UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI

DISEÑO DE PAVIMENTOS POR

EL MÉTODO DE KANSAS

PROGRESOS HISTÓRICOS:

• Aunque el diseño del pavimento se ha desarrollado gradualmente de arte a ciencia, el espiritismo todavía desempeña un papel importante incluso hasta hoy. Antes de los años 20, el espesor del pavimento fue basado puramente en experiencia. El mismo espesor fue utilizado para una sección de carretera aun cuando que diversos suelos fueron encontrados extensamente. Como experiencia a través de los años varios métodos fueron desarrollados por diversas agencias para determinar el espesor del pavimento requerido. No es factible ni deseable documentar todos los métodos que se han utilizado hasta ahora. Solamente algunos métodos típicos serán citados para indicar la tendencia.

RESUMEN• El método de KANSAS se utiliza en el diseño de

pavimentos flexibles. Se basa en los resultados de ensayos triaxiales realizados en cada uno de los componentes de la estructura vial - subrasante, subbase, base y capa de rodadura.

• Las pruebas se realizan con muestras de suelo no alteradas, para lo cual, se deberá cortar en el subsuelo y compactar las muestras preparadas. Los valores de prueba resultante, que se expresan en módulos de deformación en libras por pulgada cuadrada, se insertan en una fórmula racional.

•El valor de resistencia de cada uno de los componentes individuales de la estructura vial se expresa en libras por pulgada, lo que es comparable a la tracción y resistencia a compresión de hormigón, acero y madera.

•Como sabemos, las principales fuerzas que actúan sobre el pavimento son: las cargas de las ruedas de tráfico, que puede predecirse con razonable exactitud.

Métodos de diseño del espesor de pavimentos flexibles en general, se tiene conocimiento de los siguientes:

• METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO DE LOS• ESTADOS UNIDOS DE NORTE AMERICA.• METODO C.B.R.• METODO DEL INDICE DE GRUPO.• METODO DE LA F.A.A.• METODO Mc. LEOD.• METODO DE KANSAS.• METODO DE HVEEN.• EXPERIMENTO VIAL A.A.S.H.O.

• Para realizar el diseño en el presente proyecto, se aplicará metodología del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de Norte América.

MÉTODO DE KANSASEste método, presentado originalmente en 1943 por Herbert e.

Worley, utiliza la prueba triaxial para diseño de pavimentos flexibles.

La prueba triaxial se recomienda ejecutarla con muestras cilíndricas saturadas, de 2.8 pulgadas de diámetro por 8 pulgadas de alto, o con muestras de 5” por 14” cuando el material es grueso, es decir, cuando tiene partículas mayores de 3/8 ”.

En este método, la prueba triaxial es empleada para determinar los módulos de deformación del material, basándose en la curva “esfuerzo-deformación”.

Al hacer la prueba, se recomienda que la carga lateral sea aplicada por medio de glicerina a presión. La aplicación de la carga vertical, debe hacerse a una velocidad de 0.005 pulgadas por minuto para las muestras pequeñas y de 0.01 pulgadas por minuto para las muestras grandes. La prueba se continua asta que se haya obtenido una deformación de 0.2”.

PRUEBA TRIAXIAL DE KANSAS

•Esta prueba se aplica por una máquina con cámara TRIAXIAL diseñada en este estado norteamericano es un método de diseño para los pavimentos en ese lugar.

• La prueba mide el módulo de deformación de los suelos, que se define como la pendiente de la curva “esfuerzo-deformación”; el espécimen utilizado en la cámara TRIAXIAL es de 10 cm de diámetro, reproduciéndose las condiciones de humedad 1

• El módulo de resiliencia en las metodologías de diseño actuales más desfavorables para la vida útil del pavimento. Para considerar correcciones se introduce un factor corrector, que es función de la precipitación pluvial de la zona en donde esté el proyecto

•El módulo de corrección se obtiene de una gráfica “esfuerzo desviador deformación”, y señalando en ésta el esfuerzo desviador que se supone actuará en el pavimento real; por tanto el módulo de deformación será la secante correspondiente a ese punto.

