NORMA CUBANANC XX:2002 (

CARRETERAS. PAVIMENTOS FLEXIBLES. MTODO DE CALCULO

Highways. Flexible pavements. Design method.

Descriptores:

1. Edicin

2003

ICS:

REPRODUCCION PROHIBIDA

NC XX: 2002

NC

Oficina Nacional de Normalizacin (NC) Calle E No. 261 Vedado, Ciudad de La Habana. Telf.: 30-0835 Fax: (537) 33-8048 E-mail: ncnorma@ceniai.inf.cu

II

NCPrefacio

NC XX:2002

La Oficina Nacional de Normalizacin (NC), es el Organismo Nacional de Normalizacin de la Repblica de Cuba que representa al pas ante las organizaciones internacionales y regionales de normalizacin. La elaboracin de las Normas Cubanas se realiza generalmente a travs de los Comits Tcnicos de Normalizacin. La aprobacin de las Normas Cubanas es competencia de la Oficina Nacional de Normalizacin y se basa en las evidencias de consenso. Esta Norma ha sido elaborada por NC/CTN # 21 de carretera en la que se encuentran representadas las siguientes entidades:

Ministerio de la Construccin. Ministerio del Transporte. Ministerio de Educacin Superior. Ministerio de las Fuerzas Armadas Revolucionarias. Poder Popular de Ciudad de la Habana. Oficina Nacional de Normalizacin.

Esta norma esta basada en los principios del mtodo de clculo del Instituto del Asfalto. Se calcula el espesor total a partir de una ecuacin de comportamiento, para una carga de 100kN, obtenida en las condiciones del clima de Cuba, haciendo especial nfasis en los factores que mayor influencia tienen en el proceso de diseo en pases de clima tropical. La ecuacin de comportamiento, los coeficientes de equivalencia y espesores mnimos han sido validados mediante procedimientos de clculo analtico. La Norma establece un procedimiento para el proyecto de pavimentos flexibles y semirgidos, con las caractersticas del trnsito, as como la humedad y temperatura de los suelos y el hormign asfltico, en las condiciones de explotacin del clima de la Republica de Cuba. Mediante coeficientes de equivalencia de espesores, se conforma la estructura, sustituyendo cada parte del espesor total con otros materiales de superficie, base y subbase. Puede ser utilizada para el proyecto de obras nuevas de pavimentacin de carreteras y calles, comprendiendo una amplia gama de condiciones de trnsito.

NC, 2002 Todos los derechos reservados, a menos que se especifique, ninguna parte de esta publicacin podr ser reproducida o utilizada por alguna forma o medios electrnicos o mecnicos, incluyendo las fotocopias o microfilmes, sin el permiso previo escrito de la Oficina Nacional de Normalizacin (NC). Calle E No. 261 Ciudad de La Habana, Habana 3. Cuba. Impreso en Cuba

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ndiceObjeto Referencias normativas Trminos y definiciones Parmetros climticos para el diseo. Desarrollo del mtodo 5.1. Trfico de diseo. 5.1.1. Periodo de diseo. 5.1.2. Estimacin de la Intensidad Diaria de Vehculos pesados. 5.1.3. Distribucin de cargas por eje de trnsito. 5.1.3.1. Carga de clculo. Factor de equivalencia caracterstica. Factor camin-eje. Determinacin del trfico de diseo. 5.2. Resistencia de clculo para la subrasante. Con ensayos de laboratorio. Sin ensayos de laboratorio. 5.3. Estructura del pavimento. Materiales de bases y subbases. Coeficientes de equivalencia de espesores. Espesores mnimos de HA para superficie. 6. Bibliografa 1. 2. 3. 4. 5.

de

cargas.

Carga

5.1.3.2.

AnexosAnexo 1. Anexo 2. Anexo 3. Anexo 4. Anexo 5. Mtodo indirecto para la determinacin de las cargas del trfico. Procedimiento estadstico para la obtencin de la carga caracterstica del flujo de vehculos pesados. Ejemplo de determinacin del Factor camin-eje. Procedimiento estadstico para determinar el CBR de diseo de un tramo. Ejemplo de clculo de una estructura de pavimento.

