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Diseño de Tratamientos Superficiales

Curso: Ingeniería Vial

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I.- Método de diseño MORIN - TODOR Quien lo desarrollo? La “Agencia Internacional para

el Desarrollo de los Estados Unidos” , en1975, en conjunto con la Dirección de Vialidad de Brasil.

En que consistió? En el análisis del comportamiento de pavimentos

1. Comportamiento de una estructura 2. Las deflexiones que experimenta 3. La relación entre ellas y 4. La capacidad resistente de las diferentes capas que

conforman la estructura del pavimento.

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Morin - Todor Solo se hará referencia al diseño de pavimentos flexibles con

superficie de rodadura con Doble Tratamiento Superficial.- El aspecto mas importante radica en que los coeficientes

estructurales de las capas no sólo son función de las propiedades del material que las componen, si no que también de la posición relativa en que estas se encuentran dentro de la estructura.

Se considera como estructura total un e= 90 cm. La influencia de las cargas solicitantes mas debajo de los 90 cm. es muy pequeña.-

Transito máximo= 750.000 EE Vida Útil = entre 5 a 6 años.-

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Procedimiento: Tres Etapas Establecer el Índice Estructural (IE), que es función de los ejes

equivalentes que solicitaran el pavimento durante su vida útil y el coeficiente de variación adecuado para reflejar la variabilidad de la construcción.

En función del valor del CBR, determinado como representativo de la subrasante, se determina el espesor mínimo que debe darse a la suma de “e” de base y subbase.

Se determina el espesor de cada una de las capas de la estructura de manera que la suma de los productos de estos por los correspondientes coeficientes estructurales den el Índice Estructural requerido. Se consideran todas las capas que están hasta 90 cm., por debajo de la rasante, pero tendiendo en consideración que los coeficientes estructurales son validos solo dentro de los rangos de profundidades que se señalan.

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II.- Diseño Estructural Se basa en el Índice Estructural (IE) que

representa la capacidad del pavimento de resistir un determinado número de cargas.-

Para determinar el IE es necesario conocer el tránsito de diseño y un coeficiente de variación (CV) que cubre las posibles deficiencias en la construcción: variaciones en los espesores, grado de densificación de las capas, etc.

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Diseño ………….. Ecuación:1.- IE = a1 h1 + a2 h2 + ………… + an hn

2.- h1 + h2 + …… + hn = 90 cm. IE= Índice Estructural a1 , a2 , ….., an = Coef.. Estructural relacionado con el CBR. de la capa.- h1 , h2 ,, ….., hn = espesor de la capa

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III.- Parámetros de Diseño

Tránsito Coeficiente de Variación Coeficiente estructural de C/u de las capas y

su CBR: base, subbase y subrasante. CBR de diseño

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A) Tránsito

Es expresado en los ejes equivalentes de 8,16 TN, acumulados en la pista de diseño durante el periodo de vida útil asignado al pavimento. El cálculo del tránsito es idéntico al indicado en el método de diseño de pavimentos flexibles AASHTO.-

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B) Coeficiente de Variación (CV) Razón entre la desviación

estándar y el promedio. Se determina analizando las

deflexiones reales que se producen en los caminos y que son un reflejo en la variación de la calidad del diseño y uniformidad de la construcción. Esto, de acuerdo a las características de los materiales, maquinarias, inspección, etc. se utilizan los siguientes valores:

Calidad y Uniformidad de la construcción

Valor de CV (%)

Muy alta 15

Alta 15 a 25

Recomendación del Manual

25

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C) Coeficientes estructurales Varían en función de la calidad de los

materiales de cada una de las capas que conforman la estructura total; base – subbase y suelo de fundación.-

El espesor del DTS no se considera, ya que el no aporta valor estructural al diseño

Valores según tabla 3.604.303.A.-

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D.- CBR de diseño Se caracterizan las propiedades de los suelos de la

subrasante mediante el ensaye CBR. Prospección en base a calicatas. El CBR

representativo de cada calicata corresponde al estrato mas débil comprendido hasta 90 cm. desde la rasante.

Se debe disponer del perfil longitudinal del proyecto. Antes de establecer el CBR de diseño, el camino

deberá dividirse en tramos homogéneos en cuanto a las características de los suelos. (CV menor a 50%).

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CBR de diseño El CBR de diseño es un valor tal que se cumple que

el 90% de todos los valores de la serie son iguales o superiores a él (percentil 90%).