MODULO DE DEFORMACIÓN El modulo de deformación E del terreno de

fundación es obtenido de la respectiva curva “esfuerzo – deformación”. Las deformaciones son medidas mediante extensómetros dispuestos convenientemente.

Como el modulo de deformación varia para diferentes cargas laterales, se requiere ejecutar la prueba TRIAXIAL aplicando una presión lateral constante de 1.4 kg/cm^2 (20lb/plg^2 ).sin embargo, si se desea se puede ejecutar esta prueba bajo diferentes presiones laterales (se recomienda 10lb/plg^2 y 30lb/plg^2 ).en tal caso, se tomara el valor promedio de los módulos obtenidos.

INTENSIDAD DE TRANSITO

•La carga lateral máxima, en el estado de Kansas, asi como en la mayoría de los que integran los estados Unidos, es de 18.000 libras por eje. O sea de 9.000 lb por rueda. Generalmente esta cargada por rueda esta repartida sobre llantas dobles.

•Considerando la repetición de cargas como una función de la intensidad del transito, se han sugerido los siguientes coeficientes:

ÁREA DE CONTACTO

•El área de contacto de llanta, se supone circular e igual a:

Precipitación anual

 Uno de los factores que se toma en consideración, es la mayor o menor saturación del terreno de fundación a cauda de la precipitación anual del lugar. Con este fin, se han preparado los coeficientes de saturación que se indican a continuación, para diferentes precipitaciones anuales:

Calculo del espesor de un pavimento

• Una vez determinados los valores de ES , así como los coeficientes m y n, el calculo del espesor de un pavimento podrá hacerse por medio de la formula (I).

• La expresión que relaciona la carga por rueda, el área de contacto de llanta, los módulos de deformación del terreno de fundación, sub-base y capa de rodamiento y los coeficientes m y n, con el espesor del pavimento, es la siguiente:

Donde: T=espesor total del pavimento P=carga por rueda m=coeficiente de transiton=coeficiente de saturación S=deflexión máxima permisible (generalmente se toma 0.1”)Es =modulo de deformación del terreno de fundación o sub-

base Ep =modulo de deformación de la capa de rodamiento a=radio del área de contacto, supuesta circular.

•El valor de Ep podría determinarse directamente de la curva “esfuerzo-deformación”, ejecutando pruebas triaxiales con muestras de las mezclas bituminosas a emplearse ; pero generalmente , se toma para Ep el valor de 1,050kg/cm^2 (15,000lb/pulg.^2 ).

•Para los cálculos de los espesores de base se recomienda emplear la siguiente formula:

•Siendo:•tb=espesor de la base •tp=espesor de la capa de rodamiento •Ep=modulo de deformación de la capa de

rodamiento• Eb=modulo de deformación de la base

EjemploSe construye una carretera en un lugar donde la

precipitación anual es de 650mm, para un transito de 1,000 vehículos diarios y una carga por rueda de 4,000 kilogramos con un radio de área de contacto de 15cm2. Los módulos de deformación son los siguientes:

a)del material de fundación 120kg/cm^2 b)del material de la base 400 kg/cm^2 c)del material de la capa de rodamiento 1,050

kg/cm^2

la deformación permisible se supone de 0.1”, y el área cargada de 710cm^2 los coeficientes de transito y saturación serán:

• Si colocamos la mezcla bituminosa directamente encima de la sub-rasante, necesitaríamos una capa de rodamiento de 19 centimetros de espesor. Pero, como generalmente los espesores de las capas de rodamiento, para este tipo de carretera, varían entre dos a tres pulgadas, veamos que el espesor de la base granular necesitaríamos si colocamos, por ejemplo, una capa de rodamiento tp de 2.5” (6.4cm) de espesor:

El espesor tp de la base seria:

tb=(19.2-6.4)1.35=17.3cm

 El espesor total combinado seria:

17.3 + 6.4 =23.7cm En el gráfico de la figura IV-26 se indican

varias curvas para determinar T del pavimento, considerando una flexión máxima S=0.1” y para zona lluviosa (n=1.0).

GRACIAS