Facultad de ingenieria en ciencias de la tierra



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2.2 Capas de un Pavimento

El elemento principal de la estructura que se ilustra es el pavimento,el cual está compuesto de:

23*http://www.trituradoselchocho.com.co/boletines/boletin1.htm

Superficie derodamiento

 Base

 Sub-base(no siemprese usa)



 Sub-rasante
2.2.1 SUPERFICIE DERODAMIENTO

Lasuperficiederodamientodebetenercapacidadpararesistirel desgasteylosefectosabrasivosdelosvehículosenmovimientoy poseersuficienteestabilidadparaevitardañosporelimpulsoylas rodadasbajolacargadetransito.Además,sirveparaimpedirlaentradadecantidadesexcesivasdelaguasuperficialalabaseylas subrasantedirectamentedesdearriba.Sufunciónprimordialseráprotegerlabaseimpermeabilizandola superficie,paraevitarasíposiblesinfiltracionesdelaguadelluvia que podría saturartotal o parcialmentelas capas inferiores.

Lasuperficiederodamientoestáformadaporcapasdeconcreto asfáltico(tratamientosuperficialbituminoso),concretohidráulicoo adoquines.





La superficie de rodamiento puede variar en un espesor desde menos de 1 pulgada en el casodeltratamiento bituminoso superficial usado por su bajo costo en caminos de transito ligero, hasta 6 pulgadas o más de concreto asfalto usado para caminos de tránsito pesado.

Figura 2.2 Pavimentación

24*http://amivtac-jalisco.org/%C2%BFSabias-que----.php


Datos técnicos:
Tendrán las siguientes características: Mat. Asfáltico: Deberá ser cemento asfáltico de penetración 60- 70.

Áridos: deberán tener la granulometría especificada a continuación:




Tabla Granulometria de los aridos empleados en la carpeta asfaltica


Un punto inicial para el diseño es escoger el porcentaje de asfalto para el promedio de los límites de vacíos de aire, el cual es 4%.



2.2.2 Base

Labaseesunacapa(ocapas)demuyaltaestabilidadydensidad. Suprincipalpropósitoeseldedistribuiro“repartir”losesfuerzos creadosporlascargasrodantesqueactúansobrelasuperficiede rodamientoparaquelosesfuerzostransmitidosalasubrasanteno seantangrandesqueden porresultadounaexcesivadeformacióno desplazamiento delacapa decimentación.

Esta capa tiene por finalidad, la de absorber los esfuerzos trasmitidos por las cargas de los vehículos y, además, repartir uniformementeEstosesfuerzosalasub–baseypormediodeesta al terrenodefundación.

El valor cementante en una base es indispensablepara proporcionarunasustentaciónadecuadaalascarpetasasfálticas delgadas.Encasocontrario,cuandolasbasesseconstruyencon materialesinertesysecomienzaatransitarporlacarretera,los vehículos provocan deformaciones transversales.

Enelcasodela granulometría,noesestrictamentenecesarioque los granos tengan una forma semejante a la que marcanlas fronterasdelaszonas,siendodemayorimportanciaqueelmaterial tengaunVRS(valorrelativodesoporte)yunaplasticidadmínima; ademásserecomiendanocompactarmaterialesenlasbasesque tenganuna humedad igualo mayorquesu límite plástico.

ElmaterialGRANULAR que se empleaenla base,debellenarlos siguientes requisitos:

Serresistentea los cambiosdehumedad y temperatura.

Nopresentarcambios devolumenqueseanperjudiciales.

Elporcentajededesgaste,segúnelensayode“LosÁngeles“

debeserinferiora 50.

LafraccióndelmaterialquepaseeltamizNo.40,hadetener unLimiteLiquidodel25%,yunÍndicedePlasticidadinferior a 6.
El C.B.R. dediseñodebesersuperior al50%.Por lo generalla

capabaseseempleapiedratrituradaochancada,gravao mezclasestabilizadas


Figura 2.3 Pavimentacióndecarrildeautopista



Granulometrías de las clases de bases:
Base Clase 1: Son bases constituidas por agregados gruesos y finos, triturados en un 100%
25*http://www.coprisa.es/9-pavimentacion-asfaltar-autopista-a-1



Base Tipo A y B según

Granulometrías - Especificaciones del MOP

Base Clase 2: Son bases constituidas por fragmentos de roca o grava trituradas, cuya fracción de agregado grueso será triturada al menos el 50% en peso.



Base Clase 2 según Granulometría
Base Clase 3: Son bases constituidas por fragmentos de roca o grava triturada, cuya fracción de agregado grueso será triturada al menos el 25% en peso



Base clase 3 según

Granulometrías - Especificaciones del MOP


Base Clase 4: Son bases constituidas por agregados obtenidospor trituración o cribado de piedras fragmentadas naturalmenteo de gravas


Base clase 4 según

Granulometrías - Especificaciones del MOP


2.2.3 SUB-BASE

Realmentese tratadeunabasede menorcalidadyaquealestarmás alejadadelascargasdeltráfico,estas lelleganmás atenuadas.

Enmuchoscasossehaatribuidotambiénalasub-baseunafunción drenante,enparticularcuando lascapasinferioressonpoco permeables.

Sinembargoestonodebeserconsideradocomogeneralenalgunos casoselquelasub-baseseamuypermeablepuedeserperjudicial para laestructura,porsu capacidaddealmacenarmuchaagua.



2.2.3.1Característicasdelasub-base

Principalescaracterísticasquedebetenerlasub-base:

Controlaroeliminarenloposible,loscambiosdevolumende elasticidad yplasticidadperjudicialesquepudieratenerel material dela sub- rasante.

Controlarlaascensióncapilardelaguaprovenientede las capasfriáticascercanasodeotrasfuentes,protegiendoasíel pavimento contra los Hinchamientos que se producen en Épocas de helada. Este hinchamiento es causado por el congelamiento del agua capilar, fenómeno que se observa especialmenteensueloslimosos,dondelaascensióndelagua capilares grande.


