de la muestra en nmero de das del aforo. N = Tamao de la poblacin en nmero de das del ao. La desviacin estndar muestral, S, se calcula como: n ( Tdi TPDS) 2 n-1

S=

i=1

Donde: TDi = Volumen de trnsito del da i. Finalmente la relacin entre los volmenes de trnsito promedio diario anual y semanal es: TPDA = TPDS A

TPDA = TPDS K E TPDA = TPDS K Pronstico del volumen de trnsito futuro. El Pronstico del volumen de trnsito futuro, por ejemplo el TPDA del ao de proyecto, en el mejoramiento de una carretera existente o en la construccin de una nueva carretera, deber basarse no solamente en los volmenes normales actuales, sino tambin en los incrementos del trnsito que se espera utilicen la nueva carretera. Trnsito actual. El trnsito actual (TA) es el volumen de trnsito que usar la carretera mejorada o la nueva carretera en el momento de quedar completamente en servicio. En el mejoramiento de una carretera existente, el trnsito actual se compone del trnsito existente (TE) antes de la mejora, ms el trnsito atrado (TAt) a ella de otras carreteras una vez finalizada su reconstruccin total. En el caso de la apertura de una nueva carretera, el trnsito actual se compone completamente de trnsito atrado. El trnsito actual (TA) se puede establecer a partir de aforos vehiculares sobre las vialidades de la regin que influyan en la nueva carretera, estudios de origen y destino, utilizando parmetros socioeconmicos que se identifiquen plenamente con la economa de la zona. En reas rurales cuando no se dispone de estudios de origen y destino ni datos de tipo econmico, para estudios preliminares es suficiente la utilizacin de las series histricas de los aforos vehiculares en trminos de los volmenes de trnsito promedio diario anual (TPDA) representativos de cada ao. De esta manera, el trnsito actual (TA) se expresa como: TA = TE + TAt Para la estimacin del trnsito atrado (TAt) se debe tener un conocimiento completo de las condiciones locales, de los orgenes y destinos vehiculares y del grado de atraccin de todas las vialidades comprendidas. A su vez, la cantidad de trnsito atrado depende de la capacidad y de los volmenes de las carreteras existentes, as por ejemplo, si estn saturadas congestionadas, la atraccin ser mucho ms grande. Los usuarios, componentes del trnsito atrado a una nueva carretera, no cambian ni su origen, ni su destino, ni su modo de viaje, pero la eligen motivados por una mejora en los tiempos de recorrido, en la distancia, en las caractersticas geomtricas, en la comodidad y en la seguridad. Como no se cambia su modo de viaje, a este volumen de trnsito tambin se le denomina trnsito desviado. Incremento del trnsito. El incremento del trnsito (IT) es el volumen de trnsito que se espera use la nueva carretera en el ao futuro seleccionado como de proyecto. Este incremento se compone del crecimiento normal del trnsito (CNT) del trnsito generado (TG) y del trnsito desarrollado (TD).

