Memoria de Diseño

PROYECTO:

CONSTRUCCION, REHABILITACION Y MEJORAMIENTO DEL ANILLO VIAL TRAMO AV. AREQUIPA-AV. 28 DE JULIO DEL A.H. TUPAC AMARU

PROV. DE PASCO - PASCO

Pasco, Diciembre 2010

MEMORIA DE DISEÑO

1. GENERALIDADES1.1 Introducción

Un problema muy común en la construcción de vías, bien sea rurales o urbanas,

es la presencia de suelos blandos constituidos por limos y arcillas de variada

plasticidad como parte de la subrasante. A lo anterior se añade que las rutas de

muchas carreteras importantes deben atravesar zonas lluviosas o zonas con

ausencia total de materiales granulares de buena calidad para mejoramientos, lo

cual dificulta los plazos de construcción e incrementa los costos de obra. Esta

situación se ha resuelto desde tiempos históricos mediante la estabilización del

suelo de diferentes maneras: Química, mecánica, excavación y reemplazo, entre

las más comunes, cuya aplicación genera efectos adversos en el medio

ambiente contiguo y muchas veces costos muy altos para la viabilidad

económica de las obras.

Hoy en día, el uso de geosintéticos, entre ellos las geomallas, permite un uso

más eficiente de los recursos de los proyectos, el cual se puede incrementar

mediante el conocimiento claro de los mecanismos de trabajo de estos

materiales, así como de los beneficios que ellos brindan en una determinada

situación. La colocación de una geomalla biaxial polimérica entre las capas

estructurales de un camino (pavimentado o no) produce grandes beneficios para

el mismo ya que incrementa el módulo del material granular, mejora la capacidad

portante del suelo y reduce las tensiones transmitidas a la subrasante.

La experiencia en obras en todo el mundo a lo largo de más de 40 años es muy

amplia y exitosa. Sólo en las Américas se llevan instalados más de 170 millones

de m2 de geomalla biaxial y actualmente en nuestro país ya se han realizado

proyectos importantes con aplicaciones de mejoramientos de subrasantes

blandas, como es el caso de la carretera Iquitos – Nauta, la carretera Jauja –

Tarma o el Corredor Interoceánico Sur, en sus tramos 2, 4 y 5.

En esta oportunidad, se emplearán las geomallas biaxiales como mejoramiento

de subrasantes en los siguientes tramos:

- Av. 1º de Mayo, comprendido entre las progresivas 0+000 al 0+270.

- Av. Arequipa, comprendido entre las progresivas 0+000 al 0+290.

- Calle Auxiliar 2, comprendido entre las progresivas 0+000 al 0+080 y 0+180

al 0+256.

- Av. Los Insurgentes, comprendido entre las progresivas 0+000 al 0+060 y

0+180 al 0+280.

Los mismo que presenta zonas con subrasantes blandas (CBR’s entre 3.3 y

4.0%) saturadas y como refuerzo de capa base a lo largo de todo el tramo

(0+000 a 0+715).

Sin embargo, existen situaciones en las que la subrasante es tan blanda que no

es posible el acceso de equipos a la zona de construcción y por consecuencia la

aplicación de alguna de estas soluciones tradicionales. Esta situación

actualmente se ha resuelto construyendo terraplenes sobre los suelos blandos

empleando geomallas rígidas BX Tensar como plataformas de acceso.

Cuando queremos construir un terraplén sobre suelos blandos, requerimos un

refuerzo que sea lo suficientemente rígido para distribuir las cargas aplicadas en

una mayor área, reducir las presiones en la subrasante, y disminuir los

asentamientos diferenciales. La geomalla BX Tensar por su forma de fabricación

es lo suficientemente rígida para distribuir las cargas aplicadas de manera similar

como lo hace un zapato de esquimal sobre la nieve. Un terraplén sobre la

geomalla Tensar se comporta como una plataforma en la cual ocurrirán

asentamientos totales, pero controlados, sin que ocurran asentamientos

diferenciales en la masa de suelo reforzada. Estos asentamientos diferenciales

son los que al final hacen que la estructura de pavimento presente problemas

estructurales.

En la construcción de terraplenes sobre suelos blandos, la geomalla BX Tensar

ha sido utilizada para crear una plataformas constructivas sobre la cual se puede

instalar el material de relleno sin necesidad de sobre-excavar la subrasante o de

la colocación de material a "Fondo Perdido".

El método tradicional de construir un terraplén sobre suelos blandos es a "Fondo

Perdido". Nos referimos a este método como el de lanzar material granular sobre

la subrasante hasta estabilizarla. Muchas veces, para lograr este propósito, se

requiere gran cantidad de material debajo del nivel de la subrasante. Con la

geomalla BX Tensar creamos una plataforma evitando disturbar la subrasante y

llevarla al corte.

La experiencia en obras en todo el mundo es muy amplia y exitosa. Proyectos

como la construcción de un terraplén sobre el Lago Texcoco en México, los

accesos en el proyecto “Los Micos” en Bahía de Tela, Honduras o la vía de

acceso al lago Budi en Chile son una muestra de ello.

En esta oportunidad, se emplearán las geomallas biaxiales UX 1500, como

mejoramiento de subrasantes en los siguientes tramos:

- Av. 1º de Mayo, comprendido entre las progresivas 0+280 al 0+410.

- Calle Auxiliar 2, comprendido entre las progresivas 0+080 al 0+180.

- Av. Los Insurgentes, comprendido entre las progresivas 0+060 al 0+180.

1.2 Objetivos

Reducir el costo inicial de las estructuras de pavimento mediante el incremento

de la capacidad de soporte de la subrasante.

Reducir el costo inicial de los mejoramientos de subrasantes, mediante la

reducción de espesores empleando geomallas biaxiales tipo TENSAR o

similar.

Generar plataformas constructivas con geomallas tipo TENSAR o similar y

relleno de mejoramiento para facilitar el acceso de equipo de construcción.

Economizar tiempos de construcción, particularmente en épocas de lluvia,

durante las cuales, las soluciones convencionales demandan operaciones

pesadas y dificultosas.

Reducir los espesores de la estructura final de pavimento.

Reducir los asentamientos diferenciales y totales del terraplén sobre suelos

blandos.

2.0 EL PROYECTO.2.1 Características del Proyecto.

Se trata de una pavimentación flexible en la que circularan básicamente

vehículos livianos y camiones y vehículos pesados.

La información de cargas para los diseños es la siguiente:

Se ha estimado un número EAL de diseño es igual a 7`372, 000. (Numero de

pasadas de cargas equivalente a un eje simple de 18,000 libras); para un

periodo de diseño de 15 años.

2.2 Perfil Estratigráfico y consideraciones hidro-geológicas.

Como fuente de información contamos con fotografías, planos de curvas de nivel,

Estudio de Mecánica de Suelos en el cual se realizaron catorce (14) calicatas en

el tramo en estudio y el Estudio de Refracción Sísmica.

En todos los casos las calicatas analizadas, se tratan de suelos marginales con

estratigrafía heterogénea no recomendable para fundar pavimento, por lo cual se

recomienda diseñar en las condiciones más extremas. Dentro de este marco las

estratigrafías realizadas son:

Av. 1º de Mayo

Km. 0+000 al Km. 0+050, la de fundación de esta zona son suelos

arcillosos inorgánicos de baja a mediana plasticidad, con presencia de

boloneria, en el que aparece el basamento rocoso a una profundidad de

1.60m, al igual que el nivel freático. Estos suelos son clasificados en el

SUCS como CL.