Elmaterial de lasub- base debe ser seleccionadoy tener mayor capacidad de soporte que el terreno de fundación compactado.Estematerial puede serarena,grava, escoria de altos hornos o residuos de material de cantera. Sila función principal dela sub- basees deservirdecapade drenaje, el material a emplearse debe ser granular, y la cantidaddematerialfino(limoyarcilla)quepaseeltamizNo. 200 no será mayordel8%


Figura 2.4 Sub-baseGranularencapasdepavimento

Granulometría de la sub-base

Sub-base Clase1: Son sub.-bases construidas con agregados obtenidos por trituración de roca o grava.

Sub-base Clase 2: Son sub.-bases construidas con agregados obtenidos mediante trituración o cribado en yacimientos de piedras fragmentadas naturalmente o de gravas.

Sub-base Clase 3: Son sub-bases construidas con agregados naturales y procesados.


26*http://www.uc.cl/sw_educ/construccion/urbanizacion/html/concepto.html




Clases de Sub-bases según

Granulometrías - Especificaciones del MOP

2.2.4 Sub-rasante

Lasub-rasanteotambiénllamadoterrenodefundicióneslacapade cimentación,laestructuraquedebesoportarfinalmentetodaslas cargas quecorrensobre elpavimento.

Enalgunoscasos,estacapaestaráformadasoloporlasuperficie natural del terreno o sino de la parte superior de un relleno debidamentecompactado.

Enotroscasosmásusuales,seráelterrenoelquesecompacteuna vezquesehacortadoelnecesarioolacapasuperiorendondeha requerido terraplén.

En el concepto fundamental de la acción de lospavimentos Flexibles,elespesorcombinadodelasub-base(siseusa),dela baseydelasuperficiederodamientodebeserlosuficientemente grandeparaquesereduzcanlosesfuerzosqueconcurrenenla sub-rasante a valores que no sean tan grandes como para que produzcanunadistorsiónodesplazamientoexcesivosdelacapade suelo dela sub-rasante.

Frecuentemente,lasdeficienciasenlaconstruccióndebidasa problemasdela sub-rasantenosedetectanporencontrarse “ocultas”enel pavimentofinal;sinembargopuedenaparecer enelpavimentodespuésdelaexposiciónaltráficoyalmedio ambiente.
Principales características quedebeteneruna sub-rasante:

Si el terreno de fundación es pésimo, debe desecharse el materialquelocomponesiemprequeseaposible,ysustituirse esteporunsuelodemejorcalidad.

Sielterrenodefundaciónesmalo,habráquecolocarunasub base dematerial seleccionado antes decolocar la base.

 Si el terreno de fundación es regular o bueno, podría prescindirse delasub – base.




Figura 2.5 Sub-rasante envia


27*http://carreterasyvias.blogspot.com/2007_11_01_archive.html

2.3 Tiposdepavimentos
Básicamente existen tres tiposde pavimentos: rígido,flexibles, articulado.

2.3.1 Pavimento rígido
Los pavimentos típicamente rígidos, son los de concreto. Estos pavimentos difieren mucho de los de tipo flexible.

Los pavimentos de concreto reciben la carga de los vehículos y la reparten a un área de la sub-rasante.


La losa por su alta rigidez y alto módulo elástico, tiene un comportamiento de elemento estructural de viga. Ella absorbe prácticamente toda la carga.


Estos pavimentos han tenido un desarrollo bastante dinámico. De acuerdo al adelanto tecnológico y científico correspondiente a la estructura de concreto



http://www.uc.cl/sw_educ/construccion/urbanizacion/media/conceptos/grandes/pav_rigi.jpg
Figura 2.6 Estructura deunpavimento rígido
28*http://www.uc.cl/sw_educ/construccion/urbanizacion/html/conceptos/9.html

Está conformadosuperficialmenteporlosasdeconcreto apoyadassobreunaestructura granularcalculada de acuerdoa la capacidad desoportedel terreno,que enalgunos casos sedenomina sub-base, y al volumen del tránsito,paragarantizarsurigidez.Selellama rígido porqueal ser sometido a las cargas del tránsito debenser prácticamentenulas las deformaciones que ocurran,tieneuncosto inicial máselevado que el flexible, su periodo de vida varíaentre 20y 40 años;el mantenimiento querequiere esmínimo y solo se efectúa (comúnmente)enlas juntas delas losas.



2.3.2 Pavimento Flexible
La estructura de pavimento flexible está compuesta por varias capas de material.Cada capa recibe las cargas por encima de la capa, se extiende en ella, entonces pasa a estas cargas a la siguiente capa inferior. Por lo tanto, la capa más abajo en la estructura del pavimento, recibe menos carga.

Conel fin deaprovecharal máximoestapropiedad,las capas son generalmente dispuestasenordendescendentede capacidadde carga,porlo tanto la capa superiorserá la queposeela mayor capacidad decarga dematerial (yla más cara) y la demás baja capacidad decarga dematerial (ymás barata) ira enla parte inferior.



2.3.2.1Capas deun pavimento flexible

La típicaestructura deun pavimento flexible consta delas siguientes capas:



Capasuperficial: Esta es la capa superiory la capaque entraen contacto conel tráfico.Puede estarcompuesta poruno o varias capas asfálticas.
Base:Esta es la capa quese encuentra directamente debajodelacapa deSuperficial y,engeneral,secomponede agregados (ya sea estabilizado o sinestabilizar).
CapaSub-base:Esta es la capa (o capas),estánbajola capa de base.La Sub-baseno siempre es necesaria.

Figura 2.6 Estructura deunpavimentoflexible

2.3.2.2 Duración deunPavimento Flexible
La duración útil de un pavimento puede definirse como el período durante el cual se espera que la estructura de pavimento continúe en función sin una pérdida apreciable de su valor de soporte, y mantenga una condición superficial aceptable.
La duración del pavimento puede ampliarse mediante varias medidas para su conservación, así como mediante la construcción planeada en etapas.
La construcción en etapas consiste en aplicar capas sucesivas de pavimento de acuerdo con un diseño, tomando en cuenta la distribución de cargas de tráfico durante un tiempo programado.

29*http://www.trituradoselchocho.com.co/boletines/boletin1.htm


La vida útil de un pavimento flexible es de 10 años a 20 años pero todo esto depende de algunos factores tales como la falta de  mantenimiento preventivo, el deterioro ocasionado por las aguas, los combustibles que derraman los automotores y el tránsito de vehículos pesados por vías que no han sido diseñadas con este propósito.


