ESTABILIZACION DE SUELOS
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1. INTRODUCCION. El objetivo del estudio de estabilización de materiales es el de mejorar las características físico mecánicas de los suelos naturales existentes a lo largo del trazo de la vía que no cumplen como suelos de subrasante por su baja resistencia portante o su alta expansión, sobre la que se construirá el cuerpo de terraplén y el paquete estructural estructural del pavimento. pavimento.
También como objetivo es darle al suelo natural la suficiente resistencia al desgaste y al esfuerzo cortante para resistir las cargas del tránsito bajo cualquier condición climática, sin que se produzcan deformaciones perjudiciales. Entonces no solo se trata de llegar a un estado de suelo con suficiente resistencia a la acción destructora y deformante de las cargas, sino también, asegurar la permanencia de este estado a través del tiempo.
2. MÉTODO DE ESTABILIZACIÓN DE MATERIALES Se entiende como proceso de la estabilización de suelos, al conjunto de fenómenos mecánicos físicos, químicos y físico-químicos, tendientes a modificar las propiedades de los suelos que interesan, para una determinada aplicación en ingeniería, haciendo que el material suelo sea adecuado para el uso y diseño previsto, reemplazando a otros materiales no disponibles o más costosos.
3. LAS PROPIEDADES A LAS QUE SE ALUDE SON:
Comportamiento Comportamiento bajo cargas
Cambios volumétricos
Impermeabilidad
Compresibilidad
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4. CAMPO DE APLICACIÓN La aplicación de la estabilización de suelos es muy amplia y depende entre otras cosas, de la clasificación del camino y del tipo de estructura a diseñar:
Sub rasante
Sub bases
Bases
5. TIPOS DE ESTABILIZACIONES A continuación, continuación, se detalla cada cada uno de los tipos de estabilización estabilización que existe:
a) Estabilización mecánica : Comprende la densificación del suelo logrado por procesos de compactación. Compactación: Compactación : Regularmente se hace en la sub-base, base y en carpetas asfálticas.
b) Estabilización física: Lo que se busca es una adecuada granulometría mediante el aporte de materiales cohesivos cohesivos o granulares o ambos a la vez, al primitivo suelo. Utilizando: Geotextiles (son telas permeables no biodegradables que pueden emplearse como f iltros y para controlar la erosión de suelos y el transporte de lodos), Consolidación y mezclas de suelos.
c) Estabilización físico-química : Se busca cambiar las propiedades del suelo por la adición de un agente estabilizante.
d) Estabilización Química : Responde a la aplicación de productos químicos, los que generalmente son productos que poseen una “patente”, como:
Cal : Económica para suelos arcillosos (disminuye plasticidad) Cemento Pórtland : para arenas o gravas finas (aumenta la resistencia) Productos asfálticos: asfálticos: Para material triturado sin cohesión (emulsión, muy usada) - INFORME N° 01 -
Cloruro de sodio y cloruro de calcio: calcio : Para arcillas y limos (impermeabilizan (impermeabilizan y disminuyen los polvos) Escorias de fundición: fundición: Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil. Polímeros: Polímeros: Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil. Hule de neumáticos: neumáticos : Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil
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6. ESTABILIZACIONES ESTABILIZACIONES MÁS USADAS Compactación, Compactación, geotextil, drenaje y estabilización estabilización granulométrica con cal, cemento y asfalto.
a) Geotextil: Se emplean como elementos de distribución de cargas en los pavimentos. En los taludes y en los cortes, ayudan a proteger de la erosión.
Hay tres Hay tres tipos: tipos: Material entrelazado perpendicularmente, materiales de telas unidas mediante un tejido de punto y materiales no tejidos.
Procedimiento constructivo utilizando geotextil : La capa inferior a la colocación del geotextil deberá estar totalmente terminada, en suelos muy blandos se puede cortar la vegetación vegetación al ras r as y se deberán rellenar las depresiones, se deberá estirar el geotextil para que no haya arrugas, dándole el traslape adecuado.
Si se usa como impermeabilizante deberá agregársele asfalto para formar una barrera, el beneficio que se tiene al usar este producto es el aumentar la vida útil al pavimento, disminuyen los costos de mantenimiento.
7. ESTABILIZACION DE SUELOS BLANDOS CON GEOTEXTILES. Existen diferentes tipos de suelo en función de sus propiedades mecánicas, físicas e incluso de conformación. Los suelos blandos, pantanosos o con baja capacidad de carga que son sometidos a esfuerzos generados por alguna carga estática o dinámica, representan un riesgo para las estructuras por su tendencia a deformarse. Existen mecanismos de falla que provocan las deformaciones, agrietamientos o hundimientos del terreno. Cuando el suelo experimenta un esfuerzo de compresión vertical, se presenta en él una deformación y se generan al mismo tiempo esfuerzos de tensión horizontales.