Km. 0+050 al Km. 0+110, la de fundación de esta zona son suelos

arcillosos inorgánicos de mediana a alta plasticidad, el nivel freático se

presenta a 1.10m de profundidad, el basamento rocoso aparece a una

profundidad de 2.70m. Estos suelos son clasificados en el SUCS como

CH.

Km. 0+110 al Km. 0+130, la fundación de esta zona son suelos arcillosos

inorgánicos de baja a mediana plasticidad, en el que aparece el

basamento rocoso a una profundidad de 0.55m. Estos suelos son

clasificados en el SUCS como CL.

Km. 0+130 al Km. 0+170, En este sector del trazo de la vía presenta dos

estratos diferentes:

o De 0.00 a 0.70m la fundación de esta zona son suelos arcillosos

inorgánicos de mediana a baja plasticidad, Estos suelos son



inorgánicos de alta plasticidad en estado compacto y húmedo. en el

que aparece el basamento rocoso a una profundidad de 1.60m, al

igual que el nivel freático. Estos suelos son clasificados en el SUCS

como CH.

Km. 0+170 al Km. 0+250, la fundación de esta zona son suelos limosos

inorgánicos de alta plasticidad, con presencia de raíces orgánicas de

compacidad baja, el basamento rocoso aparece a una profundidad de

0.55m. Estos suelos son clasificados en el SUCS como MH.



o De 0.00 a 0.50m la fundación de esta zona son suelos limosos

inorgánicos. Estos suelos son clasificados en el SUCS como MH.


inorgánicos de baja a mediana plasticidad, en el que aparece la napa

freática a 1.10m de profundidad y el basamento rocoso a una

profundidad de 1.50m. Estos suelos son clasificados en el SUCS

como CL.


inorgánicos de alta plasticidad. Estos suelos son clasificados en el SUCS

como CH.




inorgánicos. Estos suelos son clasificados en el SUCS como MH.





como CL.








inorgánicos. Estos suelos son clasificados en el SUCS como CL.

o De 1.50 a 1.90m la fundación de esta zona son suelos arenosos mal

graduado y el basamento rocoso a una profundidad de 1.90m. Estos

suelos son clasificados en el SUCS como SP.




inorgánicos. Estos suelos son clasificados en el SUCS como ML.

o De 1.00 a 1.80m la fundación de esta zona son suelos arena limo

arcillosas en estado compacto. En esta calicata hasta la profundidad

alcanzada no se detecto el nivel freático, ni el basamento rocoso.

Estos suelos son clasificados en el SUCS como SM-SC.

Vía Auxiliar 2

Calicata Nº 8, En este sector del trazo de la vía presenta dos estratos

diferentes:


inorgánicos. Estos suelos son clasificados en el SUCS como ML.





como CL.

Calicata Nº 13 (altura Buzón), la fundación de esta zona son suelos

arcillosos inorgánicos de baja a mediana plasticidad, en el que aparece el



Calicata Nº 14, la fundación de esta zona son suelos arcillosos




En las Av. Arequipa y Los Insurgentes, las calicatas presentan

características similares a las descritas anteriormente.

La zona presenta lluvias e influencias notables de humedad por lluvias,

granizadas y nieve; asimismo, gradientes térmicos con mínimos por debajo del

punto de congelamiento (Muy importante en nuestros criterios de diseño.). Por la

Topografía plana y presencia de agua permanente, la sub-rasante está saturado

permanentemente, la misma por conducción capilar asciende a las capas

superiores saturándolas. En estas condiciones las presiones de tráfico generan

una subida de presión instantánea (Llamada presión de poro), lo cual daña la

estructura de suelo y de las capas de rodadura cualesquiera que esta sea; por tal

motivo en el presente documento no solo se diseñará la sección del pavimento

en las condiciones más críticas sino que se contemplará una capa drenante y

disipadora de presión de poro. “Muy importante” en nuestros criterios de diseño.

Asimismo, en este tipo de material se espera una ascensión capilar de más de

15m considerando material “CL” homogéneo y llevando sin duda a un nivel de

saturación que hace muy extremo las condiciones de sitio por la presión de poro

para una fundación de pavimento. Se debe considerar esta condición como “Muy

importante” en nuestros criterios de diseño.

Considerando la poca consistencia de los datos estratigráficos, para el presente

trabajo adoptaremos las recomendaciones dadas en la Reunión del TRB

(Transportation Research Board), celebrada en junio de 1998, en Washington,

D.C., para las características de suelos de fundación con fines de pavimento.

Dicho documento fue elaborado por la NCHRP (National Cooperative Highway

Research Program), con base en varias fuentes, tales como las opiniones de un

amplio grupo de expertos en diseño, datos obtenidos en tramos de prueba de los

Estados Unidos de Norteamérica, revisión de manuales de diseño de la FHWA

(Federal Highway Administration), revisión de la Guía AASHTO (1993) para

diseño de estructuras de pavimento (American Association of State Highway and

Transportation Officials), etc.

En resumen podemos mencionar lo siguiente. Los suelos del tipo “CL” pueden

ser según la clasificación AASHTO del tipo A-6, llamadas Arcillas plásticas ó “CL”

exclusivamente. Se puede esperar también suelos del tipo A-7-5, llamadas

también arcillas de baja comprensibilidad tipo “CL – OL”. Debido a los datos de

CBR indicados de 3.3%, podemos concluir que el suelo de fundación de esta

pavimento se trata más de un tipo A-7-5. “Muy importante” en nuestros criterios

de diseño.

Considerando este tipo de suelos en las condiciones saturadas; de él se esperan

CBR entre 3% a 7.6% como máximo. Asimismo, se esperan módulos resilientes

de 14.01MPa a 70.37MPa. Para los fines del presente trabajo, adoptaremos los

valores mínimos señalados para los módulos resilientes (14.01 MPa). “Muy

importante” en nuestros criterios de diseño.

3. METODOLOGIA DE DISEÑO

Para el cálculo de los espesores de Mejoramiento:

TM 5-822-13/AFJMAN 32-1018 (1994). “Pavement design for roads,

streets, and open storage areas, elastic layered method” del Departments of

the Army and The Air Force of USA. Fig. B-01- Pag 44.

Giroud, J.P., and Han, J. (2004). “Design method for geogrid-reinforced

unpaved roads. Part I – Development of design method.” Journal of

Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130 (8), 775-786.

Giroud, J.P., and Han, J. (2004). “Design method for geogrid-reinforced

unpaved roads. Part II – Calibration and applications.” Journal of

Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 130 (8), 787-797.

FHWA NHI-07-092 (2008). NHI Course No 132013: “Geosynthetic Design

and Construction Guidelines” de la Federal Highway Administration - U.S.

Department of Transportation. 592pp.

Para el diseño de pavimento flexible y refuerzo de base granular con geomallas: AASHTO Guide for Design of Pavement Structures (1993)

Standard Specification for Highway Bridges (1997 Interim)

AASHTO (2001). “Recommended Practice for Geosynthetic Reinforcement

of the Aggregate Base Course of Flexible Pavement Structures”, AASHTO

PP46-01, Interim Edition of the AASHTO Provisional Standards. 4pp.

Análisis de estabilidad de taludes Método de equilibrio límite Bishop Modificado (Tramo II).