2.3.2.3Finalidad de unPavimento Flexible

Tienela finalidad dehacer cumplirlos siguientespropósitos:


Soportarytransmitirlascargasquesepresentanconelpasodelos vehículos.

Serlo suficientementeimpermeable

Soportareldesgasteproducido porel transito y porel clima

Mantener unasuperficiecómodayseguro(antideslizante)para el rodamientode los vehículos



Mantener 1grado de flexibilidad para cubrir los asentamientos que presentela capa inferior(base o subbase)

2.3.2.4 Ventajasy desventajas deunPavimentoFlexible


Pavimentos Rígidos

1.- Mayor vida útil (mínimo 30 años).

2.-La calidad de la superficie se mantiene por muchos años, y básicamente se conserva la estructura del pavimento.

3.- Resiste ataques químicos (aceites, grasas, combustibles).

4.- Mayores resistencias mecánicas y a la abrasión; la resistencia de los materiales aumenta con la edad.

5.- Estructuras menores de pavimentación (no más de 2 capas).

6.- Permite el flujo de transito por mayores periodos.

7.- Como función de la textura superficial, mayor resistencia al deslizamiento.

8.- Mantiene casi integra la capa de rodamiento, no es tan sensible a la intemperie.

9.- Mayor distancia de visibilidad horizontal, proporcionando mayor seguridad.

10.- Facilidad de construcción. Puede ser ejecutado con equipos convencionales.

Pavimentos flexibles

1.- Vida útil máxima de 10 años.

2.- Son frecuentes los baches, hundimientos y roderas, causan daños a los vehículos.

3.- Es muy afectado por los mismos productos.

4.- Las deformaciones y deterioros que sufren disminuyen comodidad y seguridad, la resistencia tiende a disminuir, principalmente en climas calientes

5.- Requiere mayores excavaciones, movimiento de tierras y son más las capas a colocar.

6.- Las acciones rutinarias de conservaciones y reparaciones frecuentes interrumpen el trafico y hacen más costosa la carretera

7.- Superficie que pierde textura rápido, principalmente en condición húmeda.

8.- Las altas temperaturas y lluvias promueven perdida de material.

9- Una visibilidad más reducida durante la noche y en condiciones climáticas adversas.

10.- Requieren plantas de asfalto y equipo especializado.

2.3.3 PAVIMENTOS ARTICULADOSODE ADOQUINES:


Figura 2.7 Estructura deunpavimentoarticulado

Estácompuestoporpequeñosbloquesprefabricados,normalmente deconcretoqueseasientansobreuncolchóndearenasoportado poruna capa de sub-base o directamentesobrela sub-rasante.

Sudiseño,comotodopavimento,debeestardeacuerdoconla capacidadde soporte de la subrasanteparaprevenirsu deformación.

30*http://www.trituradoselchocho.com.co/boletines/boletin1.htm



Capítulo3
Refuerzo encarreteras con Geomallasbiaxiales

Los pavimentos flexibles se caracterizan por ser sistemas

multicapa,loscualesestándiseñadosparaabsorberydisiparlos esfuerzosgeneradosporeltráfico,porlogeneralestasestructuras poseencapasdemejorcalidadcercadelasuperficiedondelas tensiones sonmayores.


Tradicionalmente un pavimento rígido trabaja distribuyendo la carga aplicada hasta que llegue a un nivel aceptable para la subrasante.

Estetipo depavimentoloconformaunacarpeta asfalticosobreuna capadebasequepuedeserpiedrapartida,gravabiengraduadao materialesestabilizados(concemento,caloasfalto)yunasubbase conmaterialde menorcalidad.

Estepavimentonosproporcionaunniveldevidade20a40años, elmantenimientoesmínimosoloselorealizacomúnmenteenlas juntas dela losa.


3.1 Introducción
La metodología que se presenta a continuación se basa en la versiónde1993delmétododediseñodepavimentosflexiblesdelaAASHTO. La cual ha sido modificada para poder explicar la contribución estructural de las geomallasbiaxiales coextruidas, según las investigaciones desarrolladas.

Figura 3.1 Sección típicadeEstructurasdePavimento Flexible.



La modificacióndelmétododelaAASHTOempleandogeomallas

biaxiales coextruidas para refuerzo de pavimentos flexibles, se realizócon base con ensayos de laboratorio y verificaciones en campo.



3.2 Mecanismo derefuerzo generados porlasGeomallas
A travésde varias investigaciones, se haencontrado que los 3 mecanismosprincipalesderefuerzoqueproporcionaunageomallabiaxial sonlos que enunciaremos.
3.2.1Confinamiento LateraldelaBase oSubbase.
Todoestoselograatravésdelafricciónytrabazóndelageomalla conel agregado.

Esto se presenta debido a que los módulos de los materiales granularessondependientesdelestadodeesfuerzos,alaumentar elconfinamientolateral,aumentaelmódulodelacapagranular sobrela geomalla.


31*www.google.com/pavimento_rigido


Figura 3.2 confinamiento lateral generado porla geomallaenun material granular.


3.2.2 Mejoramientodelacapacidadportante.
El mejoramiento de la capacidad portante, que suele estar relacionado con el uso de una geomalla sobre sub-rasantesblandas en aplicaciones sin pavimento, es el resultado de un cambio en el modo de fallas críticas de la subrasantedesde un corte localizado, que se caracteriza, en general, por una falla de ahuellamiento profundo, hasta una falla de capacidad portante general. Así se logra un eficaz mejoramiento de la capacidad portante de la subrasante,como consecuencia de la disipación de la presión en la interfaz de la subrasante con la geomalla (Figura 3). En general, este sistema se implementa en las superficies sin pavimentar en las que se requiere una estabilización con el fin de obtener una superficie de trabajo estable.
32*http://israeltextex.blogspot.com/2010/11/geomallas.html


Figura 3.3 Capacidad Portante.