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CARRETERAS. PAVIMENTOS FLEXIBLES. MTODO DE CLCULO1. ObjetoLa evolucin del estado del pavimento con el paso de las cargas de trnsito puede ser descrito a travs de una ecuacin de comportamiento, obtenida experimentalmente, para una carga de 100kN y adecuada para las condiciones climticas del pas. Dicha ecuacin constituye la base de clculo de esta norma y define la resistencia que debe tener el pavimento al final del periodo de diseo, para lograr que este pueda resistir el nmero de aplicaciones de diseo, equivalentes a la carga de clculo. La norma establece la forma de obtener los factores que intervienen en el diseo de una estructura de pavimento flexible o semirrgida de carreteras, as como el mtodo para calcular los espesores de las capas componentes. Se explica como calcular el trfico de diseo, a partir de recuentos en una va de caractersticas similares, o en su defecto, se recomiendan parmetros que permiten estimarlo. Tambin se explica como obtener el CBR de diseo para los suelos de la subrasante, considerando una humedad de clculo prefijada por el proyectista. El mtodo consiste en obtener un espesor total equivalente a una base granular de 500Mpa, mediante una expresin deducida de la ecuacin de comportamiento, utilizando el trfico de diseo y la resistencia de la subrasante. Con ayuda de los coeficientes de equivalencia de espesores, se conforma la estructura definitiva, sustituyendo cada parte del espesor total con otros materiales de superficie, base y subbase. Se incluye adems, en un anexo, la sntesis de un mtodo usado en el pas para fundamentar los parmetros de trnsito para el diseo: Mtodo indirecto para la determinacin de las cargas del trnsito. Este procedimiento es til en los estudios de cargas, en ausencia de equipos para el pesaje de los vehculos y ha sido utilizado para fundamentar los parmetros de trnsito que aqu se proponen.

2. Referencias normativasNC-54-150/83 NC-54-139/78 NC-54-139/86 NC-54-157/02 NC-54-148/83 Materiales y productos de Construccin. Determinacin del ndice de CBR en el laboratorio. Materiales y productos de Construccin. Suelos. Limite lquido y limite plstico. Mtodo de ensayo. Materiales y productos de Construccin. Suelos. Determinacin de la humedad in situ. Geotcnia. Determinacin del ndice de CBR in situ. Geotcnia. Ensayo Proctor Standard.

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NC 3. Trminos y definicionesPara mayor comprensin de esta norma, se definen los siguientes trminos:

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1. Carga caracterstica (Pc): Se define como la carga por eje simple, sobre ruedas duales, querepresenta las mayores cargas por eje que circulan por una va, para un nivel de probabilidad del 95%.

2. Carga de clculo (Pd): Carga esttica con la cual se han calculado las tensiones y deformacionesen la estructura, por tanto, para calcular el nmero de ejes de diseo, las cargas por eje de diferentes tipos y magnitudes sern reducidos a este valor. Para la red vial de Cuba, la carga de clculo en cualquier tipo de va, se ha fijado en 100kN.

3. Carril de diseo: Es el carril por donde circula la mayor cantidad de vehculos pesados. Es el quese utiliza para el diseo de la estructura del pavimento. Para calles y carreteras de dos carriles, el carril de diseo es cualquiera de ellos. En carreteras o calles de ms de dos carriles, el carril de diseo es el carril exterior.

4. Coeficientes de equivalencia de espesores: Factores que permiten transformar los espesores desuperficie, base y sbase a cualquier otro material tomando como referencia la piedra triturada limpia y bien graduada de origen gneo (CBR entre 80 y 100%).

5. Ecuacin de comportamiento: Es una expresin matemtica que relaciona la deflexin exigidaen la superficie del pavimento al final del periodo de diseo, con el nmero de ejes de clculo que circularn durante este tiempo.

6. Emplazamiento en excavacin: Aquellos lugares donde la posicin de la rasante de la va seencuentre por debajo del terreno natural o zonas llanas donde la diferencia de cotas entre el borde del pavimento y el terreno natural sea menor de un metro y exista posibilidad de estancamiento temporal de agua pluvial a los lados de la va.