4. MARCO TEORICO

Geomalla como mejoramiento de subrasanteLas subrasantes pobres representan un problema frecuente en la construcción

de pavimentos. Como fundación del pavimento, la subrasante que falle conducirá

a un deterioro rápido de su estructura, esto es visible cuando una carga es

aplicada directamente sobre el pavimento, en ese momento las partículas

individuales del relleno oscilan y rompen la parte superior de la subrasante la

cual se moviliza hacia arriba para llenar los vacíos formados, este mecanismo se

conoce como “bombeo”. Aunque estos movimientos pueden ser bastantes

pequeños el bombeo puede causar contaminación del relleno y una gran

reducción de su resistencia a la fricción, la capacidad portante disminuye y el

agregado se mueve lateralmente creando surcos o baches en la superficie.

Tradicionalmente, las subrasantes pobres o contaminadas por efecto de

“bombeo” han sido removidas y reemplazadas con relleno importado o

estabilizadas químicamente. Ambas opciones son caras tanto en dinero como

tiempo, en especial comparadas con la solución de geomallas.

Figura 1Distribución de Presiones Verticales

Al instalar una geomalla biaxial entre el relleno de mejoramiento y la subrasante,

las partículas del relleno penetran en las aberturas de la geomalla trabándose en

sus aperturas reduciendo la oscilación, movimientos laterales y el efecto de

“bombeo”. Este entrelazado mecánico también dispersa fuerzas verticales sobre

la geomalla permitiendo que se forme un arco bajo la carga aumentando su

capacidad portante, la vida útil de la fundación y reduciendo el espesor de

material de mejoramiento requerido. En resumen, la geomalla trabaja como pieza

estructural transmitiendo cargas a bajas deformaciones sobre un área mucho

mayor e inhibiendo los movimientos laterales del agregado.

Hasta hace muy poco tiempo, se venían usando dos métodos de diseño para

determinar el espesor de las plataformas de trabajo de relleno granular

intentando cuantificar las mejoras inducidas por la trabazón mecánica la interface

“mejoramiento/subrasante” ejercida por las geomallas tipo Tensar o similar.

Giroud y Noiray (1981) y Tensar Corporation (1986) desarrollaron dicho métodos.

Ambos métodos empleaban la teoría de distribución de esfuerzos para calcular la

presión vertical sobre la subrasante ejercida por las cargas de rodadura en la

superficie del camino con la finalidad de calcular el espesor básico del agregado

que hace falta para reducir la presión vertical impartida a la subrasante a un valor

igual a su capacidad de carga estimada. Sin embargo, ninguno de los dos

métodos consideró factores de manifiesta importancia, tales como las

propiedades de los materiales de la capa base y el refuerzo.

A lo largo de las dos últimas décadas, el uso de geomallas en las aplicaciones

para mejorar subrasantes se ha difundido ampliamente. Han sido estudiados en

varios programas de investigación. Por lo tanto, hoy por hoy existe un conjunto

de información mucho más amplio del que había en la década de 1980. Esta

nueva información permitió a los doctores Giroud y Han desarrollar y verificar un

método de diseño mejorado. El “Método Giroud - Han” incorpora la resistencia y

el módulo del material básico, variaciones de los ángulos de distribución de

esfuerzos a través de la capa de apoyo y la propiedad del módulo de estabilidad

de la abertura (rigidez) del refuerzo geosintético, además de todos los

parámetros adicionales considerados por el Método G&N (carga por rueda,

presión del neumático, esfuerzo de corte de la subrasante, nº de aplicaciones de

carga y profundidad de ahuellamiento). En consecuencia, este método mejorado

permite a los diseñadores introducir parámetros más precisos para predecir

mejor su comportamiento. A su vez esto lleva a un uso más eficiente de los

recursos de agregado, equipos de construcción, mano de obra y tiempo.

Geomalla como separador

Las geomallas biaxiales pueden funcionar como un separador en la aplicación de

mejoramiento de subrasante, puesto que, no siempre será necesario el empleo

de una superficie plana, por ejemplo un geotextil, que prevenga la contaminación

del relleno.

En la interfase “sub-rasante/relleno granular de mejoramiento”, la función de

separación: previniendo la contaminación entre 2 materiales diferentes, y la de

filtración: permitiendo el flujo libre de agua mientras se presentan finos

erosionables, van casi siempre de la mano.

Esto es porque a menudo la sub-base se encuentra saturada y las presiones de

poros causadas por el paso del equipo de construcción pueden ser significativas.

La solución consiste en reducir estas presiones aplicadas mediante el uso de las

geomallas biaxiales, las cuales producen sobre la subrasante el efecto de

“zapato de nieve" de distribución de carga: El

zapato de nieve tiene aperturas, y sin embargo la

nieve no puede subir a través de el. El zapato de

nieve permite a un hombre caminar sobre un

material que no podría soportar su propio peso, Figura 3

Trabazón mecánica de partículas

Confinamiento de las Partículas

Figura 2Distribución de cargas y trabazón de

partículas

debido a que este distribuye la carga en un área mucho más grande. Las

geomallas rígidas trabajan más o menos igual sobre una subrasante blanda. La

carga es distribuida sobre un área mucho mayor en la subrasante, reduciendo la

presión aplicada directamente sobre ella y por lo tanto reduciendo la tendencia

del material de la subrasante a migrar hacia el relleno mejorado en la interface.

Se puede considerar este efecto similar al funcionamiento de un tamiz. Un tamiz

de media pulgada no permite que todas las partículas menores a 1/2 pulgada

pasen, a menos que el tamiz sea vibrado. Las geomallas se traban con el relleno

e inhiben el movimiento en la interfaz con la subrasante. El movimiento es el que

causa que la subrasante sufra desplazamientos laterales y el efecto de

“bombeo”.

El U.S. Army Corps of Engineers (Webster, 1992), encontró que el refuerzo con

geomallas dentro de la estructura de pavimento “No presentó ninguna cantidad

significativa de agregado proveniente de la sub base, dentro de la capa de base

granular en las pruebas realizadas”. Las geomallas, por lo tanto, pueden actuar

como un refuerzo dentro de la estructura de pavimento y adicionalmente como

un separador, siempre y cuando consideremos 2 situaciones importantes para

definir el empleo o no de geotextil adicional:

Cuando el agregado que conforma el material de mejoramiento es bien

gradado y puede actuar como un filtro natural para reducir la migración de las

partículas finas de la sub-rasante hacia la capa mejorada, entonces podemos

decir que una capa de geomalla suficiente para proveer dicha separación.

Por el contrario, cuando el agregado que conforma el material de la capa

base no es bien gradado y la migración de finos hacia ella podría

presentarse, es necesario emplear un geotextil de filtro debe ser usado en

conjunto con la geomalla de refuerzo.

Luego, si la humedad está presente en cantidades de flujo suficientes para

inducir el movimiento ascendente de los finos de la subrasante, los espacios

entre partículas del relleno granular de mejoramiento (f) deben ser bastante

pequeños para sostener en su lugar al 85% de las partículas de la subrasante. El

criterio de filtro, D15f / D85s, es denominado “piping ratio” (PR), si el PR es

menor que 5 (10 para subrasantes de alta plasticidad) los finos de la subrasante

no podrán contaminar el relleno de mejoramiento.

Las subrasantes de limo y arena muy fina son intrínsecamente más móviles, por

lo tanto se les aplica el siguiente criterio adicional de filtro: D50f / D50s <25.

Geotextil separador adicional

La función principal de un geotextil en la construcción de carreteras es la

separación, que previene la contaminación del agregado de base por

entremezcla con el material de la sub-base. La investigación del Cuerpo de

Ingenieros de USA (White, 1991), concluye que los geotextiles proveen

separación y no aportan soporte estructural.