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Un suelo reforzado con Geomalla ACE GG-I reduce significativamente su deformación absorbiendo los esfuerzos generados. La geomalla ACE GG-I provee un confinamiento lateral en las partículas del suelo aumentando su resistencia a la tensión.
Para lograr estos objetivos es importante conocer las siguientes características. •
Estratigrafía
•
Sobrecarga
•
Propiedades mecánicas del suelo
El uso de los geosintéticos como las Geomallas y Geotextiles son elementos que permiten estabilizar suelos, incrementar la capacidad de carga, resolver situaciones situaciones de nivel freático superficial, entre otras; permitiendo disminuir disminuir el tiempo de ejecución, mano de obra y principalmente principalmente costos Entre sus principales aplicaciones se encuentra el uso en obras tales como:
Caminos pavimentados o terracerías
Vías férreas o pistas de aeropuertos
Cimentaciones superficiales para
estructuras
Plataformas de usos múltiples (vivienda,
naves industriales, estacionamiento, estacionamiento, tiendas departamentales, departamentales, almacenes, etc.
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La utilización de geotextil tejido es una excelente opción para resolver el problema de estabilización de suelos blandos, en donde tradicionalmente se debe hacer una sustitución del suelo por material selecto compactado para estabilizar suelos pantanosos o de bajas características de resistencia. Instalando geotextil tejido se logra reducir el espesor de las capas de material selecto a colocar y compactar, beneficiando económicamente al proyecto, y aumentando adicionalmente la vida útil de la estructura al protegerla contra migraciones de finos a largo plazo.
El geotextil tejido cumple con dos funcione f uncioness en esta aplicación:
1. Forma una separación entre el suelo natural y las subsecuentes capas de material selecto para que éstas no se mezclen y pierdan sus propiedades, asegurando así un espesor efectivo de material selecto 2. Provee un refuerzo adicional al suelo debido al aumento en la capacidad de resistencia de esfuerzos de tensión dada por la interacción por medio de fricción entre el geotextil resistente a la tensión y el suelo. La selección del geotextil a utilizar dependerá de su resistencia a soportar daños en la fase de construcción, construcción, o bien, de su resistencia a la tensión para proveer un refuerzo adicional al suelo.
7.1. GEOMALLAS Existen diversos métodos para aumentar la capacidad portante o de carga de suelos muy blandos. En la antigüedad se usaron ramas entrelazadas, troncos perpendiculares, pieles de animales o fibras naturales, entre otros. El avance en la tecnología actual ha llevado al uso de materiales geosintéticos los cuales han sido desarrollados para obtener confinamiento lateral y resistencia a la tensión, entre los cuales tenemos los geotextiles tejidos y las geomallas. geomallas. Las geomallas son geosintéticos en grupo de costillas paralelas tensionadas con aperturas de suficiente tamaño para permitir el entrabe de suelos u otro material pétreo que se encuentre circundante en la zona. Las más usuales y las que se encuentran con mayor frecuencia en el mercado son fabricadas a base de Polietileno de alta densidad y Poliéster.
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Tipos:
Uniaxiales o Monorientadas : Diseñadas para el refuerzo en una sola dirección en estructuras de suelo mecánicamente mecánicamente estabilizado y que involucran todo tipo de material de relleno.
Biaxiales o Biorientadas : Diseñada para refuerzos en más direcciones ya que sus costillas van de manera perpendicular formando una grilla con aperturas de suficiente tamaño para permitir el entrabe de suelos o material pétreo circundante en la zona.
Aplicaciones:
Estabilización de suelos blandos
Es muy común que en las obras encontremos diferentes tipos de suelos con propiedades mecánicas y físicas diversas, así como su conformación o topografía
Los suelos blandos, pantanosos o con baja capacidad de carga que se ven sometidos a cargas puntuales o dinámicas son un riesgo para la vida útil de las estructuras construidas sobre estos (vías pavimentadas, pavimentadas, vías férreas, cimentaciones, plataformas, plataformas, entre otros), ya que tienden a deformarse
Un suelo reforzado con geomallas biorentadas tiende t iende a disminuir significativamente significativamente su deformación ya que estas absorberán y distribuirán en un área mayor las cargas transmitidas
Refuerzo de muros y taludes
En terrenos con topografía muy variada o accidentada, los muros de contención son una excelente alternativa para la optimización del área de construcción y obtener plataformas horizontales con la capacidad de carga requerida. Un muro de contención tiene el propósito de mantener una diferencia entre los niveles del suelo con el objetivo de construir vías, estacionamientos, estribos de aproximación en puentes, bordos para celdas de rellenos sanitarios, rampas de acceso, diques para canales y ríos, terraplenes respetando el derecho de vía, reconstrucción de taludes naturales
Con este sistema se logra que trabajen en conjunto los suelos friccionantes con su gran resistencia a la compresión y la geomalla con su gran capacidad para absorber y distribuir los esfuerzos de tensión
Las geomallas permiten crear taludes con cualquier inclinación conservando los factores de seguridad requeridos
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8. SISTEMAS PARA PAVIMENTOS 8.1. MEJORAMIENTO DE SUBRASANTES: CONSTRUCCIÓN SOBRE SUELOS BLANDOS Cuando vemos en nuestra ciudad cómo se deforman y deterioran los pavimentos por una deficiente consolidación y preparación de las subbases y subrasantes en la construcción de calles y rutas, la empresa SPECTRA y geomallas TENSAR nos muestra un producto que se emplea en las principales ciudades de América y representa un avance tecnológico de última generación en la construcción de pavimentos en suelos blandos. blandos .