7. Emplazamiento en terrapln: Aquellos lugares donde la posicin de la rasante de la va en elexterior del pavimento se encuentre a una altura igual o mayor que un metro por encima del terreno natural o aquellos lugares con terraplenes menores donde la pendiente natural del terreno circundante favorezca la evacuacin de las agua pluviales.

8. Estructura del pavimento: Conjunto de capas que conforman el pavimento, dispuestas en ordencreciente de calidad hacia la superficie, denominadas subbase, base y superficie.

9. Factor camin-eje (fCE): Representa el nmero de aplicaciones de ejes simples equivalentes de100kN, que como promedio circulan por cada vehculo pesado en el flujo.

10. Factor de equivalencia de cargas: Factor para llevar las repeticiones de una carga simplecualquiera a repeticiones de la carga de clculo.

11. Humedad de clculo: Contenido de humedad ms desfavorable para el trabajo de la subrasante.Humedad de los suelos en el periodo de clculo, que se emplea para determinar su resistencia segn el tipo de emplazamiento: terrapln o excavacin.

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NC XX: 2002En excavaciones estar en el orden del 90-95% de la humedad ptima del ensayo estndar. En terrapln ser igual al 85% de la humedad ptima del ensayo estndar. En zonas en excavacin donde exista influencia del manto fretico se tomaran valores de resistencia en muestras saturadas, para lo cual se sometern las probetas a 4 das de inmersin, despus de compactadas. Para las capas de suelos seleccionados dentro de la estructura del pavimento, se considera una humedad de clculo igual al 85% de la ptima del estndar. Para las subbases colocadas bajo bases permeables, se tomaran valores de resistencia en muestras saturadas, sometiendo las probetas a 4 das de inmersin, despus de compactadas.

12. Humedad de diseo: La menor humedad dentro del rango de humedades ptimas del ensayoProctor Modificado, que caracteriza las condiciones mas desfavorables en la cada de resistencia de los suelos, al incrementarse su contenido de humedad hasta valores de clculo.

13. Intensidad Diaria de Camiones (ICD0): Es el volumen de camiones en el ao inicial y por el carrilde diseo, en el sentido ms cargado, esperado como promedio diario, durante el primer ao de puesta en explotacin de la carretera.

14. Perodo de clculo: Es la poca del ao ms desfavorable para el trabajo de los pavimentosflexibles, donde ocurren las mayores precipitaciones y las temperaturas mas elevadas, por tanto se alcanzan las mayores humedades de los suelos y temperaturas en la superficie del pavimento. En Cuba se considera como de mayo a octubre.

15. Perodo de diseo: Periodo de tiempo medido en aos para el cual se disea la estructura.Intervalo de tiempo comprendido entre la terminacin de la pavimentacin y el momento en que la va requerir un refuerzo debido al agotamiento de su capacidad estructural.

16. Porcentaje de vehculos pesados (PVP): Es la proporcin de vehculos pesados respecto al totalen el flujo, expresado en %.

17. Porcentaje de vehculos pesados en el carril de diseo (PVP): Es la proporcin de vehculospesados que circularan por el carril de diseo, respecto al total de vehculos pesados en el sentido ms cargado, expresado en %.

18. Promedio Anual de Intensidad Diaria de Transito (PAIDT): Es el nmero de vehculos quecirculan por da en una seccin de la va como promedio anual.

19. Rango de humedad ptima: Valores de humedades del ensayo Proctor Modificado para el cuallas densidades asociadas a ellas son iguales o mayores a la densidad mnima exigida en el proyecto.

20. Razn de crecimiento del trnsito (r): Representa el incremento anual, tomando como base eltrnsito del ao anterior y se expresa en tanto por uno.

21. Resistencia de clculo para la subrasante: Es el valor de resistencia de diseo adoptado para lasubrasante, que se obtiene con la humedad de clculo a partir de los resultados del ensayo de densidad-resistencia.

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22. Subrasante: Nivel de interfase pavimento-terrapln o cota del fondo de la excavacin. Es elsuelo portante inmediatamente debajo del pavimento que le sirve de cimentacin y que puede influir por su profundidad y resistencia, en el comportamiento del pavimento. La subrasante puede ser natural o compactada.