Luego, cuando se comprueba la necesidad del empleo de un geotextil adicional

al uso de geomalla biaxial sobre la subrasante, debemos considerar lo siguiente:

Para permitir un flujo mayor de líquido a través de un geotextil, los espacios

vacíos en él deben ser mayores. Existe, sin embargo, un límite que es

cuando las partículas de suelo aguas arriba empiezan a pasar a través de los

vacíos del geotextil, junto con el líquido fluyente. Esto puede llevar a una

situación inaceptable llamada “bombeo” del suelo (visto en ítem anterior).

Este proceso se previene haciendo que los vacíos del geotextil sean lo

suficientemente pequeños como para retener el suelo en el lado aguas arriba

de la tela. La fracción gruesa del suelo es la que debe ser retenida

inicialmente y es el tamaño de suelo objetivo en el proceso de diseño. Estas

partículas de tamaño grueso eventualmente bloquean a las partículas de

tamaño más fino constituyen una estructura estable de suelo aguas arriba.

Afortunadamente, los conceptos de filtro están bien establecidos en el diseño

de filtros de suelo, y esas mismas ideas serán usadas para diseñar un

adecuado geotextil filtro.

Existen muchas formulaciones disponibles para el diseño por retención de suelo,

la mayoría de las cuales usan las características del tamaño de las partículas de

suelo y las comparan con el tamaño de abertura del geotextil al 95%, definido

como O95 que debe ser lo bastante pequeña para sostener en su lugar al 85%

de las partículas de la subrasante: O95<2D85.

Figura 4Deformación Permanente en Base

SUBBASE

Geomalla para refuerzo de base granular

Esta función se desarrolla a través de la interacción (trabazón) del agregado de

la base con la geomalla (Figura 3), lo que da lugar a cuatro mecanismos de

refuerzo derivados:

Contención Lateral de las Partículas :

Por lo general, las cargas vehiculares de un

camino crean un movimiento de

desplazamiento lateral del agregado en la

parte inferior de la capa base, lo que a su

vez genera deformaciones verticales

(Figura 4).

En cambio, al colocar una geomalla en la

base granular, se crea una interacción entre

la base y la geomalla (mientras las

partículas tratan de desparramarse lateralmente) donde la base granular

transmite esfuerzos a la geomalla y, dado que ésta tiene la capacidad de

resistir las cargas horizontales, se generan deformaciones laterales mucho

menores en el sistema y, por lo tanto, la deformación vertical resulta inferior.

Incremento del Módulo Resistente de la Base:

El incremento en el confinamiento lateral lleva a un incremento en las

tensiones principales del agregado (ver Figura 5), por lo que éste se

vuelve más rígido y las deformaciones verticales resultan menores.

Además, este incremento en el módulo del suelo da lugar a menores

deformaciones dinámicas verticales recuperables de la superficie del

camino, por lo que se reduce el efecto de fatiga en pavimentos

asfálticos.

Mejoramiento de la Distribución de Carga sobre la Subrasante:

El incremento en el módulo de la base también significa que esta capa

ayudará mejor en la distribución de carga sobre la subrasante (Figura 1).

Por lo tanto, se reducen las tensiones verticales en la base y en la

subrasante debajo de la línea central de la rueda, lo que da lugar a

deformaciones verticales menores en ambas capas.

Disminución del Estado de Carga de la Subrasante:

Las tensiones de corte que generalmente transmite el material de la base

a la subrasante son ahora absorbidas por la geomalla. Por lo tanto, a

esta capa le llegan menores tensiones de corte. Si esto lo combinamos

con menores tensiones verticales, el estado tensional de la subrasante

es reducido (al igual que las deformaciones verticales).

En la Edición Interina de su Standard Provisional, fechado Abril 2001,

AASHTO PP 46-01 titulado “Practica Recomendada para el Refuerzo con Geosintéticos de la Capa de Base de la Estructura de Pavimento Flexible” la Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales y

Transporte - AASHTO, “ha ponderado” el refuerzo de bases de pavimentos.

El documento de cuatro páginas, indica que provee guías para los

diseñadores de pavimentos interesados en la incorporación de geosintéticos

para proveer soporte estructural a las cargas de tráfico a lo largo de la vida

de la estructura del pavimento, y que cuando se aplica dentro, o directamente

Figura 5Incremento del Módulo Resistente

SUBBASE

debajo de la capa granular de base, el geosintético está pensado para

proveer uno o los dos anticipados beneficios:

Mejorar o extender la vida de servicio de un pavimento de espesores

prefijados; o

Reducir el espesor de pavimento necesario para una vida específica.

5. RECOMENDACIONES PARA LA ESPECIFICACION DEL MATERIAL

En general, para asegurar un buen comportamiento, las geomallas a utilizar

deberán consistir en mallas de estructura regular biaxial, con aberturas

geométricas rectangulares (costillas y uniones de cruce) suficientes como para

permitir un intertrabado mecánico significativo con el material que será reforzado.

Por otro lado, la geomalla deberá mantener la capacidad de refuerzo y trabazón

bajo cargas dinámicas repetidas durante su puesta en servicio y también deberá

ser resistente a la degradación producida por los rayos ultravioletas, al daño

durante las prácticas normales de construcción y a toda forma de degradación

biológica o química que normalmente pueden encontrarse en el material que

será reforzado.

Como resultado de una gran cantidad de ensayos realizados, las principales

agencias públicas de los Estados Unidos (que es el país con mayor experiencia

en la utilización de este material) hacen las siguientes recomendaciones:

US Army Engineers Waterways Experiment Station, Mayo 1991 :

Se debe asegurar una buena trabazón entre el suelo y el refuerzo dado que

esto genera el mayor mecanismo de mejoramiento brindado por las

geomallas. La baja fricción entre el suelo y los geotextiles no brinda una

interacción suficiente con el relleno como para desarrollar este mecanismo.

US Army Engineers Waterways Experiment Station, Diciembre 1992

Los ensayos de campo realizados a escala real verifican la habilidad de

reforzar pavimentos flexibles con Geomallas. También indican que el

comportamiento depende del tipo de malla, variando para los diferentes

modelos entre ningún mejoramiento hasta una reducción del 40% en el

espesor total de la sección de pavimento. Las propiedades importantes para

un buen comportamiento de la geomalla son:

a. Geometría del refuerzo en planta y transversal.

b. Rigidez flexural y rotacional.

c. La capacidad de las juntas (deben tener una capacidad de, al menos, un

90% de la capacidad de la geomalla).

d. Estabilidad de la abertura bajo carga (resistencia del refuerzo contra

deformación bajo cargas en todas direcciones).

Federal Aviation Administration, April 1994

Se recomendó que las Geomallas seleccionadas para el refuerzo fueran

previamente aprobadas por el ingeniero del proyecto y que esta aprobación

fuera realizada en base a la siguiente información:

a. Pruebas de laboratorio y ensayos de campo a escala real para el

producto. Los resultados deben cuantificar la contribución estructural de

la geomalla en la estructura de pavimento.

b. Una lista de 5 proyectos comparables en términos de escala y aplicación

donde los resultados de la geomalla puedan ser verificados después de 1

año de servicio.

c. Una muestra del producto y especificaciones certificadas.

Geosynthetic Materials Association, June 2000

El beneficio principal de reforzar la capa base es aumentar la vida útil del

camino o proveer un comportamiento equivalente usando una sección

estructural reducida. Se recomienda que se usen especificaciones a partir de

una lista de productos aceptados ya que el mecanismo de refuerzo no es aún

entendido por completo y se debe considerar que el beneficio aportado por

los materiales dependen del producto y las condiciones de la prueba. La

equivalencia debe ser definida en términos de comportamiento y no

solamente en función de las propiedades índices de cada producto.