Consiste en un sistema de mejoramiento de caminos que mediante la colocación de geomallas triaxiales (antes biaxiales) 'TENSAR' sobre la subrasante del terreno, permite reducir espesores de pavimentos, prolongar la vida útil del proyecto y simplificar el proceso constructivo ya que su instalación no requiere de mano de obra calificada y su procedimiento constructivo es muy simple.
Cuando un programa de construcción o un presupuesto se vean trastornados por subrasantes de poca resistencia, cargas pesadas, capas gruesas de relleno, costos elevados de relleno, subrasantes contaminadas o líneas de suministro de servicios públicos a poca profundidad, SPECTRA ofrece una gran solución.
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Los sistemas de pavimentos Spectra han sido diseñados para mejorar los sistemas de pavimentos pavimentos flexibles en tres aspectos clave: -
Simplificando la construcción construcción
-
Reduciendo Reduciendo el requerimiento de materiales
-
Aumentando Aumentando la durabilidad
SPECTRA aumenta el rendimiento tanto de la subrasante como de la capa base de áridos de un sistema de pavimento flexible. El sistema puede aumentar la resistencia de la subrasante, de la subbase o de la capa base, sin cambiar el material de relleno. Al contrario, la geomalla y el relleno actúan conjuntamente, creando así una estructura compuesta mucho más resistente.
El resultado es un pavimento mucho más duradero y predecible. Los sistemas SPECTRA y los principios comprobados de diseño en los que se basan obtienen estos resultados aplicando dos métodos que si bien son diferentes están íntimamente relacionados: relacionados: -
Mejoramiento de la subrasante
-
Refuerzo de la capa base
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SPECTRA permite aumentar el rendimiento de los pavimentos sin tener que recurrir a una excavación extensa, incorporar incorporar rellenos de sustitución adicionales adicionales ni aumentar el espesor de sistema de pavimento. Los sistemas para pavimentos SPECTRA han sido usados para:
-
Pavimentación de carreteras principales y de caminos secundarios
-
Playas de estacionamiento para instalaciones comerciales e industriales
-
Pistas de aterrizaje y de carreteo
-
Centro y terminales de distribución de camiones de carga
-
Depósitos con maquinaria pesada en instalaciones portuarias, ferroviarias, intermodales e industriales
-
Caminos para tránsito pesado
Los sistemas SPECTRA tienen tres componentes principales: -
Geomallas estructurales Tensar: refuerzo geosintético rígido
-
Servicios de Ingeniería: una completa gama de productos de asistencia para el diseño suministrados por Tensar Earth Technolgies
-
Asistencia Asistencia en obra, para maximizar maximizar la eficiencia eficiencia en tiempo y para para minimizar el costo costo de la construcción construcción del proyecto
Ya sea que SPECTRA se use mara mejorar la subrasante, para reforzar la capa base o con ambos fines, el resultado será el mismo: pavimentos pavimentos flexibles de mayor rendimiento y menor costo. En los últimos
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quince años, los métodos de diseño de SPECTRA han sido probados en más de 75 millones de metros cuadrados cuadrados de instalaciones.
8.2. MEJORAMIENTO DE SUBRASANTES Las subrasantes de poca resistencia son un problema común en la construcción de pavimentos. La existencia de una falla en la subrasante sobre la que esté cimentado el pavimento llevará a un deterioro rápido de la estructura del mismo
Tradicionalmente, las subrasantes de poca resistencia u oscilantes han sido retiradas y reemplazadas por rellenos de sustitución o estabilizadas químicamente: ambas opciones son caras y consumen mucho tiempo, especialmente si se comparan con la solución SPECTRA.
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Spectra mejora el rendimiento de la subrasante existente, distribuyendo las cargas sobre una superficie mayor, reduciendo la oscilación y el punzonamiento y maximizando a la vez la capacidad de carga de la subrasante.
8.3. REFUERZO DE LA CAPA BASE Las capas base pueden fallar porque el material de relleno se mueve lateralmente, alejándose de las cargas de tránsito. Esto da como resultado la formación se surcos, y eventualmente el resquebrajamiento de la superficie de asfalto.