Se recomienda evitar dejar hasta 90 cm. por debajo de la rasante, suelos de baja capacidad de soporte (CBR menor a 3%).

Nunca colocar materiales de base o subbase directamente sobre suelos de baja capacidad soporte, se recomienda mantener entre los CBR de capas sucesivas una relación que no supere 1 a 4 .

Calculo del percentilCBR Nº casos CBR>Nº casos %percentil

4,3 1 20 100

4,4 1 19 95

5,9 1 18 90

6,5 1 17 85

7 3 16 80

8 1 13 65

11,4 1 12 60

12 3 11 55

15 5 8 40

19 1 3 15

23 1 2 10

24,1 1 1 5

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E) Características Estructurales de las Capas.-

Base Granular:_ Se refiere al material hasta una profundidad de 25 cm.

Las características estructurales de la base queda definida por el volumen de ejes equivalentes.-

(Recomendación)

CBR de la Base Máx.. Nº de EE

100 1.000.000

90 700.000

85 600.000

80 500.000

75 400.000

70 300.000

60 200.000

50 100.000

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Características ……………… Esta relación limita el uso del DTS a un máx.

de 750.000 de ejes equivalentes, para un valor mayor se debe sustituir el DTS por una carpeta asfáltica.-

La capacidad de soporte mínima para la base es CBR = 50%

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Características Estructurales …….. Subbase Granular.-

Se refiere al material que se sitúa entre los 25 a 50 cm. de la estructura total.- CBR mínimo exigido es 25%.-

Capa de Subrasante.-

Se refiere al material que se sitúa entre los 50 cm. y 90 cm. De la estructura total.- El CBR mínimo exigido es 2%.-

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Ejemplo 1

Base CBR 80%

Subbase CBR 30%

Subrasante CBR 20%

20 cm.

20 cm.

50 cm.

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IE por capa (Ej.) IE Base 0 – 25 20 * 1,102 + 5 * 0,0 = 22,04 IE Subbase 25-50 (20-5)*0,205 + 10*0 = 3,075

IE Subrasante 50-90 40 * 0,481 = 19,24 _____ Total IE 44,355 cm.

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IV.- Procedimiento de Calculo1.- Calculo del Índice Estructural Con los parámetros de tránsito expresados en ejes

equivalentes a 8,16 ton., en ambas direcciones y el coeficiente de variación CV, se determina el IE.-

Ecuación 3.604.302(3).1: 9,56

IE= 1024* Cv0,354 ( ------------ - 1 ) 11,49 – log EE

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Procedimiento de Calculo2.- Espesores mínimos.-

Para garantizar que cada capa pueda aceptar, sin deteriorarse las solicitaciones previstas, debe garantizarse un “e” mínimo de capas no tratadas. Este espesor mínimo es función del CBR y se puede expresar con la siguiente relación:

e mín. (mm) = 592 – 308 Log (CBR)

(ec. 3.604.304(2).1)

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CBR Subrasante Espesores Aproximados (cm.)

Base Subbase

5 -10 20 20

10 – 16 15 25

16 - 25 15 20

25 – 40 15 15

> 40 15 0

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Procedimiento de Cálculo3.- Verificación de Espesores.-

Consiste en verificar que los espesores adoptados en el punto anterior para cada capa satisfagan el Índice Estructural requerido.-

Este proceso es iterativo.-

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Ejemplo de Diseño Parámetros de Diseño

- Tráfico Solicitante : 420.000 EE a 8,16 Tn.

en pista de diseño.

- Coeficiente de Variación : 25 %

- Capacidad de Soporte de

la subrasante : CBR 7%

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Ejemplo ………1.- Cálculo del IE

De formula para T = 420.000 y CV = 25% se tiene IE = 396 mm

2.- Espesores de Capa

- Espesor mínimo sobre la subrasante (base y subbase) = 332 mm para CBR 7%

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Ejemplo …………. Se asumen los siguientes espesores:

- Base = 20 cm.

- Subbase = 20 cm.

-----------------

40 > 33 cm.

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Ejemplo …………3) Verificación Espesores

IE Base = 20* coef. CBR 90% + 5 * coef. CBR 40%

= 20* 1,394 + 5 * 0,383 = 29,8

IE Subbase = 15 * coef. CBR 40% + 10* coef CBR 7%

15 * 0,576 + 10*0,0 = 8,64

IE Subrasante = 40 * coef. CBR 7%

40 * 0,084 = 3,36

41,8 > 39,6