FHWA, Geosynthetic Design and Construction Guidelines, April 1998

No hay disponible, hasta este momento, especificaciones standard para el

refuerzo de secciones de pavimentos. Sin embargo, hay muchas agencias de

los Estados Unidos que usan geomallas para esta función, atendiendo al

siguiente procedimiento:

a. Definir el objetivo del refuerzo, por ejemplo la reducción de sobre-

excavación sobre suelos blandos, o la reducción del espesor de la capa

base, o extender la vida útil del camino, o una combinación.

b. Definir la función del geosintético y estudiar la aplicabilidad de la

geomalla.

c. Hacer un proyecto de demostración para examinar el comportamiento de

la geomalla en comparación con métodos convencionales.

d. Después de obtener resultados satisfactorios crear una lista de productos

precalificados o especificar una lista de propiedades clave.

e. Monitorear el comportamiento de los proyectos para confirmar el

comportamiento anticipado.

AASHTO, Recomended Practice for Gesynthetic Reinforcement of the Agregate Base Course of Flexible Pavement Structures, April 2001

Debido a que los beneficios de los geosintéticos en el refuerzo de estructuras

de pavimentos no se pueden determinar en forma analítica, se recomienda

hacer secciones de prueba para cuantificar el beneficio. Las

recomendaciones derivadas de los estudios realizados, que constituyen

actualmente la base del diseño, son empíricas y, por lo tanto, deben

restringirse a las aplicaciones y en las condiciones en que ya se ha

demostrado el beneficio. Para otras aplicaciones, el diseñador debe realizar

un ensayo usando los materiales en condiciones similares para poder estimar

el beneficio a obtener.

US Army Corps of Engineers, Use of Geogrids in Pavement Construction, Febrero 2003Este documento contiene una metodología de diseño y guía sobre el uso de

las geomallas en el diseño y construcción de carreteras pavimentadas y no

pavimentadas. El US Army Corps of Engineers, a través de la experiencia en

campo y laboratorio, proporciona las características físicas y estructurales

que debe tener la geomalla para que cumpla con la función de Mejoramiento

de Subrasante o Refuerzo de Base. Según este documento la geomalla debe

ser fabricada “Punched & Drawn” para que sea efectiva en la estructura de

pavimento.

6. CALCULOS REALIZADOS

TRAMO I – TRAMO IIIMejoramiento de Subrasante:Los CBR’s mínimos de la subrasante que se obtienen del Estudio de suelos,

varían entre 3.3% y 9.2%, los cuales han sido sectorizados de la siguiente forma:

Cuadro No 01: Sectorización de eje vial y CBR’s mínimos

SECTOR CBR (min.) MR (psi)

Av. 1º de Mayo

Km. 0 + 000 – Km. 0+ 270 3.30% 5,486.00

Km. 0 + 410 – Km. 0+ 715 9.20% 10,573.00

Av. Arequipa

Km. 0 + 000 – Km. 0+ 290 3.30% 5,486.00

Via Auxiliar 2

Km. 0 + 000 – Km. 0+ 080 3.30% 5,486.00

Km. 0 + 180 – Km. 0+ 256 3.30% 5,486.00

Av. Insurgentes

Km. 0 + 000 – Km. 0+ 060 3.30% 5,486.00

Km. 0 + 180 – Km. 0+ 280 3.30% 5,486.00

Realizar un solo diseño de pavimento considerando tal variación generaría una

estructura demasiado conservadora, por lo que se plantea realizar

mejoramientos en los sectores de subrasantes blandas y diseñar el pavimento

con un CBR por encima de 9.20%. Por tal motivo, se necesita plantear

pedraplenes y rellenos reforzados con geomallas biaxiales que aseguren

alcanzar un CBR mínimo de 9.20% en el tope superior del mejoramiento. Para

este ultimo cálculo se empleará el gráfico B-1 de la guía TM 5-822-13/AFJMAN

32-1018: “Pavement design for roads, streets, and open storage areas, elastic

layered method”.

Luego, para los sectores con C.B.R.s de 3.30%, se plantea como solución lo

siguiente:

En zonas de “depresiones”, las cuales presentan afloramiento del nivel freático

en las épocas de lluvia, se plantea conformar un pedraplén de 1.00m máximo

(en las zonas más profundas), de acuerdo a lo mostrado en la Figura 6, hasta

superar el nivel de aguas máximo. Como elemento de distribución de cargas

y separación entre el pedraplén y los finos de la subrasante se empleará una

geomalla BX1100 y un geotextil TDM GT 270P o similar (AOS = 0.125mm)

respectivamente.

Paralelamente, en las zonas de corte contiguas, se realizará un mejoramiento

de subrasante empleando geomallas BX.

Para el sector en la Av. 1º de Mayo entre las progresivas 0+410 a 0+715 no es

necesario considerar mejoramiento alguno y se instalará el pavimento flexible

directamente sobre la subrasante existente.

Para el cálculo del mejoramiento, se parte conservadoramente con un CBR de

diseño a nivel de subrasante de 3.3%, correspondiente a un material CH,

tomando como referencia la calicata C-2 de la progresiva 0+110 del estudio de

suelos. Como CBR del material de relleno se usó 64.20%, correspondiente a un

material clasificado como GW-GC y perteneciente a la cantera Yanamatec.

Cuadro No 02: Datos empleados en diseño

PROPIEDAD VALOR

Carga Axial 80 KN

Presión de Llanta 550 kPa

Nº de pases de ejes 6,355.00

Prof. Máx. ahuellamiento 40mm

RESULTADOS

Geomalla BX1100 22.00cm

Geomalla BX1200 11.00cm

Donde:

Carga axial: 80 Kn, carga por eje simple equivalente (ESAL).

Presión de inflado de llanta: 550kPa, corresponde a un camión estándar.

Prof. Máx. de ahuellamiento: Describe la máxima superficie de deformación

que una plataforma de mejoramiento requiere para mantener su

serviciabilidad. 40mm es normalmente apropiado.

Nº de ejes pasantes: Corresponde al tránsito en la etapa de construcción y

que va a ser soportado por la subrasante blanda hasta el término de la

plataforma de mejoramiento. Para el presente análisis se empleó como

longitud de construcción 240m y ancho promedio de 15.00ml.

Los cálculos del tránsito de camiones sobre la geomalla, asumida para el

cálculo de espesores, se muestran a continuación:

DISEÑO SOFTWARE SPECTRA PAVE

REPORTE DE CÁLCULO DE ESPESOR DE MEJORAMIENTO DE SUBRASANTE CON GEOMALLAS BIAXIALES

Determinación del CBR en el tope del mejoramiento:

El espesor de mejoramiento requerido sobre una geomalla BX1100 es 0.22m,

mientras que para una BX1200 es de 0.11m. Por facilidad de construcción

emplearemos una capa de 0.25m (10 pulg.) de relleno granular de sub-base

sobre la geomalla BX1100 .

Finalmente, se procede a calcular el CBR en la parte superior del relleno de

mejoramiento, el cual debe ser mayor o igual a 9.20%. Para tal fin empleamos

conservadoramente la Figura B-1 de la guía TM 5-822-13/AFJMAN 32-1018:

“Pavement design for roads, streets, and open storage areas, elastic layered

method” del Departments of the Army and The Air Force of USA, mostrada a

continuación:

Cuadro No 03: Calculo del CBR en el tope del mejoramiento

DETALLE CALCULO

CBR SUBRASANTE: 3.30%

MODULO ELASTICO: 6,101.81 PSI

ESPESOR CAPA 01: 0.125m (5 pulg.)