Spectra modifica el comportamiento bajo carga de la capa base. Con la tecnología SPECTRA se pueden diseñar pavimentos para un rendimiento y un costo óptimos. Se puede incluso ajustar el diseño final a las necesidades específicas, ofreciendo una capa base más delgada con una expectativa de rendimiento mayor que las diseñadas con espesor convencional. Los sistemas SPECTRA han pasado la prueba más difícil: han sido probados en el terreno, en aplicaciones aplicaciones reales. Usados por Ministerios de transporte, transporte, Municipalidades y empresas empresas constructoras comerciales e industriales de gran envergadura, SPECTRA continúa demostrando su gran valor económico y estructural.
Cuando un suelo no tiene suficiente resistencia como para soportar ruedas de maquinaria de construcción o cargas de camiones, el material de relleno se coloca sobre el suelo de manera de distribuir la carga sobre un área más extensa. Cuanto más grueso y resistente sea el relleno, más extensa será la
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distribución de la carga. Con el refuerzo proporcionado por la gemallas TENSAR se obtiene esta misma extensión de distribución de la carga con cantidades mucho menores de relleno. Las geomallas TENSAR cuentan con la estabilidad dimensional necesaria para reforzar los materiales áridos de relleno sobre subrasantes naturales gracias a un estricto confinamiento de las partículas que limita su movimiento. Al aplicar cargas cargas a las capas capas de relleno, la influencia influencia de refuerzo refuerzo de las gemallas gemallas TENSAR se se extiende a lo largo y hacia arriba a través del relleno, distribuyendo eficientemente eficientemente la carga impuesta sobre un área de extensión suficiente para prevenir el punzonamiento punzonamiento de la subrasante subrasante natural.
Los diseños para construcciones sobre suelos blandos con geomallas TENSAR implican la determinación de: -
Condiciones de carga máxima
-
Fortaleza de la subrasante
-
Tipo y fortaleza de los materiales de relleno con el refuerzo de geomallas Tensar.
-
Espesor requerido de los materiales de relleno con el refuerzo de las geomallas Tensar
Las geomallas TENSAR han sido diseñadas para cumplir con las más estrictas exigencias cuando se trata de construir sobre subrasantes de poca resistencia. Estas geomallas cuentan con la mezcla precisa de características que les permiten distribuir cargas y mejorar las subrasantes, subrasantes,
-
Estructura de malla abierta para interactuar con materiales de relleno y formar así un material compuesto con una capacidad de carga mucho mayor.
-
Gran fortaleza de uniones para garantizar la transferencia de las cargas a lo largo y a lo ancho de la malla.
-
Rigidez torsional para simplificar la instalación y ofrecer resistencia a la deformación una vez instalada.
Todas estas características forman una cadena de propiedades que confiere a las geomallas TENSAR su capacidad para mejorar el rendimiento de subrasantes de poca resistencia. Cada una de las propiedades es necesaria y la falta de una sola de las características eliminaría la habilidad de ofrecer un rendimiento acorde con las especificaciones. Además, a diferencia de los geotextiles, las geomallas TENSAR han sido - INFORME N° 01 -
específicamente diseñadas para reforzar los suelos y distribuir las cargas. Han sido creadas exclusivamente para reforzar el suelo mejor que cualquier otra cosa que se encuentre bajo la tierra.
Cuando los suelos blandos ponen un alto a la obra, las geomallas TENSAR la vuelven a poner en marcha. Las geomallas refuerzan el relleno y distribuyen las cargas sobre un área mucho mayor para permitir un mejor acceso al emplazamiento incluso durante largos días de lluvia. En todo tipo de condiciones reducen el punzonamiento y la formación de baches o surcos.
Cuando sea necesario sobre excavar o rellenar, las geomallas TENSAR pueden reducir o incluso eliminar la necesidad de sobre excavar de retirar suelos contaminados o de poca resistencia y de tener que incorporar rellenos de sustitución selectos y costosos. Esto resulta directamente en un tiempo mucho menor de finalización de obra, menor tráfico en el emplazamiento y costos reducidos. reducidos.
Cuando se contemple la estabilización del suelo con cal o cemento, las geomallas TENSAR pueden ofrecer una alternativa más simple. Con las geomallas TENSAR se podrá obtener la resistencia de suelos requerida sin tener que perder el tiempo, incurrir los costos ni correr los riesgos ambientales de los métodos de estabilización química. Y sin afectar además la capacidad de drenaje de la subrasante.
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Cuando se necesiten secciones de relleno profundo, las geomallas TENSAR pueden llegar a reducir el espesor de las capas de relleno en hasta un 50% obteniendo al mismo tiempo la distribución de cargas requerida. Esto resulta en una menor necesidad de rellenos selectos y en una más rápida finalización de la obra.