El crecimiento normal del trnsito (CNT) es el incremento del volumen de trnsito debido al aumento normal en el uso de los vehculos. El deseo de las personas por movilizarse, la flexibilidad ofrecida por el vehculo y la produccin industrial de ms vehculos cada da, hacen que esta componente del trnsito siga aumentando. Sin embargo, deber tenerse gran cuidado en la utilizacin de los indicadores del crecimiento del parque vehicular nacional para propsitos de proyecto, ya que no necesariamente reflejan las tasas de crecimiento en el rea local bajo estudio, aunque se ha comprobado que existe cierta correlacin entre el crecimiento del parque vehicular y el crecimiento del TPDA. El trnsito generado (TG) consta de aquellos viajes vehiculares, distintos a los del transporte pblico, que no se realizaran si no se construye la nueva carretera. El trnsito generado se compone de tres categoras: el trnsito inducido, o nuevos viajes no realizados previamente por ningn modo de transporte; el trnsito convertido, o nuevos viajes que previamente se hacan masivamente en taxi, autobs, tren, avin o barco, y que por razn de la nueva carretera se haran en vehculos particulares; y el trnsito trasladado, consistente en viajes previamente hechos a destinos completamente diferentes, atribuibles a la atraccin de la nueva carretera y no al cambio en el uso del suelo. Al trnsito generado se le asignan tasas de incremento entre el 5 y el 25 % del trnsito actual, con un periodo de generacin de uno dos aos despus de que la carretera ha sido abierta al servicio. El trnsito desarrollado (TD) es el incremento del volumen de trnsito debido a las mejoras en el suelo adyacente a la carretera. A diferencia del trnsito generado, el trnsito desarrollado continua actuando por mucho aos despus que la nueva carretera ha sido puesta al servicio. El incremento del trnsito debido al desarrollo normal del suelo adyacente forma parte del crecimiento normal del trnsito, por lo tanto, ste no se considera como una parte del trnsito desarrollado. Pero la experiencia indica que en carreteras construidas con altas especificaciones, el suelo lateral tiende a desarrollarse ms rpidamente de lo normal, generando valores del orden del 5 % del trnsito actual. El incremento del trnsito (IT) se expresa as: IT = CNT + TG + TD Trnsito a futuro. Los volmenes de trnsito futuro (TF), para efectos de proyecto se derivan a partir del trnsito actual (TA) y del incremento del trnsito (IT), esperado al final del periodo ao meta seleccionado. De acuerdo a esto, se puede plantear la siguiente expresin: TF = TA + IT Sustituyendo en la ecuacin del trnsito futuro (TF), encontramos que: TF = TA + IT TF = (TE + TAt) + (CNT + TG + TD)

En la figura 2.3-1 se presenta de manera grfica los componentes del volumen de trnsito futuro.

TG

Trnsito Desarrollado (TD)

TD

VOLUMEN DE TRNSITO

Crecimiento Normal del Trnsito (CNT)

CNT

Trnsito Generado (TG)

IT

AO PRESENTE

Figura 2.3-1 Componentes del volumen de trnsito futuro.

AO FUTURO

AOS

TA

Trnsito Actual (TA) = Existente (TE) + Atrado (TAt)

TE + TAt

TF

2.4 METODO DE DISEO AASHTOEl mtodo de diseo AASHTO es uno de mtodos ms utilizados a nivel internacional para el diseo de pavimentos de concreto hidrulico. a).- ANTECEDENTES PRUEBA AASHO La prueba de pavimentacin que en su momento se conoci como AASHO, por sus siglas en ingls y debido a que en aquel entonces no estaba integrado el departamento del transporte de EU a esta organizacin. Fue concebida y promovida gracias a la organizacin que ahora conocemos como AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas mviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente. Fue formulada por el consejo de investigacin de carreteras de la academia nacional de ciencias consejo nacional para la investigacin, la planeacin empez en 1951, la construccin del proyecto comenz en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. EL trfico controlado de la prueba se aplic de octubre de 1958 a noviembre de 1960, o sea, durante ms de dos aos. El objetivo principal de las pruebas consista en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un nmero de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposicin, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de caractersticas conocidas. El sitio cerca de Ottawa, seleccionado para la prueba, tiene condiciones climticas y de suelo tpicas de algunas reas de Estados Unidos y Canad. Esto hace que la aplicabilidad del mtodo deba utilizarse con criterio para otras partes del mundo. Los pavimentos se construyeron en circuitos a lo largo de una seccin de 8 millas de una futura autopista interestatal. Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos eran tramos de dos carriles y tenan la mitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible. El Circuito 1 se dejo sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en los pavimentos. El Circuito 2 se utiliz con aplicaciones de cargas de camiones ligero. En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con camiones pesados. Los circuitos 5 y 6 tuvieron idnticas configuraciones y combinaciones de carga. Cada circuito consista de dos largas carreteras paralelas conectadas en los extremos por retornos, las secciones de prueba de los pavimentos estaban localizadas en las rectas o tangentes de cada circuito.