MODULO ELASTICO EN EL TOPE 01: 12,500.00 PSI

CBR EN EL TOPE 01: 6.67%

ESPESOR CAPA 02: 0.125m (5 pulg.)

MODULO ELASTICO EN EL TOPE 02: 19,500.00 PSI

CBR EN EL TOPE 02: 10.55%

El espesor de mejoramiento calculado por el método Giroud, J.P., and Han, J.

(2004) permite incrementar el CBR de la subrasante de 3.3% a 10.55%, por

encima de los 9.2% que necesitamos para nuestro diseño de pavimentos.

Determinación del filtro:

Para que no haya contaminación entre el material de relleno y la subrasante, se

debe cumplir:

El criterio de filtro, D15f / D85s < 5

Criterio adicional de filtro: D50f / D50s < 25

Empleando los ensayos de mecánica de suelos, se seleccionó como

granulometría de diseño la correspondiente a la cantera Yanamatec. Dicha curva

granulométrica fue comparada directamente con las curvas granulométricas del

material de la subrasante, seleccionándose para tal fin, la curva granulométrica

correspondiente a la calicata C-2, progresiva 0+110 (Av. 1º de Mayo).

El resultado de este análisis no cumplió con los criterios mínimos de filtración,

arrojando la necesidad de emplear un geotextil no tejido como elemento de

separación.

Geotextil Separador O95<2D85 del material de subrasante

Para suelo >50% pasando la malla Nº 200 el O95 deberá ser menor a 0.30mm

(el AOS del geotextil deberá ser mayor o igual a la malla Nº 50)

Por tanto, se usará un geotextil no tejido TDM GT 270P o similar con AOS =

0.125mm

Luego,

O95<2D85 = 0.125<10 (OK)

El cálculo de filtro se realizó con una hoja de cálculo de MICROSOFT EXCEL, la

misma que se adjunta a continuación:

PARAMETROS DE DISEÑO TRAMO II:- Av. 1 º de Mayo, entre las progresivas Km. 0+280 al Km. 0+410.

- Calle Auxiliar 2, entre las progresivas Km. 0+080 al Km., 0+180.

- Av. Los Insurgentes, entre las progresivas Km. 0+060 al Km. 0+180.

Parámetros geotécnicos empleados en el diseño:

Cuadro No 01: Parámetros geotécnico empleados en el diseño de equilibrio límite

SUELOS Peso Unitario , kN/m3

Angulo Fricción ‘,

grados

Cohesión Aparente C,

Ton/m2

Relleno Estructural (Material compactado) 22.00 32.00 00.0Suelo de Fundación 17.60 14.00 00.0Relleno Granular (Material seleccionado) 22.00 32.00 00.0

Los valores del material de fundación fueron obtenidos de los reportes de

ensayos de laboratorio.

El valor del material de relleno para conformar el terraplén es típico de un relleno

estructural y la granulometría deberá estar acorde con las recomendaciones de

AASHTO para estructuras de suelo reforzado. La granulometría recomendada

por AASHTO para rellenos reforzados con geomallas es la siguiente:

Cuadro No 02: Granulometría recomendada por AASHTO para suelo reforzado

El índice de plasticidad debe ser menor a 10 y el límite líquido menor a 40

El relleno granular o gravoso, deberá presentar un porcentaje de finos pasante

de la malla Nº 200 menor al 5%, de manera que se asegure una característica

drenante. Este material será instalado directamente sobre la geomalla BX1100

empleada como plataforma constructiva. Este material debe ser menor de 2.5”.

Sobrecargas

Carga Sísmica (aceleración horizontal máxima) = 0.20g

Sobrecarga viva uniformemente distribuida = 12 kPa

Geomallas estructurales a ser empleadas en el diseño

TAMIZ Nº % PASANTE4” 100

Nº 40 0 - 60Nº 200 0 - 15

Cuadro No 03: Resistencia de diseño de geomallas y factores de reducción

Esfuerzo Ultimo, kN/m

F.S para daño en

construcción

F.S para durabilidad

Factor de Reducción

Creep

Esfuerzo LTADS,

kN/m

BX Tipo 1 (BX1100) 19.0 1.25 1.10 3.45 4.00UX Tipo 1 (UX1500) 114.0 1.25 1.10 2.60 31.89

Diseño Hidrostático

El nivel freático se asumió en la base del terraplén reforzado.

Análisis de Estabilidad

A continuación se adjuntan los reportes del software G-SLOPE, conteniendo los

análisis de estabilidad estático y sísmico de la sección típica de h=1.30m de

altura diseñada.

DISEÑO SOFTWARE G-SLOPE

REPORTE DE CÁLCULO DE ESTABILIDAD DE TERRAPLEN EN ESTADO ESTÁTICO

DISEÑO SOFTWARE G-SLOPE

REPORTE DE CÁLCULO DE ESTABILIDAD DE TERRAPLEN EN ESTADO SÍSMICO

7. DISEÑO DE LA GEOMALLA COMO REFUERZO EN EL PAVIMENTO FLEXIBLE:

El presente diseño se realizará aplicando el método AASHTO, versión 1993, el

cual describe con detalle los procedimientos para el diseño de la sección

estructural de los pavimentos flexibles y rígidos de carreteras.

Método de diseño.

Los procedimientos involucrados en el actual método de diseño, versión 1993,

están basados en las ecuaciones originales de la AASHO que datan de 1961,

producto de las pruebas en Ottawa, Illinois, con tramos a escala natural y para

todo tipo de pavimentos. La versión de 1986 y la actual de 1993 se han

modificado para incluir factores o parámetros de diseño que no habían sido

considerados y que son producto de la experiencia adquirida por ese organismo

entre el método original y su versión más moderna, además de incluir

experiencias de otras dependencias y consultores independientes.

El diseño está basado primordialmente en identificar o encontrar un “número

estructural SN” para el pavimento flexible, que pueda soportar el nivel de carga

solicitado. Para determinar el número estructural SN requerido, el método

proporciona la ecuación general y gráfica, que involucra los siguientes

parámetros:

El tránsito en ejes equivalentes acumulados para el período de diseño

seleccionado, “W18”.

El parámetro de confiabilidad, “R”.

La desviación estándar global, “So”.

El módulo de resiliencia efectivo, “Mr” del material usado para la subrasante.

La pérdida o diferencia entre los índices de servicios inicial y final deseados,

“∆PSI”.

Parámetros de diseño

Tránsito: Para el cálculo del tránsito, el método actual contempla los ejes

equivalentes sencillos de 18,000 lb. (8.2 ton) acumulados durante el período de

diseño, por lo que no ha habido grandes cambios con respecto a la metodología

original de AASHTO.

Características del Proyecto.

Se trata de una pavimentación flexible en la que circularan básicamente

vehículos livianos y camiones y vehículos pesados.

La información de cargas para los diseños es la siguiente:

Se ha estimado un número EAL de diseño es igual a 7`372, 000.

(numero de pasadas de cargas equivalente a un eje simple de 18,000

libras); para un periodo de diseño de 15 años.

Confiabilidad “R”: Con el parámetro de Confiabilidad “R”, se trata de llegar a

cierto grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas

alternativas de la sección estructural que se obtengan, durarán como mínimo el

período de diseño. Se consideran posibles variaciones en las predicciones del

tránsito en ejes acumulados y en el comportamiento de la sección diseñada.