3.2.3 Membrana Tensionada
Este efecto se origina en la propiedad por la cual un material flexiblealongado,aladoptarunacurvaporefectodelacarga,el esfuerzonormalsobresucaracóncavaesmayorqueelesfuerzo sobrelacaraconvexa,lacualsetraduceenquebajolaaplicación decargaelesfuerzoverticaltransmitidoporlageomallahaciala sub-rasanteesmenorqueelesfuerzoverticaltransmitidohaciala geomalla.
Todoesteproblemaocurreennivelesdedeformacióndemasiados altoscomolosquesuelenpasarenvíassinpavimentardespuésde unnúmero derepeticionesdecarga elevada.
Deacuerdoconloplanteadoenloanterior,elmecanismodemayor importanciaparalasestructurasvariaseselconfinamientolateral, medianteelcualsealcanzarían3beneficiosprincipalesquelosenunciaremos:
33* http://oswaldodavidpavimentosrigidos.blogspot.com/
RestriccióndeldesplazamientolateraldelosagregadosdelaBase o Sub-base
Lacolocacióndeunaovariascapasdegeomallasdentrooenlfondodelascapasdelabasepermitirálainteracciónporcortante entreelagregado ylageomalla,amedidaquelabase tratad desplazarselateralmente.
Lacargaporcortanteestrasmitidadesdeelagregadodelacapa granularhacia lageomalla y la colocaen tensión.
Laaltarigidezdelageomallaactúapararetardareldesarrollodela deformaciónportensiónenelmaterialadyacenteaesta,situación quesegeneraconstantementeenlazonadondeseencuentraun diferencialdetipos de estructura.
Unadeformaciónlateralpequeñadelabaseosubbasesetraduce enmenordeformaciónvertical dela superficiedela vía deacceso.
Mejoramiento en la distribución de esfuerzos sobre la sub-rasante
Ensistemasestratificados,cuandoexisteunmaterialmenosrígido pordebajodelabaseosubbase,unaumentoenelmódulodela capadebaseosub-baseresultaenunadistribucióndelosesfuerzos verticales más amplia sobrela subrasante.
Entérminosgenerales,elesfuerzoverticalenlabaseosubrasantedirectamentepordebajodelageomallaydelacargaaplicadadebe disminuiramedidaqueaumentalarigidezdelabase.Estose reflejaenuna deformaciónsuperficial menorymás uniforme.

Reducción del esfuerzo y deformación por corte sobre la sub-rasante

Ladisminucióndeladeformaciónporcortetransmitidadesdela baseosubbasehacialasubrasanteamedidaqueelcortantedela basetransmitelascargastensionaleshaciaelesfuerzo,sumadoa los menores esfuerzos verticales genera un estado de esfuerzos menosseveroquellevaaunamenordeformaciónverticaldela subrasante.


3.3EnsayodeunaestructurareforzadaconGeomallabiaxial coextruida.
Las conclusiones y los resultados empíricos fueron obtenidos duranteelanálisisdeunaestructuradepavimentoconsecciones reforzadasynoreforzadas,utilizadaspararealizarelensayode pavimento.
Las variables que se estudiaron fueronlas siguientes:
Resistencia delasub-rasante(CBR)

Espesordela capa degrava

Tipo degeosinteticos

Numerode ejesequivalentes


Paraverificarlacapacidadderefuerzodelageomallaenlabasede unacarreteraaplicandoprocesosdelaboratorioparapoderobtener datosconfiablesyreproduciblesparamedicionesinsituypara realizarla comparaciónentresecciones reforzadas yno reforzadas.
Paraanalizarvariascondiciones,setomaravaloresdeCBRenla sub-rasante.
Lasdimensionesdelascapasderefuerzofueronde2mpor4.5m paradejar0.15mdetraslapoalolargodelavíaenelejecentraly

0.25m detraslapoalo anchodela carretera entrecapasderefuerzo adyacentes.


Fueroninstaladasvariasseccionessinrefuerzo,teniendodiferentes valoresderesistenciaenlasubrasanteyespesoresdebase.Parala seccióntípicadelacarreteraseexcavounazanjadondesecoloco

unasub-rasantesde0.7myCBRde1%,3%,8%posteriormente,se colocó la geomallay por último se rellenócon espesores entre

0.25m y 0.50m congrava seleccionada ydebidamentecompactada.
Para la capa de hormigón asfaltico se mantuvo un espesor constante de6mm a lo largo detoda la vía.
Másde200ejesequivalentefueronaplicadosporunvehículoque transitabaenunsolo sentido.
El vehículo seguía un camino definido por las líneas centrales demarcadasenlacarpetaasfáltica,Deestaformasegarantizaba quelas llantas circularan siempreporel mismo lugar.
Elvehículoutilizadoenelensayo,fueuncamiónestándarconeje tándemenlapartetraserayunejesencilloenlapartedelantera. Losejes fueroncargados con 85 KN Y 40 KN respectivamente.
Elcamiónmanteníaunavelocidadconstantede25km/hdesu trayecto, de esta forma cada vuelta completada cada 55 seg aproximadamente.


Figura 3.4ejetándem.

34* http://www.carreteros.org/ccaa/legislacion/carreteras/andalucia/normativa/firmes/apartados/5_5.htm


Lasconclusionesobtenidasen elensayodelasseccionesreforzadas ynoreforzadas,fueronrealizadas atravésdegráficos(enfunción

de la resistencia del suelo de subrasante, número de ciclos y coeficientesdecapas),estosgráficospermitenalosINGENIEROS diseñar correctamente, estructuras de pavimentos flexibles utilizando refuerzos conGEOMALLAS COEXTRUIDAS.



3.4 GeomallasTenax
(SONGEOMALLASRIGIDASCON VALORESDEESFUERZOSY MODULOS DE RESISTENCIA ALTAS), se caracterizan por una excelentecapacidad de efecto llamado (interlock).

Lostiposdegeomallasconsideradoshansidodivididosen2tipos basándose en losvalores desu resistencia a tensión:


Tipo A, VALORDERESISTENCIAA LA TENSIONDE20KN/M

Tipo B, VALORDE RESISTENCIAA LA TENSIONDE30KN/M



3.5 Geomallastensar
Las geomallastensar cuentan con una estabilidad dimensional necesaria para reforzar los materiales áridos de relleno sobre subrasantesnaturalesgraciasaunestrictoconfinamientodelas partículasquelimitansumovimiento.Alaplicarcargasalascapad derelleno,lainfluenciaderefuerzodegeomallasTensarseextiende a lo largo y hacia arriba a través del relleno, distribuyendo eficientemente la carga impuesta sobre un área de extensión suficiente paraprevenirel punzonamientodela subrasantenatural.
Losdiseñosparaconstrucciónsobresuelosblandoscongeomallas

Tensarimplican la determinaciónde:


Condiciones decarga máxima


Fortalezadela sub-rasante
Tipo deFortaleza delos materiales derellenodisponibles
Espesorrequeridodelosmaterialesderellenoconelrefuerzo delas geomallasTensar.