2.4 METODO DE DISEO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 1

Geometra de los Circuitos Circuito 1

Circuito 2

Asfalto Circuitos 3 a 6 Concreto

La seccin estructural de prueba tena una longitud de 30 m en pavimentos flexibles, 36 m en pavimentos de concreto simple y 80 m en pavimentos continuamente reforzados. Las secciones de prueba tanto de flexible como de pavimento rgido fueron construidas sobre idnticos terraplenes. Tambin se examinaron bajo las mismas condiciones climticas, por el mismo nmero de cargas aplicadas, el mismo trfico y velocidades de operacin. En total se examinaron 368 secciones de pavimento rgido y 468 secciones de pavimento flexible. El trfico que se utiliz en la prueba, estaba perfectamente controlado, se iniciaron las repeticiones de carga en noviembre de 1958, de la siguiente manera: En los circuitos de camiones pesados, Circuitos 3-6: - inicialmente 6 vehculos por carril - posteriormente se aumento a 10 vehculos por carril (en enero 1960) El tiempo de Operacin de los vehculos fue de: - 18 horas 40 minutos - 6 das de la semana En Total se aplicaron: - 1,114,000 Repeticiones de Carga Normal - Corresponiendo aproximandamente a 6.2 millones de ESALs


b).- CONCLUSIONES OBTENIDAS DE LA PRUEBA Los principales experimentos sobre pavimentos fueron diseados de modo que los resultados de las pruebas fueran estadsticamente significativas. Las secciones de prueba de los pavimentos de varios espesores fueron sometidas a trfico controlado. Las secciones examinadas representaban todas las combinaciones de los factores de diseo para concreto y asfalto. Cada circuito de trfico contenia algunas secciones que no formaban parte de los principales experimentos sobre pavimentos. Estas secciones se incluyeron para estudios especiales tales como los efectos de acotamientos pavimentados y bases estabilizadas en el comportamiento del pavimento. Dos de las tcnicas aleatorias y de rplica estadsticas que se emplearon al disear los experimentos principales fueron la aplicacin aleatoria que garantiz que un diseo dado tuviera la misma oportunidad de estar localizado en un lugar en un tramo recto de prueba, que una seccin de cualquiera de los diseos. Las posiciones de los cuatro circuitos de prueba ms importantes se localizaron al azar. La rplica garantiz que varios de los diseos aparecieran en dos secciones en el mismo para verificar la Confiabilidad. Las mediciones del comportamiento de un pavimento en trminos de su capacidad para soportar el trfico con seguridad y comodidad en la esencia del concepto de capacidad de servicio. Su desarrollo para convertirlo en un procedimiento trabajable por parte del personal de la Prueba de Carreteras constituy una aportacin muy importante a la ingeniera de carreteras. El nivel requerido de servicio de un pavimento depende de la funcin que requiera drsele al pavimento. Los factores que tuvieron mayor peso en la determinacin de la capacidad de servicio fueron: - Variaciones en el perfil longitudinal - Mediciones de la aspereza del pavimento en la direccin del movimiento. - Profundidad promedio de las roderas medida con regla de 1.20 m - Medidas de Agrietamientos severos - Medidas de Baches Las mediciones fsicas de las secciones de prueba se transfirieron a frmulas que podan dar nuevamente valores numricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada seccin de prueba que permiten la evaluacin de cada uno de los diversos diseos. Tres comparaciones que pueden usarse para evaluar el comportamiento de las secciones de prueba son: El nmero de aplicaciones de carga sobre un eje El ndice de capacidad de servicio de la seccin en un momento determinado La tendencia hacia la capacidad de servicio vs la capacidad de servicio

Los resultados que se obtuvieron en los circuitos se muestran a continuacin: Circuito 2 Trfico Ligero2.4 METODO DE DISEO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 3