El actual método AASHTO para el diseño de la sección estructural de

pavimentos flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99.9 para el

parámetro “R” de confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales,

notándose que los niveles más altos corresponden a obras que estarán sujetas a

un uso intensivo, mientras que los niveles más bajos corresponden a obras o

caminos locales y secundarios.

Partiendo de la consideración que el comportamiento vs. Tránsito sigue la

distribución normal de Gauss. En nuestro caso considerando el tipo de proyecto

se asume un valor de 85%.

Desviación estándar global “So”.Este parámetro está ligado directamente con

la Confiabilidad (R), descrita en el ítem anterior; habiéndolo determinado, en este

paso deberá seleccionarse un valor So “Desviación Estándar Global”,

representativo de condiciones locales particulares, que considera posibles

variaciones en el comportamiento del pavimento y en la predicción del tránsito.

En nuestro caso considerando el tipo de proyecto se asume el Error estándar

combinado del tráfico proyectado y del comportamiento proyectado un valor de

85% y una Desviación Estándar normal (Zr) de 1.037.

Módulo de resiliencia efectivo: En el método actual de la AASHTO, la parte

fundamental para caracterizar debidamente a los materiales, consiste en la

obtención del Módulo de Resiliencia, con base en pruebas de laboratorio,

realizadas en materiales a utilizar en la capa subrasante (Método AASHTO T-

274), con muestras representativas (esfuerzo y humedad) que simulen las

estaciones del año respectivas. El módulo de resiliencia “estacional” será

obtenido alternadamente por correlaciones con propiedades del suelo, tales

como el contenido de arcilla, humedad, índice plástico, etc.

Finalmente, deberá obtenerse un “módulo de resiliencia efectivo”, que es

equivalente al efecto combinado de todos los valores de módulos estaciónales.

Para el diseño de pavimentos flexibles en el presente proyecto se empleó como

módulo resiliente el obtenido de la correlación siguiente para valores de CBR:

Mr = 17.6 CBR0.64 (MPa) (Correlación empleada para CBR’s entre 2 y 12%)

Del mejoramiento de subrasante, para el tramo crítico del 0+000 al 0+240 se

obtiene un CBR en el tope de 10.55% (CBR inicial de 3.30%), por lo tanto el CBR

de diseño será ahora 9.20%, correspondiente al menor valor del tramo 0+410 al

0+715.

El “Mr” de diseño es entonces 10,573.00psi

Pérdida o diferencia entre índices de servicio inicial y terminal: El cambio o

pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se

define en el método con la siguiente ecuación:

PSI = Índice de Servicio Presente

∆PSI = po - tf

Donde:

∆PSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o

terminal deseado.

po = Índice de servicio inicial (4.2 para pavimentos flexibles).

tf = Índice de servicio terminal, para el cual AASHTO maneja en su versión 1993

valores de 3.0, 2.5 y 2.0, se definió para el presente estudio 2.0.

Determinación de espesores por capas.

Una vez obtenido el Número Estructural “SN” para la sección estructural del

pavimento, utilizando los gráficos AASHTO o la ecuación general básica de

diseño, donde se involucraron los parámetros anteriormente descritos (tránsito,

R, So, MR, ∆PSI), se requiere determinar una sección multicapa que en conjunto

provea de suficiente capacidad de soporte equivalente al número estructural de

diseño original. La siguiente ecuación puede utilizarse para obtener los

espesores de cada capa, para la superficie de rodamiento o carpeta, base y sub-

base, haciéndose notar que el actual método de AASHTO, versión 1993, ya

involucra coeficientes de drenaje particulares para la base y sub-base.

SN = a1 D1 + a2 m2 D2 + a3 m3 D3

Donde:

a1 : Coeficiente de equivalencia del concreto asfáltico (1/cm.).

a2 : Coeficiente de equivalencia de la base granular (1/cm.).

a3 : Coeficiente de equivalencia de la sub base granular (1/cm.).

D1 : Espesor de concreto asfáltico en centímetros.

D2 : Espesor de base granular en centímetros.

D3 : Espesor de sub base granular en centímetros.

m2 : Coeficiente de drenaje de la base granular.

m3 : Coeficiente de drenaje de la sub base granular.

En el presente estudio, se utilizaron los coeficientes de equivalencia y drenaje

mostrados a continuación:

a1 : 0.35 (como coeficiente de equivalencia de base estabilizada).

a2 : 0.14.

a3 : 0.10

m2 : 0.90.

m3 : 0.80.

Análisis del diseño final.El análisis parte planteando un diseño empleando la metodología AASHTO 1993,

sin la aplicación de refuerzo alguno, y de acuerdo a las condiciones del proyecto

descritas en los ítems anteriores. La estructura es la mostrada en la Figura 7:

Los componentes de dicha estructura son los siguientes:

Base Granular: Estará conformada por agregados naturales procedentes de

excedentes de excavaciones o canteras clasificadas, de la trituración de rocas y

gravas, o podrán estar constituidos por una mezcla de productos de ambas

procedencias. Las partículas de los agregados serán duras, resistentes y

durables, sin exceso de partículas planas, blandas o desintegrables y sin materia

orgánica, terrones de arcilla u otras sustancias perjudiciales. Este material

deberá garantizar un coeficiente estructural de 0.14 y drenaje de 0.90. El espesor

sin refuerzo es de 20.0cm compactado al 100% de la Máxima Densidad del

Proctor Modificado ASTM D-1557.

Base Estabilizada: Estará conformada por agregados naturales resistentes y

durables, sin exceso de partículas planas, blandas o desintegrables y sin materia

orgánica, terrones de arcilla u otras sustancias perjudiciales. Se considera una

capa de 15.5cm compactado al 100% del Proctor Modificado según ASTM D-

1557 de material base estabilizada con 10% de asfalto emulsionado de rotura

lenta del tipo CSS-1, el cual deberá ser producido con un cemento asfáltico de

base blanda tipo PEN120/150 previo análisis de los agregados a utilizar como

BASE ESTABILIZADA de tal manera que exista compatibilidad entre éstos y el

asfalto emulsionado, proyectándose obtener un coeficiente estructural de 0.35.

Para esta capa su coeficiente de drenaje se considera 1.

Capa Seal: Será un micro pavimento con 3.0cm de espesor usado como capa de

sellado y superficie de rodadura, elaborado con emulsión asfáltica modificada

con polímeros de rotura controlada CQS-1hp (Ver cuadro 05). Este micro

pavimento deberá presentar excelente susceptibilidad térmica, a través de una

mayor resistencia a la formación de grietas y fisuras en la superficie del

pavimento, debido al incremento de su recuperación elástica por la adición de

polímero.

Cuadro No 04: Ficha Técnica de la emulsión CSS para base estabilizada

TIPO DE EMULSION METODODE ENSAYO

EMULTEC CSS-1

EMULTEC CSS-1h

ENSAYOS SOBRE EMULSIONES Mín. Máx. Mín. Máx.