Fig.3.5 Geomallatensarenelpavimento


LasgeomallasTensarhansidodiseñadasparacumplirconlasmás estrictasexigenciascuandosetratadeconstruirsobresubrasantesdepoca resistencia. Estasgeomallascuentanconlamezclaprecisadecaracterísticas queles permitendistribuircargasy mejorarla sub-rasantes.
35*http://www.tecnex-sa.com/Productos/Geogrillas/br_spec.pdf

3.5.1Características Principalesde la geomallaTensar

ESTRUCTURA DE MALLA ABIERTA: Para interactuar con materialesderellenoyformarasíunmaterialcompuestoconuna capacidad decarga mayor.


GRANFORTALEZADEUNIONES:Paragarantizarlatransferencia delas cargas a lolargo yanchodela malla.
RIGIDEZ TORSIONAL: Para simplificar la instalación y ofrecer resistencia a ladeformación una vez instalada.
DURABILIDAD:Parasobreviviralosesfuerzosdelainstalacióny resistirla degradaciónuna vez instalada.
TodasestascaracterísticasformanunaCADENAdepropiedades queconfierealageomallasTensarsucapacidadparamejorarel rendimiento desub-rasantesdepoca resistencia.
Estasgeomallashansidocreadasexclusivamenteparareforzarel suelo mejorque cualquierotra cosa quese encuentre bajo tierra.

FIG.3.6 COLOCACIONDEGEOMALLA TENSAR EN CARRETERAS Y AUTOPISTAS

36* http://www.tecnex-sa.com/Productos/Geogrillas/br_spec.pdf

3.5.2Diseño paramejorarla sub-rasante

Lassub-rasantesdébiles representanunproblemacomúnenla construccióndepavimentos.Yaquelasub-rasanteeselcimiento delpavimento,sufalloconducealdeteriororápidodelaestructura del pavimento.

Tradicionalmente, las sub-rasantes débiles o pobres han sido removidasparaserreemplazadasconrellenoimportadoohansido estabilizadas químicamente.

Ambas opciones son caras y consumen mucho tiempo, especialmente encomparaciónconla soluciónSpectra.

El sistema Spectra mejora el desempeño de las sub-rasantes existentes distribuyendo las cargas sobre una superficie más amplia,locualreduceelbombeoyelfallodeesfuerzocortante,al mismotiempoqueaprovechaalmáximolacapacidaddecargade las sub-rasantes.

Cuando hay que sobreexcavar o rellenar, las geomallasTensar pueden reducir o aun eliminar la necesidad de sobre excavar, removersuelosdébilesocontaminadoseimportarrellenosselectos caros.Losresultadossonunaconstrucciónmásrápidaymenores costos.

Cuando se considera la estabilización con cal o cemento, las geomallasTensarpuedenbrindarunaalternativa.Sepuedelograr elsoportesineltiempo,elcostoylospeligrosambientalesque entrañanlosmétodosdeestabilizaciónquímica,ysinimpedirel drenajeinterno.

Cuandoserequierenseccionesderellenoprofundas,lasgeomallas

Tensarpuedenreducirelespesordelacapaderellenoenhastael

50%,lograndoladistribucióndecarganecesariaalmismotiempo.


Como resultado se reducen los costos de relleno selecto y se completael trabajo más rápidamente.

Cuandoseconstruyencaminospavimentadosonopavimentados, playasdeestacionamiento,aeropuertos,pistasde rodaje,líneas ferroviariasoauncimientos,elmejoramientodelasubrasantecon geomallas Tensar produce un trabajo más económico, ahorra materiales y abreviael tiempo de construcción.

En cualquier suelo débil, las geomallasTensar distribuyen las cargas impuestas, mejoran la capacidad de carga, reducen el ahuellamientoybrindanunaalternativaaloscostososmétodos convencionales.


FIG.3.7DISTRIBUCIÓN DECARGAS ENELPAVIMENTOMEDIANTELA GEOMALLATENSAR

37*http://www.tecnex-sa.com/Productos/Geogrillas/br_spec.pdf





FIG.3.8 COMPORTAMIENTODELA GEOMALLA TENSAR EN LA

SUB-RASANTE



3.5.2 Diseño paramejorarlaBase
Confrecuencia,lossistemasdepavimentofallanprematuramente porqueelmaterialdelacapabaseseesparcelateralmentedelos senderosdelasruedas(carga).Estoproduceelahuellamientoy finalmentela rotura dela superficie del pavimento.

Alproporcionarconfinamiento,elsistemaSpectrapermitequela capabasereforzadaresistaeldesplazamientolateral,mejorandoasí eldesempeñoestructural del pavimento.

Estesistemanosóloesfácildeinstalar,sinoqueahorratiempoy dinero,reduciendolasobreexcavación,disminuyendolosmateriales necesariosparalaseccióndepavimentoyprolongandolavidaútildelpavimento.

38*http://www.tecnex-sa.com/Productos/Geogrillas/br_spec.pdf


Almismotiempoquebrindanuncostototalmenor delproyecto,lasgeomallasTensarBXparareforzarlacapabase pueden ayudar a cumplir los calendarios de construcción del pavimentoo hasta facilitarsu terminaciónantes delo programado.

ElsistemaSpectraparareforzarlacapabasetambiénhatriunfado enlaprueba másdifícil detodas:el desempeñoenelmundo real.

LasgeomallasTensarBXhansidoutilizadaspordepartamentos viales estatales, entidades de distrito y municipales locales, así comopropietariosparticulares,demostrandoelvaloreconómicoy estructuraldel sistema Spectra una yotra vez.