SUB-BASESIMPLE2000 2000 6000

0REFORZADO 4.2 469 4.4 4.1 SIMPLE 4.4 2.2 4.0 4.0

3REFORZADO 4.2 840 SIMPLE 4.4 3.1

6REFORZADO 4.4 3.8

Carril 1

2.5Carril 2 ESPESOR DE CONCRETO

4.3 555 4.2

4.1 4.1

4.2 4.0

4.5 4.6

3.5

3.7

4.1

4.3 4.5

3.9 4.1

4.6 4.6

4.1 4.0

4.3 4.3

54.1

Circuito

CONCRETO ASFALTO

2

BASESUB-BASE 0 52 2 645

04 80 2 1.7 87 0 552 70 3.8 250

34 2.5 73 0 2.8 106

64 3.2 570

2000 2000 6000

Carril 1

1Carril 2 ESPESOR DE ASFALTO

3.5 582

3.4 3.5

3.6 3.2

2

74

3.0

3.3 106

3.8 710

3.8 2.7

3.6 3.1

3.9 3.6

3104

Se muestran las diferentes secciones probadas tanto de concreto como de asfalto con las diferentes combinaciones de sub-base, base y carpeta. La nomenclatura utilizada es la siguiente: Secciones que permanecieron en buenas condiciones, el nmero interior corresponde al ndice de servicio al final de la prueba. Secciones que permanecieron en regulares condiciones, el nmero interior corresponde al ndice de servicio al final de la prueba. Secciones que llegaron a la falla, el nmero interior corresponde al numero de aplicaciones de carga con el que llegaron a la falla. Las secciones de la parte superior corresponden al concreto y las de la parte inferior corresponden al asfalto. A continuacin se muestran los resultados de los otros circuitos:


Circuito 3 Cargas Pesadas

SUB-BASE12000 12000

3SIMPLE REFORZADO 278 278 2.8 1100 4.2 4.1 4.3 4.1 SIMPLE 289 210 3.5 2.8 4.1 4.1 4.3 4.3

6REFORZADO 273 295 725 631 SIMPLE 289 297 3.7 771 4.2 4.0 4.0 4.2

9REFORZADO 324 294 3.3 793 4.4 4.4 4.1 4.3

Carril 124000 24000

315

3.5Carril 2 ESPESOR DE CONCRETO 318 3.7

5705

4.4

4.3 4.3 4.2 4.0

6.54.2 4.4 4.3

8Circuito

3

CONCRETO ASFALTO12000

BASESUB-BASE 0 64

04 4 3 87 80 8 73 74 100 91 0 65 70 72 75

34 73 76 87 86 8 88 80 0 77 72

64 90 81 8 722 555

12000

Carril 124000 24000

2Carril 2 ESPESOR DE ASFALTO 64 77

561 111

87 80

589 102

1.6 614

3

72

78

78 80

109 88

80 88

109 100

611 588

178 175

2.3 627

3.6 3.3

472



SUB-BASE18000 18000

3SIMPLE REFORZADO 415 304 3.8 2.6 3.9 4.0 4.0 4.0 SIMPLE 353 328 4.4 3.4 4.4 4.2 4.5 4.2

6REFORZADO 325 175 3.4 796 4.4 4.4 4.5 4.3 SIMPLE 291 289 3.0 722 4.3 4.1 4.1 4.2

9REFORZADO 592 408 1.8 1036 4.3 4.2 4.8 4.2

Carril 132000 32000

716

5Carril 2 ESPESOR DE CONCRETO 343 3.8

6.5687

4.4

84.1 4.2 4.0

Circuito

9.5 CONCRETO ASFALTO18000

4

BASESUB-BASE 4 2

08 72 74 12 82 106 426 576 4 74 76 87 93

38 82 86 100 151 12 583 601 4 80 80

68 92 570 12 1.6 618

18000

Carril 132000 32000

3Carril 2 ESPESOR DE ASFALTO 12 78

107 102

1110 796

90 120

1.9 2.0

1.9 3.1

4

83

88

119 126

676 850

125 151

589 752

592 2.2

641 734

3.6 2.7

3.3 2.7

5102



SUB-BASE22400 22400

3SIMPLE REFORZADO 898 705 1104 915 4.3 4.1 4.1 4.3 SIMPLE 898 369 4.2 3.7 3.7 4.0 4.5 4.5

6REFORZADO 369 305 4.0 901 4.5 4.3 4.4 4.3 SIMPLE 705 698

9REFORZADO 708 618 4.6 3.2 4.4 4.6 4.4 4.4

Carril 140000 40000

760

6.5Carril 2 ESPESOR DE CONCRETO 335 4.2

84.2

1111 898

4.4

4.5 3.8 4.5 4.4

9.5

4.3 4.1 4.3

Circuito

11 CONCRETO ASFALTO22400

5

BASESUB-BASE 4 70 4 ESPESOR DE ASFALTO 71

38 72 74 82 82 12 87 114 104 102 4 72 75 80 82

68 76 77 109 330 12 408 555 4 81 82

98 87 106 12 2.9 655

22400

Carril 140000 40000

3Carril 2

605 549

102 111

490 401

2.4 3.0

4

66

78

103 129

756 1.9

101 113

652 1.9

2.0 2.4

624 627

2.7 2.6

3.5 3.2

590



SUB-BASE30000 30000

3SIMPLE REFORZADO 782 618 4.5 4.4 SIMPLE 3.9 4.1 4.3 4.3 4.2 4.3 4.0 4.2

6REFORZADO 974 415 4.0 4.0 4.0 4.1 4.2 4.4 SIMPLE 3.4 1114 4.2 4.3

9REFORZADO 768 624 2.2 912 4.2 4.1 4.5 4.2

Carril 148000 48000

878

8Carril 2 ESPESOR DE CONCRETO 1.8 3.6

9.53.1

4.2

4.4 4.4 4.4 4.3

4.3 4.3 4.2 4.4

11

4.3 4.2

Circuito

12.5 CONCRETO ASFALTO30000

6

4.3

BASESUB-BASE 8 72 80 ESPESOR DE ASFALTO 78

312 373 573 101 419 16 134 621 573 652 8 82 373 100 105 106 250

612 83 100 634 595 16 552 621 8 82 242

912 353 737 16 2.0 3.2

30000

Carril 148000 48000

4Carril 2

1.8 809

595 624

719 722

3.3 3.5

5

103

141

113 485

627 2.4

1.6 3.0

3.2 3.9

624 2.6

2.8 2.6

2.7 3.6

6579

En general se puede observar que el comportamiento que mostraron los pavimentos de concreto fue sustancialmente mejor que el de los pavimentos flexibles.


El ndice de servicio general que tuvieron los principales tramos de prueba y su comportamiento fue como se muestra a continuacin: Comportamiento General del Circuito 3

Circuito 35 Muy bueno

CONCRETO4

Indice de servicio

Bueno 3 Regular 2 Malo 1.5 0 250

ASFALTO

500

750

1000

1250

Aplicaciones de carga (miles)

Comportamiento General del Circuito 4


Indice de servicio

CONCRETO4

Bueno

ASFALTO3 Regular 2 Malo 1.5 0 250 500 750 1000 1250





Indice de servicio

4 Bueno 3 Regular 2 Malo 1.5 0 250

CONCRETO ASFALTO

500

750

1000

1250




Indice de servicio

4

CONCRETOBueno 3

ASFALTORegular 2 Malo 1.5 0 250 500 750 1000 1250



Otra de las conclusiones que se obtuvieron durante la prueba de pavimentos es con referencia a los pavimentos con acero de refuerzo. Como se muestra a continuacin, el acero de refuerzo en los pavimentos de concreto prcticamente no incrementa su capacidad portante, debido a que el pavimento se apoya en toda la superficie de la sub-base y por lo tanto no existen las deformaciones que haran que el acero de refuerzo trabajara para dar una contribucin significativa. Pavimentos de Espesor Intermedio100

Pavimentos de Espesor Mayor5

80

4

Indice de Servicio3.9 3.5

Porcentaje

60

3

40

2

20

1

0

0

Simple

Reforzado

Simple

Reforzado

Porcentaje de sobrevivientes e ndice de servicio promedio

Indice de Servicio al final de la Prueba.