23. Temperatura de clculo: Es la temperatura representativa de los mximos valores esperados,para una probabilidad del 95%. En Cuba este valor se ha estimado en 50oC.

24. Trfico de diseo: Nmero de ejes equivalentes a 100kN que se prev para el carril de diseo,durante el perodo de diseo.

25. Transito inicial: Volumen total de trnsito diario, en ambos sentidos de circulacin, que se esperaque circulen como promedio, durante el primer ao de puesta en explotacin de la va objeto del diseo. Se designa como PAIDT0 (Promedio Anual de Intensidad Diaria de Diseo en el ao inicial)

26. Vehculo ligero: Es todo medio de transporte de carga o pasajeros, que por la magnitud de lacarga por rueda aplicada sobre la superficie no tiene influencia apreciable en el clculo del pavimento. Son vehculos ligeros los autos, jeep, paneles, pick/up y los ciclos.

27. Vehculo pesado: Es todo medio de transporte de carga o pasajeros, que por la magnitud de lacarga por rueda aplicada sobre la superficie se tiene en cuenta en el clculo del pavimento. Dentro de esta clasificacin se encuentran los mnibus y camiones de 4 ruedas o ms, cuas tractoras con semi-remolques y los remolques, los que tienen acoplados neumticos de camin y una masa total cargada de 40kN o mayor.

4. Parmetros climticos para el diseoLas resistencias de clculo, en los suelos y mezclas asflticas, se definen dentro del perodo de clculo, de mayo a octubre, donde son ms elevadas las temperaturas del hormign asfltico y se esperan las mayores precipitaciones y humedades de los suelos de la explanacin y de las capas no aglomerantes del pavimento. La temperatura de clculo del pavimento es de 50C, definida como un valor representativo de los mximos valores esperados, para una probabilidad del 95%. La humedad de clculo considerada para los suelos de la subrasante es funcin del tipo de emplazamiento. En los terraplenes la humedad de clculo ser igual al 85% de la humedad ptima del ensayo estndar, mientras que para las excavaciones puede ser entre 90-95% de dicha humedad. Cuando en las excavaciones exista influencia del manto fretico, deben tomarse los valores de resistencia en muestras saturadas, sometidas a 4 das de inmersin. Pueden ser consideradas como las profundidades del manto fretico, por debajo de la subrasante, a partir de la cual este no influye en la saturacin de las capas superiores, las de la tabla 1, a partir del tipo de suelo.

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Tabla 1. Profundidad del Manto Fretico para no considerar saturacin Tipo de suelo de subrasante Arenas Arcillas arenosas Arcillas limosas ndice de Plasticidad NP < 10 % 20 - 30 Profundidad del MF desde la subrasante (m) > 1,0 1,5 - 2,5 > 2,5

Para las capas de bases y subbases de materiales no aglomerados, la humedad de clculo ser igual al 85% de la ptima del estndar, excepto en sub-bases colocadas bajo bases permeables, en cuyo caso ser la correspondiente a 4 das de inmersin.

5. Desarrollo del mtodo 5.1 Trfico de diseoLas cargas impuestas por los vehculos ligeros no provocan en el pavimento un estado tensional de magnitud tal que genere el deterioro de la estructura, por tanto para los propsitos de diseo los vehculos ligeros pueden ser ignorados y solo se consideran los efectos de los vehculos pesados. El trfico se expresa en forma del nmero total de cargas por ejes que se espera circularn sobre el carril de diseo durante el periodo de diseo. Por la diversidad de magnitud y configuraciones de las cargas por eje, estos deben ser reducidos a aplicaciones equivalentes de la carga de clculo, igual a 100kN. Para determinar el trfico de diseo se procede como sigue: a) Obtener los parmetros de trnsito mediante aforos, en una va de similares caractersticas: la distribucin por sentido de circulacin (k), la proporcin de vehculos pesados respecto al total (PVP) y la proporcin de vehculos pesados en el carril de diseo (PCD). En ausencia de aforos se emplean los parmetros recomendados en la norma. b) Estimar el trnsito inicial, PAIDT0, que se producir en la va durante el primer ao de servicio. c) Calcular la Intensidad Diaria de Vehculos pesados, por el carril de diseo, durante el primer ao de puesta en servicio de la va. d) Determinar la razn de crecimiento del trnsito, a partir de observaciones peridicas en la red o por estimaciones del crecimiento del Producto Social Global. e) Obtener mediante recuento clasificado del trnsito, el factor camin-eje (fCE). En ausencia de recuentos de cargas, utilizar los valores recomendados en la norma. f) Obtener el nmero de ejes equivalentes de clculo (N), que circularn durante el periodo de diseo. 5.1.1. Periodo de diseo. En general se establece el perodo de diseo en 20 aos, salvo en vas urbanas, donde para las arterias principales y secundarias, as como en calles y avenidas colectoras, puede extenderse hasta 30 aos. En las vas rurales se recomienda la construccin por etapas. En este caso, se colocan los espesores de base y subbase que exige un periodo de diseo de 20 aos y se limita el espesor de superficie asfltica, en una primera etapa, para un perodo de clculo de 10 aos.