FIG.3.9COMPORTAMIENTODELA GEOMALLA TENSAR EN LA BASE


39*http://www.tecnex-sa.com/Productos/Geogrillas/br_spec.pdf


3.6.- MÉTODO AASHTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES

El método de diseño AASHTO (American Association of StateHighway and TransportationOfficials), originalmente conocido como AASTHO, fue desarrollado en los Estados Unidos, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años partir de los deterioros que experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación para todas las condiciones ensayadas.

A partir de la versión del año 1986, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo original.

Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las condiciones locales del área donde se pretenden aplicar.



El modelo de ecuación de diseño está basado en la pérdida del índice de servicialidad (ΔPSI) durante la vida de servicio del pavimento; siendo éste un parámetro que representa las bondades de la superficie de rodadura para circular sobre ella.



Figura 3.10 Gráfico Ejes Equivalente (ESAL) vs. Serviciabilidad ilustrando la tendencia. Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO




Valores de la stándarn normal, ZR, correspondientes a los niveles de confiabilidad, R Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO




Valores de Nivel de confiabilidad R recomendados Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO
La confiabilidad en el diseño (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseño adoptada.

Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de STUDENT (ZR). A su vez, ZR determina, en conjunto con el factor "So", un factor de confiabilidad.


3.6.1 Desviación ESTANDAR

Para pavimentos flexibles: Desviación estándar entre 0.30 y 0.50




3.6.2 Númeroestructuralindicativodelespesortotalrequeridodepavimento (SN)



Figura 3.11 Estructura esquemática de un pavimento flexible
SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 + ........ + anDnmn
a = coeficiente estructural de la capa

D = espesor, en pulgadas, de la capa

m = coeficiente de drenaje de la capa

n = número de capas

40*http://www.imcyc.com/revistacyt/mar10/artportada.htm
3.6.3 Coeficientesestructurales

Los materiales usados en cada una de las capas de la estructura de un pavimento flexible, de acuerdo a sus características ingenieriles, tienen un coeficiente estructural "a". Este coeficiente representa la capacidad estructural del material para resistir las cargas solicitantes.

Estos coeficientes están basados en correlaciones obtenidas a partir de la prueba AASHO de 1958-60 y ensayos posteriores que se han extendido a otros materiales y otras condiciones para generalizar la aplicación del método.



Valores mínimos en pulgadas. Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO

Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica(a1)

Si se conoce el Módulo de Elasticidad de la mezcla asfáltica en psi o si se conoce la Estabilidad Marshall en libras.





Figura 3.12 Carta para estimar coeficiente estructural a1 a partir del módulo elástico (carpeta asfáltica) Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO

Coeficiente estructural para la capa base (a2)

Figura 3.13 Nomograma para estimar coeficiente estructural a2 para una base granular. Fuente: Guíaparapavimentos flexibles de la AASHTO


Coeficiente estructural para la capa sub-base (a3)


Figura 3.14 Nomograma para estimar coeficiente estructural a3 para una sub-base granular. Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO
3.6.4 Coeficientes de drenaje (mi)




Tabla 3.15 Coeficientes de drenaje mi recomendados. Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO
La calidad del drenaje se define en términos del tiempo en que el agua tarda en ser eliminada de las capas granulares (capa base y sub-base):

Calidad de drenaje

Agua eliminada en

Excelente

2 horas

Buena

1 día

Regular

1 semana

Pobre

1 mes

deficiente

No drena


Calidad de drenaje de una capa del pavimento. Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO
Para calcular el tiempo en que el agua es eliminada será necesario conocer la permeabilidad, k, pendientes, espesores D2 y D3 de los materiales a utilizar como capa base y sub-base, respectivamente.
3.6.5 Diferencia entre el índice de servicialidad inicial, po, y el índicede servicialidad terminal de diseño, pt (ΔPSI)

ΔPSI = po – pt

Servicialidad es la condición de un pavimento para proveer un manejo seguro y confortable a los usuarios en un determinado momento. Inicialmente se cuantificó la servicialidad de una carretera pidiendo la opinión de los conductores, estableciendo el índice de servicialidadp de acuerdo a la siguiente calificación:







Figura 3.16 Índice de serviciabilidad. Fuente: Guía para pavimentos flexibles de la AASHTO
Posteriormente se estableció una combinación matemática de mediciones físicas en los pavimentos, siendo una forma más objetiva de evaluar este índice.



Sv : Varianza de las inclinaciones de la rasante existente en sentido longitudinal respecto de la rasante inicial. Mide la rugosidad en sentido longitudinal.

cf : Suma de las áreas fisuradas en ft2 y las grietas longitudinales y transversales en pie, por cada 1000 ft2 de pavimento.

P : Área bacheada en ft2 por cada 1000 ft2 de pavimento.

RD: Profundidad media del ahuellamiento en pulgadas. Mide la rugosidad transversal.

po = 4,2- (4,2 es la máxima calificación lograda en la AASHO Road Test para pavimento flexible).

pt = índice más bajo que puede tolerarse antes de realizar una medida de rehabilitación = 2,5+ para carreteras con un volumen de tráfico alto ó 2,0+ para carreteras con un volumen menor.
3.6.6 Módulo de Resilencia, en PSI, del material de sub-rasante (MR)

La capacidad del suelo se mide mediante las pruebas de CBR y Módulo de Resilencia, dependiendo de los equipos disponibles.



Relaciones CBR - Módulo de Resiliencia:

En nuestro país no existe experiencia ni equipos para determinar el Módulo de Resilencia. Ante esta carencia se recurre a correlaciones con el CBR.