Por lo anterior no es recomendable la utilizacin de acero de refuerzo en los pavimentos de concreto hidrulico.

c).- EVOLUCION DE LA GUIA AASHTO Aproximadamente despus de un ao de terminar la prueba AASHO para 1961 sali publicada la primer Gua AASHO para Diseo de Pavimentos Rgidos y Flexibles. Posteriormente para 1972 se realiz una revisin y se public como la Gua AASHTO para Diseo de Estructuras de Pavimento 1972; Para 1981 se hizo una Revisin al Captulo III, correspondiente al Diseo de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland;2.4 METODO DE DISEO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 11

Para 1986 se public una revisin de la Gua para el Diseo de Estructuras de Pavimento; En 1993 se realiz una Revisin del Diseo de Sobrecarpetas de pavimento; Para 1998 se public un mtodo alternativo para diseo de pavimentos, que corresponde a un Suplemento a la gua de diseo de estructuras de pavimento.

d).- FORMULACION La formula general a la que lleg al AASHTO para el diseo de pavimetos rgidos, basada en los resultados obtenidos de la prueba AASHO es la siguiente:

1986-93 Ecuacin de Diseo de Pavimentos RgidosDiferencia de Serviciabilidad Desviacin Estndar Normal Error Estndar Combinado Espesor

log10 1+

PSI 4.5-1.5 (D+1) 8.46

Zr x So + 7.35 x log10 (D+1)- 0.06 + log10 ( E18 ) =Trfico Serviciabilidad Final Mdulo de Ruptura Coeficiente de Drenaje

1.624 x 10 7

+ (4.22- 0.32 x pt) x log10 pt)

Sc x Cd x ( D -1.132) 215.63 x J D 0.75

0.75

18.42 (Ec/k) Ec/k)0.25

Coeficiente de Transferencia de Carga

Mdulo de Elasticidad

Mdulo de Reaccin

Las variables que intervienen en el diseo de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseo del pavimento por lo que es importante conocer las consideraciones ms importantes que tienen que ver con cada una de ellas para as poder realizar diseos confiables y ptimos al mismo tiempo. El procedimiento de diseo normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor supuesto calcular los Ejes Equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseo, si se cumple el equilibrio en la ecuacin el espesor supuesto es resultado del problema, en caso de no haber equilibrio en la ecuacin se debern seguir haciendo tanteos para tomando como valor semilla el resultado del tanteo anterior. La convergencia del mtodo es muy rpida.2.4 METODO DE DISEO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 12

Variables de diseo de Pavimentos Rgidos - Espesor - Serviciabilidad - Trfico - Transferencia de Carga - Propiedades del Concreto - Resistencia de la Subrasante - Drenaje - Confiabilidad

1. Espesor El espesor del pavimento de concreto es la variable que pretendemos determinar al realizar un diseo, el resultado del espesor se ve afectado por todas las dems variables que intervienen en los clculos. Es importante especificar lo que se disea, ya que a partir de espesores regulares una pequea variacin en el espesor puede significar una variacin importante en la vida til. 2. Serviciabilidad El procedimiento de Diseo AASHTO predice el porcentaje de prdida de serviciabilidad ( PSI) para varios niveles de trfico y cargas de ejes. Entre mayor sea el PSI, mayor ser la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.

Capacidad Original

Serviciabilidad

PSI

Capacidad de falla

ESALS


Indice de Servicio 5 4 3 2 1

Calificacin

Excelente Muy Bueno Bueno Regular Malo Intransitable

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de trfico (autos y camiones) que circulan en la va, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificacin para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificacin del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parmetros medibles como los son: el ndice de perfil, ndice de rugosidad internacional, coeficiente de friccin, distancias de frenado, visibilidad, etc.