Cuando se trata de construir rutas pavimentadas o no pavimentadas, estacionamientos, aeropuertos, pistas de rodaje, vías férreas o incluso cimientos las geomallas biaxiales TENSAR abaratan la obra, permiten ahorrar materiales y reducen los tiempos de construcción. Sobre cualquier suelo de poca resistencia, las geomallas TENSAR distribuyen las cargas, maximizan la capacidad de carga de cualquier subrasante y constituyen una alternativa a los costosos métodos convencionales.
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Ventajas -
Tiempo de ejecución. La obra es más corta respecto de los proyectos de afirmado.
-
Obtención de superficies de rodadura resistentes, resistentes, sin deformaciones deformaciones y de baja permeabilidad.
-
Reducción del polvo originado por la fricción entre los neumáticos neumáticos y la superficie de rodadura.
-
Disminución de costos comparado con la construcción de espesores mayores cuando el valor de acarreo es alto.
Desventajas -
Algunos tipos tipos de estabilizadores estabilizadores por su formulación formulación y reacción con con alta cantidad cantidad de material material fino pasante la malla # 200, produce resbalamiento de los neumáticos al contacto de la superficie de rodadura con el agua de las lluvias.
-
Muchos estabilizadores están formulados sólo para actuar ante la presencia de material arcilloso.
-
Los estabilizadores de suelos no son de aplicación universal; es decir, la formulación a emplear debe estar en conformidad con los suelos donde se obtienen óptimos resultados.
-
Requiere absoluto control durante la aplicación, ya que la variación en la cantidad del estabilizador o el cambio del estrato puede alterar los resultados previstos.
-
Una mayor inversión inicial respecto de lo invertido en Afirmados. - INFORME N° 01 -
Recomendaciones -
Certificación técnica de propiedades del producto.
-
Experiencias Experiencias en carreteras.
-
Requerimientos Requerimientos técnicos (dosificación, modo de empleo, control de calidad, etc.)
-
Impacto ambiental.
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DEFORMACION ADMISIBLE EN LA SUBRASANTE DE UN PAVIMENTO FLEIXIBLE
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1. INTRODUCCION El presente trabajo muestra el comportamiento de los estados tensionales: esfuerzos, deformaciones y deflexiones actuantes en una estructura de pavimento flexible. Para el análisis se adoptó una estructura típica de pavimento flexible compuesta por cuatro capas: capa asfáltica, base granular, subbase granular y subrasante. subrasante. Dicha estructura de pavimento cumple con los criterios de diseño: fatiga, deformación y deflexión.
El trabajo realizado, permite analizar el comportamiento de los esfuerzos y deformaciones (radial, tangencial y vertical) en todo el espesor del modelo estructural de pavimento flexible. Así mismo, también se analiza el comportamiento de la deflexión, en el eje del sistema de carga, en todo el espesor del pavimento flexible. Lo anterior, permite conocer los estados tensionales en cualquier punto del eje de carga de un sistema elástico multicapa de pavimento.
2.
SFUERZOS, DEFORMACIONES ADMISIBLES Y DEFLEXIONES DE SERVICIO ESFUERZOS,
Los esfuerzos, las deformaciones y las deflexiones se pueden determinar en cualquier punto del modelo estructural, pero en el caso del diseño de los pavimentos interesan algunos puntos en especial, de manera tal que se puedan realizar los estudios de diseño y los análisis de los criterios de diseño correspondientes, a fin de controlar la fatiga, el ahuellamiento ahuellamiento o la deformación y la deflexión máxima de los pavimentos.
Los esfuerzos, deformaciones y deflexiones actuantes en una estructura de pavimentos se denominan de servicio o críticos y deben ser menores a los esfuerzos, deformaciones y deflexiones admisibles, para asegurar que el modelo estructural se comporte adecuadamente ante las solicitaciones de carga durante la vida de servicio
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3.
MODELO ESTRUCTURAL DE REFERENCIA DE PAVIMENTO FLEXIBLE
Figura 2 - Modelo estructural de referencia de pavimento flexible.
La determinación de los esfuerzos, deformaciones y la deflexión del modelo estructural de referenciase realizó con ayuda del programa BISAR 3.0 de la SHELL. Los esfuerzos, deformaciones y deflexiones admisibles se calculan en base a las leyes de comportamiento de acuerdo a los criterios de la Shell, los criterios de los Ingenieros Ingenieros Dormon – Kerhoven y la CRR de Bélgica, y el criterio de Yang Huang. (Higuera, 2006). A continuación, se describe el cálculo de cada uno de ellos:
4.
DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS, DEFORMACIONES Y DEFLEXIONES DE SERVICIO DEL MODELO ESTRUCTURAL
Los parámetros de servicio del modelo estructural de referencia se muestran en la tabla 1, y son obtenidos una vez corrido el programa BISAR 3.0 de la Shell con la información de las cargas, las características de las capas y las dimensiones dimensiones de la estructura del pavimento.
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Tabla 1 - Parámetros de servicio del modelo estructural
5.