Se puede utilizar la siguiente correlación entre el CBR de la terracería y el módulo de resilencia:

MR (psi) = 1500 CBR





Figura 3.17 Ensayo para hallar Módulo de elasticida

41*http://laboratoriointegrado.uniandes.edu.co/lab_c_031_equipos.html




Cálculo

R = 95 %


So = 0.35

W18 = 5 x 10^6


Datos de los materiales para el diseño

Material

Mr ( Mpa-psi )

Mi

Carpeta asfáltica

2760 (400,000 ) ^2

-

Base

207 ( 40,000 )

0.80

Subbase

105 ( 20,000 )

0.80

Subrasante

34 ( 5,000 )

-

De acuerdo a los Módulos de Resiliencia (Mr) se obtienen los números estructurales de diseño (SN), utilizando el ábaco de la figura3.17 de la siguiente forma:


Comenzando en el lado izquierdo del ábaco, en donde dice Confiabilidad R (%), se sale con valor de R = 0.95
En la siguiente línea inclinada que dice .Desviación Standard So. Se pone el valor de So = 0.35 y uniendo este punto con el de R = 0.95 del punto anterior, se traza una línea que intercepte la siguiente línea TL en un punto que va a servir de pivote.
En la siguiente línea vertical dice. No. Total de ESAL´s aplicados W18 (millones), en esta encontramos el valor de 5 x 10^6 ESAL´s = 5, 000,000 = 5 en el ábaco; entonces uniendo el punto de pivote de la línea anterior con este nuevo punto, se encuentra otro punto pivote en la siguiente línea vertical TL.
En la siguiente línea vertical que dice Módulo Resiliente efectivo de la subrasante (ksi), se encuentra el valor de Mr (Mpa-psi) = 5000 = 5 para la subrasante, se une el último punto pivote encontrado anteriormente y el valor de 5 en esta línea hasta encontrar la primera línea vertical izquierda del cuadro situado a la extrema derecha.


Figura 3.18 nomograma para numero estructural

De este punto de intersección, se continúa horizontalmente hasta encontrar la línea inclinada que corresponde a un valor de ΔPSI = 2,0 que es Pérdida de serviciabilidad de diseño, de este punto se baja a la línea inferior del cuadro en donde se encuentra el .Número estructural de diseño SN, que para el caso es 5.0 (para proteger la sub-rasante) que es el Número Estructural requerido para proteger toda la estructura del pavimento.


Para los siguientes valores de Mr = 20,000 = 20 el valor de SN2 es 3.60 (para proteger la sub-base granular) y para Mr = 40,000= 40 el valor de SN1 es de 2.08 (para proteger la base triturada).
Seguidamente para encontrar los valores de los coeficientes estructurales de capa (a x), se hace uso de las figuras siguientes en función del módulo elástico del concreto asfáltico y los módulos de resiliencia de la base y la sub-base, para lo cual se procede así:


  • Con el valor del módulo elástico del concreto asfáltico (Mpa = 400,000), se encuentra el coeficiente estructural de capa a1 haciendo uso de la figura 3.18; para el caso, saliendo del valor de 400,000 en la figura hacia arriba a interceptar la línea de pivote y de allí horizontalmente hacia la izquierda para encontrar el valor correspondiente de a 1 = 0.42.


Figura 3.19



  • Para encontrar el valor de coeficiente de capa a2 de las bases trituradas ó granulares, se usa la figura 3.19 y con el Módulo de resilienciaMr = 40,000 ó 40 (PSI) , en la línea vertical del lado extremo derecho, horizontalmente se traza una línea hasta encontrar la línea vertical del extremo izquierdo, lo cual da un valor de a2 = 0.18


Figura 3.20

  • Para encontrar el valor del coeficiente de capa a3 en la subbase, se usa la figura 3.20 y con el Módulo de resilienciaMr = 20,000 ó 20 (PSI) (Tabla 7-3) en la línea vertical del lado extremo derecho, horizontalmente se traza una línea hasta encontrar la línea vertical del extremo izquierdo, lo cual da un valor de a 3 = 0.14.






Figura 3.21
Se calcula el espesor de capa asfáltica, suponiendo un Mr igual al de la base; así se calcula el SN1 que debe ser absorbido por el concreto asfáltico es:

D1 > = SN 1 / a 1 = 2.08 / 0.42 = 4.95´´, adoptar 5´´


Entonces el SN1* absorbido por el Concreto Asfáltico es:

SN1* = a1 x D1* = 0.42 x 5 = 2.1


Después se calcula el espesor mínimo de la capa de base

D 2 > = SN2 -SN1* / a2 m2

D 2 > = 3.60 -2.1 / 0.18 x 0.80 = 10.42´´ adoptar 11´´
Entonces el SN2* absorbido por la base es:

SN2* = a 2 m 2 D2 *

SN2* = 0.72
Después se calcula el espesor de la sub-base es:

D3* >= SN 3 -( SN1* + SN2*) / a 3 m 3

D3* >= 5.0 - (2.1 + 0.72) / 0.10 * 0.80 =27.25 adoptar 27
Siendo el SN3* absorbido por la sub-base es:

SN3* = a 3 m 3 D3 *

SN3* = 0.10 x 0.80 x 27 = 2.16
Para verificación tenemos que es la suma de los valores de las fórmulas:

SN1* +SN2* + SN3* = 2.1 + 0.72 + 2.16 = 4.98 >= 5.0

Por lo tanto, los espesores de diseño que cumplan con las especificaciones de los materiales son:

Capa asfáltica:5.0. (12.7 centímetros)

Base: 11.0. (27.94 centímetros)

Subbase: 27.0. (68.58 centímetros)

Si el resultado de la suma de los números estructurales es menor al número estructural requerido, es necesario revisar los espesores asumidos en el inicio, incrementándolos para obtener un número estructural mayor. Se deben considerar otros factores que pueden modificarse para obtener el número estructural requerido (materiales, drenajes, períodos de diseño, etc.)


3.7 MÉTODO AASHTO PARA DISENO DE PAVIMENTOS

FLEXIBLES REFORZADOS CON GEOMALLAS COEXTRUIDAS.
La contribución estructural de un geomallade un sistema de pavimentos flexible puede cuantificarse con el incremento al refuerzo del coeficientedela capa dela base dela vía.
Porlo anterior sepresenta laecuación:
SN= a*D+a*LCR*D*m+a*D*m


1 1 2

2 2 3 3 3





a a

1 2

ya =Coeficientesdecaparepresentativosdecarpeta,

3


basey sub-baserespectivamente.


D D D

1 2 3

= Espesor de la carpeta, base y sub-base


respectivamente.


m y m

2 3

= Coeficientes de drenaje para base y sub-base


respectivamente.

DondeLCRtieneunvalorsuperiora1.Estevaloresdeterminado basándoseenlosresultadosdelaboratorioyenlosensayosde campoensistemasdepavimentosflexiblesconysinutilizaciónde las geomallas,como se describe enla siguiente ecuación.