Viscosidad

- Saybolt Furol a 25°C, seg. ASTM D 244 20 100 20 100

Estabilidad al almacenamiento, 24

hr, %ASTM D 244 --- 1 ---- 1

Destilación

- Contenido de asfalto residual, %

- Contenido de disolventes, %

ASTM D 244

ASTM D 244

57

----

----

----

57

----

----

----

Tamizado

- Retenido T 20 (850 um), % ASTM D 244 ---- 0.1 ---- 0.1

Rotura

- Mezcla con cemento, % ASTM D 244 ---- 2 ---- 2

Carga de partícula ASTM D 244 Positiva Positiva

Ensayos sobre residuo de destilación

- Penetración, 25°C, 100 gr, 5 seg.,

dmm ASTM D 5 100 250 40 90

- Ductilidad, 5°C, 5 cm/min, cm ASTM D 113 40 ---- 40 ----

- Solubilidad en tricloroetileno, % ASTM D 2042 97.5 ---- 97.5 ----

Cuadro No 05: Ficha Técnica de la emulsión CQS para micro pavimento

TIPO DE EMULSIONMETODO

DE ENSAYO

EMULTECCQS-1hp

ENSAYOS SOBRE EMULSIONES Mín. Máx.

Viscosidad

- Saybolt Furol a 25°C, seg. ASTM D

24420 100

Destilación

- Contenido de asfalto residual, %

- Contenido de disolventes, %

ASTM D

244 ASTM

D 244

62

---

----

----

Tamizado

- Retenido T 20 (850 um), % ASTM D

244--- 0.1

Carga de partícula ASTM D

244Positiva

Ensayos sobre residuo de destilación

- Penetración, 25°C, 100 gr, 5 seg, dmm * ASTM D 5 40 90

- Ductilidad, 25°C, 5 cm/min, cm ASTM D

11340 ---

- Solubilidad en tricloroetileno, %ASTM D

204297.5 ---

* Las condiciones climáticas deberían ser consideradas cuando se establezca

este rango de penetración.

A partir de esta sección es que se plantea el uso de geomallas biaxiales BX1200

para mejorar la capacidad estructural del pavimento y extender su vida de

servicio. Adicionalmente resulta vital elevar (mediante la reducción de espesores)

al máximo la estructura de pavimento de la subrasante saturada.

Luego de realizar los análisis en el software SPECTRA PAVE se obtuvo la

siguiente sección:

Estudios independientes del aporte de geomallas tensar en un pavimento.

La Universidad de Alaska bajo la dirección del Dr. Thomas C. Kinney desarrolló

un modelo experimental a escala real consistente en una serie de pruebas de

carga con la finalidad de demostrar, el mejoramiento en el desempeño (Traffic Benedit Ratio (TBR)) de los pavimentos de concreto asfáltico cuando la base

granular de dicha sección de pavimento es reforzada con geomallas biaxiales

TENSAR y cuantificar este TBR para geomallas BX1100 y BX1200.

El TBR es definido como el número de ciclos de carga sobre un pavimento

reforzado con geomallas TENSAR dividido entre el número de ciclos de la

sección “control” (sin refuerzo) para una misma cantidad de deformación.

Los resultados de los estudios de la Universidad de Alaska indican que el

beneficio del refuerzo con geomallas TENSAR en una sección de pavimento, en

general, es el siguiente:

Para geomallas BX1100, el TBR es 02

Para geomallas BX1200, el TBR es 04.

Reportes de diseño con software Spectra Pave.

Los cálculos para determinar el tráfico permisible para la estructura de pavimento

dada sin refuerzo y con refuerzo de geomalla biaxial entre la base granular y la

subrasante estabilizada se realizó con el software SPECTRA PAVE 3 de

propiedad de Tensar International. Los mismos que se adjuntan a continuación:

DISEÑO SOFTWARE SPECTRA PAVE

REPORTE DE CÁLCULO DE ESPESORES DE PAVIMENTO CON REFUERZO DE GEOMALLAS BIAXIALES

8. CONCLUSIONES

La geomalla biaxial BX1100 para mejoramiento de subrasante en los

siguientes tramos:

- Av. 1º de Mayo, comprendido entre las progresivas 0+000 al

0+270.

- Av. Arequipa, comprendido entre las progresivas 0+000 al 0+290.

- Calle Auxiliar 2, comprendido entre las progresivas 0+000 al

0+080 y 0+180 al 0+256.

- Av. Los Insurgentes, comprendido entre las progresivas 0+000 al

0+060 y 0+180 al 0+280.

Será instalada directamente sobre la subrasante existente o de acuerdo a lo

expresado en los planos del proyecto, previa instalación de un geotextil no

tejido del tipo TDM GT 270P o similar como elemento separador y de filtro.

El pedraplén a considerar directamente sobre la geomalla BX1100 en las

zonas de depresiones estará compuesto por piedra de tamaño igual o mayor

a 4” en una primera capa de 50cm, luego una piedra igual o mayor a 2.5” en

una capa de 35cm y finalmente 15cm de afirmado de la cantera Yanamatec.

El material de relleno a considerar directamente sobre la geomalla BX1100 en las zonas de corte deberá ser granular, tener un espesor mínimo de

0.25m y presentar una granulometría y CBR equivalentes al material de la

cantera Yanamatec.

El tramo en la Av. 1º de Mayo entre las progresivas Km. 0+410 al Km. 0+715

no necesita mejoramiento de subrasante, solo se deberá excavar lo

necesario para conformar el pavimento reducido en espesores por el uso de

la geomalla BX1200.

La geomalla biaxial BX1100 para mejoramiento de subrasante en los

siguientes tramos:

- Av. 1º de Mayo, comprendido entre las progresivas 0+280 al

0+410.

- Calle Auxiliar 2, comprendido entre las progresivas 0+080 al

0+180.

- Av. Los Insurgentes, comprendido entre las progresivas 0+060 al

0+180.

Será instalada directamente sobre la subrasante existente o de acuerdo a lo

expresado en los planos del proyecto, previa instalación de un geotextil no

tejido del tipo TDM GT 270P como elemento separador y de filtro.

Se conformará un terraplén, inmediatamente después del “pedraplén”,

empleando material granular de la cantera Yanamatec (ver granulometría

recomendada en Cuadro Nº 02). Este terraplén estará reforzado lateralmente

con geomallas UX1500 y BX1100 espaciadas cada 0.50m, conforme se

muestra en la sección típica del anexo 2.0.

Antes de la instalación de la geomalla BX1200, para refuerzo de base

granular, deberá colocarse un geotextil no tejido del tipo TDM o similar GT 270P como elemento separador y de filtro.

La estructura reforzada de pavimento estará conformada por una geomalla

BX1200, 20.0cm de base granular, 15.5cm de base estabilizada con

emulsión asfáltica modificada y 3.0cm de micro pavimento. Esta estructura se

mantendrá a lo largo de todas las calles de diseño.

La base emulsionada deberá asegurar como mínimo un coeficiente

estructural de capa de 0.35 y podrá ser elaborada a partir de una emulsión de

rotura lenta CSS-1 o 1h.

El micro pavimento deberá ser elaborado con una emulsión modificada con

polímeros de rotura controlada CQS-1hp.

9. RECOMENDACIONES.

Se recomienda realizar la construcción de la vía por etapas, ejecutando

precargas (con tráfico real) a través de terraplenes reforzados con las

geomallas UX1500 y la plataforma de construcción con geomalla BX1100.

Esto con la finalidad de acelerar la consolidación del material y corregir

posibles asentamientos diferenciales antes de la colocación del pavimento

flexible.

En la I Etapa se consideran todas las Calles a Nivel de Subrasante Mejorada,

así como la colocación del Pavimento en la Av. 1º de Mayo entre las

progresivas Km. 0+410 al Km. 0+715, y la Av. Insurgentes en su totalidad

(Km. 0+000 al Km. 0+280).

En la II Etapa se considera la Pavimentación de las Calles restantes.

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