DETERMINACIÓN DE ESFUERZOS, DEFORMACIONES Y DEFLEXIONES ADMISIBLES PARA EL MODELO ESTRUCTURAL DE REFERENCIA
Los esfuerzos, deformaciones y deflexiones admisibles se calculan con base en las leyes de comportamiento de acuerdo con los criterios de la Shell, Dormon –Kerhoven, la CRR de Bélgica y Yang H. Huang. A continuación, se presenta el valor admisible de cada uno de ellos:
Tabla 2 - Parámetros admisibles del modelo estructural estructural
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6.
CRÍTICAS O DE D E SERVICIO CON LAS ADMISIBLES COMPARACIÓN DE LAS SOLICITACIONES CRÍTICAS
En la tabla 3 se presenta la comparación entre los esfuerzos, las deformaciones y las deflexiones de servicio con respecto a las admisibles y la relación porcentual entre ellos.
* Valores de servicio obtenidos de los Programas BISAR 3.0 de la SHELL Tabla 3 - Porcentaje de solicitaciones de la estructura propuesta
De acuerdo con los valores contenidos en la tabla 3, la estructura de referencia se encuentra bien diseñada y cumple con todos los criterios de diseños establecidos; por lo tanto, el dimensionamiento de la estructura de pavimento flexible es el adecuado.
7.
COMPORTAMIENTO DE LOS ESTADOS TENSIONALES
Para el modelo estructural que se presenta en la figura 2, se pretende conocer el comportamiento de los esfuerzos y deformaciones (radial, tangencial y vertical) en función de la profundidad o a lo largo del espesor de la estructura del pavimento flexible.
En el eje de carga del sistema el esfuerzo radial y tangencial son iguales y lo mismo sucede con la deformación radial y tangencial. Igualmente, se hizo el análisis para la deflexión del modelo estructural. El análisis se realizó con ayuda del programa BISAR 3.0 de la SHELL, que permite calcular los estados
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tensionales de una estructura de pavimento flexible en cualquier punto de interés, bajo las condiciones de carga y propiedades de las capas que conforman la estructura de pavimento. Calculados los estados tensionales se dibujaron los valores para conocer su comportamiento, y las conclusiones del análisis realizado se presentan a continuación.
8.
CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DE LOS ESTADOS TENSIONALES DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE
8.1. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS ESFUERZOS Las siguientes variables se consideran constantes en el análisis de comportamiento: Carga aplicada, P = 4100 kg; Presión de contacto, q = 0,549 MPa; Radio de carga, a = 0,1527 m, y la estructura del pavimento de la figura 2.
8.1.1. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL ESFUERZO RADIAL Y TANGENCIAL
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En la figura 3 se muestra el comportamiento de los esfuerzos radial y tangencial en las diferentes capas de la estructura del pavimento y en función de la profundidad. Del análisis de la figura 3 se obtienen las siguientes conclusiones, conclusiones, para la estructura en estudio.
8.1.2. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL ESFUERZO VERTICAL SZ En la figura 4 se muestra el comportamiento del esfuerzo vertical en las diferentes capas de la estructura del pavimento y en función de la profundidad. Del análisis de la figura 4 se tienen las siguientes conclusiones, para la estructura en estudio:
8.2. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS DEFORMACIONES 8.2.1. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LA DEFORMACIÓN RADIAL, εx, Y TANGENCIAL, εy En la figura 5 se muestra el comportamiento de la deformación radial y tangencial en las diferentes capas de la estructura del pavimento y en función de la profundidad. Del análisis de la figura 5 se obtienen las siguientes conclusiones, conclusiones, para la estructura en estudio. - INFORME N° 01 -
8.2.2. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LA DEFORMACIÓN VERTICAL εz En la figura 6 se muestra el comportamiento de la deformación vertical en las diferentes capas de la estructura del pavimento y en función de la profundidad. Del análisis de la figura 6 se obtienen las siguientes conclusiones, conclusiones, para la estructura en estudio:
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8.3. ANÁLISIS DELCOMPORTAM DELCOMPORTAMIENTO IENTO DE LA DEFLEXIÓN En la figura 7 se muestra el comportamiento de la deflexión en las diferentes capas de la estructura del pavimento y en función de la profundidad. Del análisis de la figura 7 se obtienen las siguientes conclusiones, conclusiones, para la estructura en estudio
9.
DEFORMACIÓN RADIAL ADMISIBLE DE TRACCIÓN EN LA BASE DE LA CAPA ASFÁLTICA
Er adm. De acuerdo con el criterio de la Shell, la ley de comportamiento de la deformación radial admisible de tracción en La base de las capas asfálticas es la siguiente:
Donde:
Er adm.: Deformación radial admisible de tracción en la base de la capa asfáltica.
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Vb: Porcentaje del volumen de asfalto de la mezcla asfáltica. E1: Módulo dinámico de la capa asfáltica, N/m2. N: Tránsito de diseño expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante el periodo de diseño.