SNr(Numeroestructuraldela sección reforzada)

SNu(Numeroestructuraldela secciónno reforzada)
BasándoseenlaecuaciónsepuedecalcularelvalordeLCRelcual

seobtuvo delosensayos realizadosa la sección típica dela vía.


La contribución estructural de la geomallade refuerzo es casi constantecuandoelvalordeCBRdelasubrasanteessuperiora

3%mientrasqueparaunvalorde1%enelCBR delasub-rasante lacontribuciónestructural delageomallaessignificativamentemás alta.


Lareducciónenespesordelabasepuedeserevaluadaconeluso deuna geomallaasumiendo quenoexisteuna capadesub-base.

Se puede reducir el espesor de la capa de asfalto mediante la ecuación

Usandoelsiguientegraficodediseñoesposiblecalcularelespesor deD2delabaseenunavíareforzadaenpavimentosflexibles.De acuerdo a los valores (D1,D2,D3,a1,a2,m2)
Deunasecciónnoreforzadaes posibledeterminarelSN(numero estructural)parauna sección reforzada considerandoque el CBR de lasubrasanteesproporcionalalvalordelLCRdadalagraficade diseño.




Figura 3.22LCR vs CBRdela sub-rasante

CALCULO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE UTILIZANDO GEOMALLA

a1: 0.42

e = 5” = 12.7 cm.
a2: 0.18

e = 11” = 27.94 cm, m2 = 0.80


a3: 0.10 e = 27” = 68.58 cm. m3 = 0.80
CBR = 2%

Fi

Figura 3.23

42*http://www.lanamme.ucr.ac.cr/riv/index.php?option=com_content&view=article&id=225

Espesores de capas de pavimento según diseño

Primero se procede a calcular el número estructural según metodología AASHTO de la estructura.

Utilizando la ecuación del número estructural y con los valores de coeficientes ya obtenidos, se obtiene el número estructural de la estructura original o sin refuerzo. Los espesores de cada capa deben manejarse en pulgadas.
Para nuestro caso.

SN1* = a1 x D1* = 0.42 x 5 = 2.1


SN2* = a 2 m 2 D2 *

SN2* = 0.18 x 0.80 x 11 = 1.58


SN3* = a 3 m 3 D3 *

SN3* = 0.10 x 0.80 x 27 = 2.16


SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 = 2.1+1.58+2.16=5.84

Luego se calcula la estructura sustituyendo la base granular.

Con el número estructural inicial, se realiza una sustitución de la base granular por sub-base granular, determinando espesores equivalentes obteniendo el mismo valor numérico del número estructural inicial. Este nuevo espesor se denomina D 3 ’.

SN = 5.84

SN = a1 D1 + a3 D3 ’m 3

5.84 = 0.42 x 5 + 0.10 x D 3’ x 0.80

D 3’ = 3.74/ (0.10*0.80)

D 3’ = 46.75pulg

Luego se calcula de nuevo el espesor de la capa de sub-base con refuerzo empleando una Geomalla de 30 KN/m (Tipo B), en este caso aportado por la geomallabi-axial para una sub-rasante con CBR = 2%, se obtienede la Figura 3.23 un valor de LCR o coeficiente de aporte de la geomalla a la capa granular de la estructura de:

Figura 3.24 coeficiente de aporte de la geomalla a la capa granular de la estructura


LCR = 1.50
Para incluir el aporte de la geomalla dentro de la estructura de pavimento y obtener una disminución de espesor, se debe mantener constante a través de los cálculos realizados el valor inicial del número estructural.
SN r = SN

SN r = 5.84

A continuación se realiza el cálculo del nuevo espesor de la capa granular con el refuerzo incluido como parte integral de la estructura según la ecuación del Número Estructural pero utilizando el coeficiente LCR.
SN r = a1 D1 + a3* LCR *D3r *m 3

D 3r = (SN r - a1 D 1) / (a3* LCR* m3)

D 3r = (5.84 – 0.42 x 5) / (0.10 x 1.50 x 0.80)

D 3r = 31.16 pulg.

Una vez hallado el nuevo espesor de la capa granular, por la utilización de la geomalla, se calcula el número estructural de la misma.
a3 x D3r x m 3 = 0.10 x 31.16 x 0.80 = 2.49
Como la estructura seguirá manteniendo la misma conformación de materiales de base y sub-base, se deben calcular los nuevos espesores de dichas capas en función del número estructural de la capa de sub-base obtenido en el paso anterior y con sus coeficientes de capa respectivos.

SN gr = a2 x D2r x m2 + a3 x D3r x m3

2.49 = 0.42 x D2r x 0.80 + 0.10 x D3r x 0.80
Debido a que se tienen dos incógnitas y una sola ecuación, se debe realizar un proceso de iteración para obtener unos espesores de capa razonables para la estructura. Para el espesor de la base granular no se recomienda que este valor se encuentre por debajo de los 15 cm o 6 pulgadas. Para la solución del problema, se deja constante el espesor de la base granular, que para este caso se emplea el espesor mínimo recomendado de 15 cm y se despeja de la ecuación el espesor de la sub-base granular.

Para nuestro caso, escogeremos un espesor de Base asumido D2r = 20 cm (7.87 pulg. ≈ 8 pulg.)

SN gr = a2 x D2r x m2 + a3 x D3r x m3

SN gr = 2.49 = 0.18 x 8 x 0.80 + 0.10 x D3r x 0.80


D 3r = 16.72 pulg. = 42.48 cm

A continuación se verifica el aporte estructural con los nuevos espesores de capa de material granular e inclusión de geomalla.

Para que la estructura sea constructivamente viable, los espesores calculados por lo general son modificados para facilitar su proceso constructivo. Es por eso que se debe verificar que la variación de estos no altere el desempeño de la estructura, por lo que el número estructural de las capas granulares con respecto al número del aporte estructural de la capa reforzada, debe ser en lo posible iguales.
0.18x 7.87 x 0.80 + 0.10 x 16.72x 0.80 = 2.47 OK!!!

Análisis de la disminución de espesor debido a la inclusión de la Geomalla biaxial.






Análisis de disminución de espesores de capas de pavimento

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