Serviciabilidad Inicial (Po). Es la condicin que tiene un pavimento inmediatamente despus de la construccin del mismo. Los valores recomendados por AASHTO para este parmetro son: - Para pavimento de Concreto = 4.5 - Para pavimento de Asfalto = 4.2 Usando buenas tcnicas de construccin, el pavimento de concreto puede tener una serviciabilidad Po = 4.7 4.8 Mientras mejor se construya inicialmente un pavimento, o bien, mientras mejor ndice de serviciabilidad inicial tenga mayor ser su vida til, esto es debido a que las curvas de deterioro se comportan de manera paralela o con el mismo gradiente para unas condiciones determinadas, como se muestra a continuacin:

Po = 4.8 (3 pulg./milla)

Po Indice de Servicio

Po = 4.5 (7 pulg./milla) Po = 4.3 (12pulg./milla)

Pt Rehabilitacin Requerida

Vida Util (Trfico Acumulado)


Serviciabilidad Final (Pt). - La serviciabilidad final tiene que ver con la calificacin que esperamos tenga el pavimento al final de su vida til. Los valores recomendados de Serviciabilidad Final Pt para el caso de Mxico, son: - Para Autopistas 2.5 - Para Carreteras 2.0 - Para Zonas Industriales 1.8 - Pavimentos Urbanos Principales 1.8 - Pavimentos Urbanos Secundarios 1.5

3. Trfico El Trfico es una de las variables ms significativas del diseo de pavimentos y sin embargo es una de las que ms incertidumbre presenta al momento de estimarse. Es importante hacer notar que debemos contar con la informacin ms precisa posible del trfico para el diseo, ya que de no ser as podramos tener diseos inseguros o con un grado importante de sobre diseo. La metodologa AASHTO considera la vida til de un pavimento relacionada el nmero de repeticiones de carga que podr soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino. El mtodo AASHTO utiliza en su formulacin el nmero de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de entrar a las frmulas de diseo, debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los vehculos que circularn por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2 Ton) tambin conocidos como ESALs. Lo conducente es realizar los clculos para el carril de diseo, seleccionado para estos fines por ser el que mejor representa las condiciones crticas de servicio de la calle o camino. Existen algunos factores que nos ayudan a determinar con precisin el trfico que circular por el carril de diseo. Los pavimentos de concreto el AASHTO los disea por fatiga. La fatiga la podemos entender como el nmero de repeticiones ciclos de carga y descarga que actan sobre un elemento. En realidad al establecer una vida til de diseo, en realidad lo que estamos haciendo es tratar de estimar, en un perodo de tiempo, el nmero de repeticiones de carga a las que estar sometido el pavimento. La vida til mnima con la que se debe disear un pavimento rgido es de 20 aos, es comn realizar diseos para 30, 40 ms de 50 aos. Adicionalmente se deber contemplar el crecimiento del trfico durante su vida til, que depende en gran medida del desarrollo econmico - social de la zona en cuestin, del mejoramiento de las caractersticas del pavimento se puede generar trfico atrado e igualmente se debe considerar la capacidad de trfico de la va.


Tvu = Tpa x FCT donde: Tvu = Trfico en la vida til Tpa = Trfico durante el primer ao FCT = Factor de crecimiento del trfico, que depende de la Tasa de Crecimiento Anual y de la Vida Util

Tasa de Crecimiento Annual Dependiendo de muchos factores, tales como el desarrollo econmico - social, la capacidad de la va, etc. Es normal que el trfico vehicular vaya aumentando con el paso del tiempo, hasta que llega a un punto tal de saturacin en el que el trfico se mantiene prcticamente sin crecer. Es conveniente preever este crecimiento del trfico, tomando en consideracin una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento del trfico. La tasa de crecimiento pudiera variar de acuerdo a los tipos de vehculos, pueden crecer ms unos tipos que otros. A medida que un camino se va congestionando de trfico su crecimiento se va haciendo mas lento, este efecto debemos considerarlo pudiendo estimar una Tasa de Crecimiento Equivalente, para considerar las variaciones en el crecimiento durante la vida til. Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en particular que se este considerando. A continuacin se muestran algunos valores tpicos de tasas de crecimiento, sin embargo estos pueden variar segn el caso.Valores comunes de tasas de crecimiento Caso Tasa de Crecimiento Crecimiento Normal 1% a 3% Vas Completamente Saturadas 0% a 1% Con trfico inducido * 4% a 5% Alto crecimiento * mayor al 5%* solamente durante 3 a 5 aos