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NC5.1.2. Estimacin de la Intensidad Diaria de Vehculos pesados.

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La Intensidad Diaria de Vehculos pesados en el carril de diseo, durante el primer ao de servicio, puede ser obtenida mediante la expresin siguiente:

ICD 0 = PAIDT 0 *

PVP PCD * *k 100 100

El trnsito inicial, PAIDT0, se estima a partir de los estudios para construir la va o sobre la base del uso potencial de la tierra u otros factores. La composicin y distribucin del flujo en la seccin transversal est dada por los siguientes parmetros: k: Distribucin por sentido de circulacin. PVP: Proporcin de vehculos pesados respecto al total (%). PCD: Proporcin de vehculos pesados en el carril de diseo (%).

El coeficiente k tiene en cuenta la distribucin del trfico total por sentido de circulacin, generalmente el valor puede ser asumido como 0,5 (trfico balanceado). El proyectista debe tener en cuenta otras circunstancias, donde pueden presentarse ms vehculos pesados en un sentido que en otro y utilizar un valor de k en consecuencia. Los parmetros PVP y PCD se obtienen mediante recuentos, en una va de similares caractersticas. En ausencia de datos ms precisos, pueden utilizarse los valores que se muestran en la tabla 2. Los factores, propuestos para cada categora de va, son el resultado de conteos clasificados, realizados durante varios aos, en arterias urbanas, autopistas, y en varias vas rurales, mediante el Mtodo indirecto de determinacin de las cargas del trafico (Anexo 1). Tabla 2. Composicin tpica del trnsito para diferentes tipos de vas.PORCENTAJE DE VEHICULOS PESADOS

TIPO DE VACon limitacin de camiones, sin excluir mnibus. Sin limitacin a la circulacin de camiones Dentro del casco urbano En accesos a la ciudad.

EN LA CORRIENTE VEHICULAR (PVP) 30 40

EN EL CARRIL DE DISEO (PCD)

CALLES Y AVENIDAS COLECTORAS ARTERIAS PRINCIPALES Y SECUNDARIAS

55 65 45 50 40 50 50 60 60 65 60 - 70 Principales (80 85) Secundarias (70-80) 2 carriles 100 4 carriles (70 85) 6 ms (50 70)

ARTERIAS Y OTRAS CARRETERAS EN REAS SUBURBANAS. CARRETERAS RURALES DE CATEGORAS I, II Y AUTOPISTAS.

Nota 1: En las vas urbanas, en todos los casos, se refiere a vas de cuatro carriles de circulacin.

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NC5.1.3. Distribucin de cargas por eje de trnsito.

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5.1.3.1. Carga de clculo. Factor de equivalencia de cargas. Carga caracterstica. Para la red vial de Cuba, la carga de clculo en cualquier tipo de va, se ha fijado en 100kN, por tanto, para calcular el nmero de ejes de diseo, las cargas por eje de diferentes tipos y magnitudes sern reducidas a este valor. Para calcular el factor de equivalencia entre las cargas de diferentes pesos y tipos se utiliza el modelo matemtico derivado de la prueba de la AASHO, de manera que la relacin entre una carga simple cualquiera (P) y otra carga simple de referencia (PC =100 kN), se determina como:Tabla No. 3. Valores del coeficiente a CONFIGURACION Ruedas simples Ruedas duales SIMPLE 1,3 1,0 TANDEM 0,74 0,57 TRIPLE 0,59 0,45