K: Coeficiente de Calage. 9.1. DEFORMACIÓN VERTICAL ADMISIBLE POR COMPRESIÓN SOBRE LA SUBRASANTE Ez adm. De acuerdo con el criterio de la Shell, la ley de comportamiento comportamiento de la deformación vertical ve rtical admisible de compresión sobre la subrasante, para un nivel de confianza del 85%, es la siguiente:
Donde:
Ez adm: Deformación vertical admisible por compresión sobre la subrasante. N: Tránsito de diseño expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante el periodo de diseño.
9.2. ESFUERZO VERTICAL ADMISIBLE DE COMPRESIÓN SOBRE LA SUBRASANTE Z adm. El esfuerzo vertical admisible de compresión sobre la subrasante se determina de acuerdo a los criterios de Dormon – Kerhoven y la CRR de Bélgica, los cuales son los siguientes:
9.2.1. CRITERIO DE DORMON – DORMON – KERHOVEN KERHOVEN El esfuerzo admisible de compresión sobre la subrasante se determina por medio de la siguiente expresión:
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Donde:
σz adm: Esfuerzo vertical admisible de compresión sobre la subrasante, kg/cm2. N: Tránsito de diseño expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante el periodo de diseño.
Es: Módulo resiente de la subrasante, Kg/cm2 9.2.2. CRITERIO DE LA CRR DE BÉLGICA El esfuerzo admisible de compresión sobre la subrasante se determina por medio de la siguiente expresión:
Donde:
σzadm: Esfuerzo vertical admisible de compresión sobre la subrasante, kg/cm2. N: Tránsito de diseño expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante el periodo de diseño.
CBR: Capacidad de soporte de la subrasante, %. 10.
DETERMINACIÓN DE LA DEFLEXIÓN ADMISIBLE DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
σzadm La deflexión admisible de la estructura de referencia se calcula por medio del criterio de Yang H. Huang, de la siguiente manera:
Donde:
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σzadm: Deflexión admisible de la estructura de referencia, mm. N: Tránsito de diseño expresado en ejes equivalentes de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante el periodo de diseño
11.
CONCLUSIÓN
Para evaluar el comportamiento comportamient o y formación admisible de la sub rasante de pavimento flexible flexibl e es de suma importancia conocer el comportamiento comportamient o de los estados tensionales que se generan al interior de la estructura de pavimento. Cualquier
punto
de una estructura estructur a de un pavimento está sometida
a esfuerzos, deformaciones y deflexiones que pueden ser calculados mediante el empleo de la mecánica de pavimentos.
12.
BIBLIOGRAFIA
Higuera S, Carlos Hernando. (2006). Comportamiento de la deflexión en función delos parámetros de diseño de una estructura de pavimento. Trabajo de investigación. Escuela de Transporte y Vías. Facultad de Ingeniería. Ingenierí a. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja. 25-30.
SHELL. (1975) Manual del usuario del programa BISAR 3.0.
YODER, Eldonnd y WITCZAK, Matthew. (1975). Principles of pavement design. design. New York. 25-27
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USO DE LA VIGA BENKELMAN EN PAVIMENTOS
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1. VIGA BENKELMAN Instrumento mecánico de diseño simple utilizado para medir la deformación elástica de un pavimento ante la aplicación de una carga estática o de lenta aplicación. La utilización de la Viga Benkelman sirve básicamente básicamente a la determinación: -
Determinar la vida útil remanente de un pavimento.
-
Evaluar estructuralmente pavimentos, analizando todas las condiciones localizadas, como drenaje, calidad de los materiales, espesores de diseño anteriores etc.
-
Evaluar los métodos de diseño de pavimentos y control de ejecución de obras.
-
Determinar la condición de un pavimento con miras a su conservación
El deflectómetro Benkelman funciona funciona según el principio de la palanca. Es un instrumento completamente mecánico y de diseño simple. Según se esquematiza en esta figura
La viga consta esencialmente de dos partes:
1. Un cuerpo de sostén que se sitúa directamente sobre el terreno mediante tres apoyos (dos delanteros fijos “A” y uno trasero regulable “B”) y
2. Un brazo móvil acoplado al cuerpo fijo mediante una articulación de giro o pivote “C”, uno de cuyos extremos apoya sobre el ter reno reno (punto “D”) y el otro se encuentra en contacto sensible con el vástago de un extensómetro de movimiento vertical (punto “E”).