Factor de Crecimiento del Trfico.- El factor de crecimiento del trfico considera los aos de vida til ms un nmero de aos adicionales debidos al crecimiento propio de la va.( 1 + g )n - 1 gdonde: g = Tasa de Crecimiento n = Aos de Vida Util

FCT =


Factor de Sentido.- Del total del trfico que se estima para el diseo del pavimento deber determinarse el correspondiente a cada sentido de circulacin, esto se realiza mediante la introduccin del Factor de Sentido, cuyos valores recomendados son: - Un sentido de Circulacin 1.0 - Doble sentido de Circulacin 2.0 Factor de Carril. - El factor de Carril es un coeficiente que nos permite estimar que tanto del trfico en el sentido de diseo circula por el carril de diseo. En una va de un solo carril en el sentido de circulacin de diseo, obviamente el 100% del trfico circular por ese carril que al mismo tiempo ser nuestro carril de diseo. Una va con dos carriles en el sentido de diseo, dependiendo del tipo de camino: carretero urbano, y de que tan saturada est la va, pueda ser que sobre el carril de diseo circule entre un 50% a un 80% del trfico en ese sentido. El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo no necesariamente deben utilizarse.Nmero de Carriles 1 2 3 4 Factor de Carril 1.00 0.80 a 1.00 0.60 a 0.80 0.50 a 0.75

Nota: estos se asemejan ms a los de carreteras

Factor de Equivalencia del Trfico. - Las frmulas que permiten convertir el nmero de ejes de pesos normales a ejes equivalentes dependen del espesor del pavimento, de la carga del eje, del tipo de eje y de la serviciabilidad final que pretendemos para el pavimento. A continuacin se muestran dichas frmulas:

Fec = Wtx Wt18

Wt18 Wtx= 4.62 Log (18+1) - 4.62 Log (Lx + L2) + 3.28 Log (L2) + Gt x Gt 18

Log

Gt = Log

4.5 - Pt 4.5 - 1.5

x = 1 +

3.63 (Lx + L2) 5.20 ( D + 1 ) 8.46 ( L2 ) 3.52

En Donde:

Wtx = # Aplicaciones de carga definida al final del tiempo t Wt18 = # Aplicaciones de carga equivalente al final del tiempo t2.4 METODO DE DISEO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX PG. 17

Lx = Carga del eje en kips L2 = Cdigo de eje cargado: L2 = 1 Para eje Sencillo L2 = 2 Para eje Tandem L2 = 3 Para eje Tridem Gt = f ( Pt ) 18 =Valor de x cuando Lx=18 y L2 = 1Es importante hacer notar que los ejes equivalentes se calculan de manera diferente para un pavimento rgido que para un flexible. Cuando se multiplica el trfico por las diferentes factores de equivalencias, se obtienen los ESALs (Ejes Sencillos Equivalentes). El trfico pesado es el que mayor dao produce a los pavimentos por lo que deber estimarse con la mayor precisin posible. Como ejemplo podemos mencionar que el dao que produce una sola aplicacin de carga de un camin semi-remolque de 36 Ton. equivale al dao que producen 9,523 repeticiones de carga de un vehculo tipo automvil. Otro factor importante a considerar es la sobrecarga, debemos conocer con la mayor certeza posible los pesos de los ejes de los vehculos que estarn circulando sobre el pavimento que estamos diseando, ya que las sobrecargas generan un dao muy importante al pavimento y su crecimiento es de orden exponencial.

4. Transferencia de Cargas La transferencia de carga es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objeto de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento, mientras mejor sea la transferencia de cargas mejor ser

cemex - manual de pavimentos de concreto

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