a * P Fe = PC

b

El coeficiente a combina las influencias del tipo de rueda y de la configuracin de los ejes. El exponente b es funcin del tipo de estructura, siendo en flexibles igual a 4, mientras que en estructuras tipo semirrgidas es igual a 8. La carga caracterstica del flujo de vehculos pesados representa las mayores cargas por ejes en el espectro real de cargas de la va y puede ser diferente a la carga de clculo. Esta carga puede ser obtenida mediante estudios de trfico (Anexo 1) y procesamiento estadstico (Anexo 2). 5.1.3.2. Factor camin-eje.

El factor camin-eje permite convertir los vehculos pesados en repeticiones de cargas por eje de 100kN. Se obtiene de una muestra representativa de los vehculos pesados en el flujo, calculando el nmero de repeticiones equivalentes de cada escaln de carga, al multiplicar las repeticiones observadas por el factor de equivalencia correspondiente (segn 5.1.2.1.) para cada tipo de ruedas y configuracin de los ejes (ejemplo en Anexo 3). El factor camin-eje se determina como la suma total de ejes equivalentes de clculo, de 100kN, divididos entre el nmero total de camiones en la muestra. En la tabla 4 se muestran los factores propuestos, que pueden ser usados en ausencia de recuento de cargas, para estructuras tipo flexibles y semirgidas.

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NC XX: 2002Tabla 4. Factor camin-eje de acuerdo al tipo de estructura (fCE) TIPO DE VAFACTOR CAMION-EJE FLEXIBLES 0,30 - 0,35 0,35 - 0,40 0,25 - 0,30 0,30 - 0,35 0,35 - 0,40 0,70 - 1,00 0,55 - 0,70 SEMIRIGIDAS 0,15 - 0,23 0,23 - 0,30 0,11 - 0,19 0,15 - 0,23 0,23 - 0,30 0,55 - 0,80 0,40 - 0,55

CALLES Y AVENIDAS COLECTORAS ARTERIAS PRINCIPALES Y SECUNDARIAS

Con limitacin de camiones, sin excluir mnibus. Sin limitacin a la circulacin de camiones Dentro del casco urbano En accesos a la ciudad.

ARTERIAS Y OTRAS CARRETERAS EN REAS SUBURBANAS. AUTOPISTAS Y CARRETERAS CARRETERAS DE CATEGORIA I RURALES DE CATEGORAS I, II Y OTRAS VAS RURALES

5.1.4. Determinacin del trfico de diseo. El trfico de diseo hasta el ao n, se determina como:

N

n

= 3 6 5 I C D * K r *fC E * 0

Donde: fCE: Factor camineje. n: Perodo de diseo. Kr: Factor que toma en cuenta el incremento del trnsito hasta el ao n, se calcula como: (1 + r ) n 1 Kr = ln(1 + r ) Donde: r: Razn anual de crecimiento de trnsito, para los vehculos pesados. Su obtencin exige el estudio de las tendencias de crecimiento en la red. Como aproximacin, puede utilizarse el incremento anual del Producto Social Global. Se recomienda, para los casos de que no se disponga de informacin ms precisa, una razn de crecimiento entre 0,03 y 0,04. Se definen 3 tipos de trfico de proyecto, de acuerdo al valor de N: ligero, medio y pesado, los que se subdividen en 7 categoras, que son mostradas en la tabla 5.

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NC Tabla No. 5. Trficos de diseoSIMBOLO T11 T12 T23 T24 T25 T36 T37 TIPO Pesado Medio Ligero CATEGORIA Muy pesado Pesado Medio pesado Medio Medio ligero Ligero Muy ligero

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Nmero de ejes acumulados (N) 2,0 x 106 1,0 x 106 2,0 x 106 5,1 x 105 1,0 x 106 2,6 x 105 5,1 x 105 1,3 x 105 2,6 x 105 6,4 x 104 1,3 x 105 6,4 x 104