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Adicionalmente Adicionalmente el equipo posee posee un vibrador vibrador incorporado que, al ser accionado, accionado, durante durante la realización de de los ensayos, evita que el indicador del dial se trabe y/o que cualquier interferencia exterior afecte las lecturas. El extremo “D” o “punta de la viga” es de espesor tal que puede ser colocado entre una de las llantas
dobles del eje trasero de un camión cargado. Por el peso aplicado se produce una deformación del pavimento, consecuencia de lo cual la punta baja una cierta cantidad, con respecto al nivel descargado de la superficie. Como efecto de dicha acción el brazo DE gira en torno al punto fijo “C”, con respecto al
cuerpo AB, determinando que qu e el extremo “E” produzca un movimiento mov imiento vertical en el vástago v ástago del extensómetro extensómetro apoyado en él, generando así una lectura en el dial indicador.
Si 15 se retiran luego las llantas cargadas, el punto “D” se recupera en lo que a deformación elástica se
refiere y por el mismo mecanismo anterior se genera otra lectura en el dial del extensómetro. La operación expuesta representa el “principio de medición” con la Viga Benkelman.
Lo que se hace después son sólo cálculos en base a los datos recogidos. Así, con las dos lecturas obtenidas es posible determinar cuánto deflactó el pavimento en el lugar subyacente al punto “D” de la
viga, durante el procedimiento descrito. Es de anotar que en realidad lo que se mide es la recuperación del punto “D” al remover la carga (rebote elástico) y no la deformación al colocar ésta.
Para calcular la deflexión deberá considerarse la geometría de la viga, toda vez que los valores dados por el extensómetro (EE’) no están en escala real, sino que dependen de la relación de brazos existentes.
2. OBJETIVOS Objetivos Generales. -
Dar la metodología para el uso de la Viga Benkelman para controlar deflexiones en pavimentos.
Objetivos Específicos. -
Medir deflexiones en pavimentos. - INFORME N° 01 -
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Estudiar los factores ambientales en la medición de deflexiones.
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Analizar la deflexión deflexión y radio radio de curvatura.
3. EVALUACION ESTRUCTURAL Consiste en obtener el estado actual en que se encuentra el sistema pavimento subrasante en una estructura vial existente, para lo cual se recurre a la ayuda de métodos destructivos y métodos no destructivos las cuales pueden ser evaluados en su etapa constructiva para su mayor control de la calidad del pavimento y así obtener su estado de servicio y aprovechar su capacidad estructural hasta donde sea posible.
4. MEDICION DE DEFLEXIONES Las deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por acción de cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectómetros tales como el denominado “Viga Benkelman”.
Llamado así en honor a Daniel Benkelman, quien la desarrolló en el año1952 como parte de ensayos viales de la WASHO (WASHO Road Test). Desde entonces su uso se ha difundido ampliamente en proyectos devaluación devaluación estructural de pavimentos flexibles, tanto por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de los resultados resultados que proporciona.
VIGA BENKELMAN El deflectómetro Benkelman funciona según el principio de la palanca. Es un instrumento completamente mecánico y de diseño simple. Según se esquematiza en la figura 01.a, la viga consta esencialmente de 2 partes:
(1) un cuerpo de sostén que se sitúa directamente sobre el terreno, mediante 3 apoyos (dos delanteros fijos “A” y uno trasero regulable “B”) y
(2) un brazo regulable móvil acoplado al cuerpo fijo mediante una articulació n de giro o pivote “C”, uno de los cuyos extremos apoya sobre el terreno (punto D) y el otro se encuentra en contacto sensible con el - INFORME N° 01 -
vástago de un extensómetro de movimiento vertical (punto E). Adicionalmente el equipo posee un vibrador incorporado que, al ser accionado, durante la realización de los 5 ensayos, evita que el dial se trabe y/o que cualquier interferencia exterior afecte las lecturas. El extremo “D” o Punta de la Viga es de espesor tal que pueda ser colocado entre una de las llantas
dobles del eje trasero de un camión cargado. Por el peso aplicado se produce una deformación del pavimento, consecuencia de lo cual la punta baja una cierta cantidad, con respecto al nivel descargado de la superficie. Como efecto dedica acción el brazo DE gira en t orno al punto “C”, con respecto al cuerpo AB, determinado que el extremo “E” produzca un movimiento vertical en el vástago del extensómetro apoyado en el, generando así una lectura en el dial indicador. Si se retiran luego las llantas cargadas, el punto “D”
se recupera en lo que la deformación elástica se refiere y por el mismo mecanismo anterior se genera otra lectura en el dial del extensómetro. La operación expuesta representa el” principio de medición” con la Viga Benkelman. Lo que se hace
después son solo cálculos en base a los datos recogidos. Así, con las dos lecturas obtenidas es posible determinar cuánto deflectó el pavimento en el lugar subyacente al punto “D” de la viga, durante el
procedimiento descrito. Es de anotar que en realidad lo que se mid e es la recuperación del punto “D” al remover la carga “Rebote elástico” y no la deformación al colocar esta. Para calcular la deflexión deberá considerarse la geometría de la viga, toda vez que los valores dados por el extensómetro (EE’) no están
en escala real, sino que dependen de la relación de brazos existente
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