5.2 Resistencia de clculo para la subrasante.5.2.1. Con ensayos de laboratorio. Se procede de la siguiente forma: a. Tramificar el trazado en funcin del tipo de emplazamiento y otras caractersticas fsicas. La va, objeto del proyecto, se divide en tramos, en los cuales se mantiene fijo el tipo de emplazamiento (excavacin o terrapln), adems de otros factores de diseo, es decir, el trfico de proyecto, las caractersticas del terreno natural, los materiales disponibles o las caractersticas geomtricas. b. Definir las humedades de clculo en cada tramo del proyecto. Las humedades de clculo condicionan la resistencia, que ha de tener la subrasante para el diseo del espesor (CBR de diseo). Existen cambios de humedad en los suelos de las explanaciones durante todo un ciclo climtico anual, que llegan a estabilizarse en el tiempo, dentro de un determinado rango, denominndose a estas humedades, de equilibrio. Las humedades de equilibrio ms desfavorables dentro del periodo de diseo de la va (humedades de clculo), dependen entre otros aspectos, del tipo de emplazamiento de la subrasante, caractersticas de los suelos, condiciones topogrficas, hidrogrficas, etc. Las humedades de clculo propuestas segn tipo de emplazamiento, se definen en "trminos y definiciones". c. Definir en cada tramo la humedad de diseo. En cada tramo se determina la humedad de diseo, en el grfico de densidad y humedad del Proctor Modificado, a partir del grado de saturacin segn el tipo de suelo (tabla 6), dentro del rango en el cual se garantiza la densidad mnima. Tabla 6. Grado de saturacin para la humedad de diseo TIPO DE SUELO % SATURACION SUELOS GRANULARES 85 SUELOS COHESIVOS 80

d.

Obtener la resistencia de diseo en laboratorio, modelando las condiciones ms desfavorables de los suelos.

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Se preparan en el laboratorio un cierto nmero de probetas en moldes de CBR, con la energa del Modificado, compactadas con la humedad de diseo, y se ponen en inmersin. Cada 24 horas se obtienen los incrementos de humedades y las resistencias a CBR, hasta 4 das de inmersin. Se construye un grfico que relacione el contenido de humedad absorbida con la resistencia a CBR, y entrando en ese grfico con la humedad de clculo, se determina la resistencia de diseo. El valor de CBR de diseo obtenido, define la categora de subrasante como se muestra en la tabla 5. 5.2.2. Sin ensayos de laboratorio. En ausencia de ensayos de resistencia, puede inferirse la categora que ha de tener la subrasante compactada, considerando las caractersticas del suelo con el cual se construir, segn los criterios de la tabla 7. Tabla 7. Categoras de subrasanteCLASIFICACION DE SUBRASANTE Suelo Aceptable CARACTERSTICAS Menos del 35% pasa el tamiz No. 200 LL < 30% 30 < LL 40 e IP 0,73(LL-20) M.O. < 2% Hinchamiento < 2% Suelos no adecuados, mejorados con cal o cemento. > 2% de cal o cemento Pasa el tamiz No. 200 < 25% Tamiz No. 20 > 70% Tamiz No. 2 < 80% LL < 30% M.O. < 1% Hinchamiento < 2% Suelos aceptables, mejorados con cal o cemento. > 4% de cemento Pasa el tamiz No. 200 < 20% Tamiz No. 20 > 70% Tamiz No. 2 < 75% LL < 30% M.O. < 1% Hinchamiento < 1% RESISTENCIA

SUBRASANTE ACEPTABLE (SA)

CBR 5%

Suelo-cal o suelo-cemento

CBR 5% a los 7 das

Suelo adecuado SUBRASANTE MEDIA (SM) Suelo-cemento

CBR 10%

CBR 10% a los 7 das 1,5MPa

SUBRASANTE BUENA (SB)

Suelo seleccionado

CBR 15%

En cada tramo se garantizar la categora de subrasante que corresponde al trfico de proyecto, es decir, un trfico ligero debe colocarse sobre una subrasante aceptable (SA), un trfico medio sobre la subrasante media (SM) y un trfico pesado sobre la subrasante buena (SB). Estas consideraciones son importantes para garantizar que en las estructuras se cumplan los coeficientes de equivalencia de espesores, en caso contrario, seria necesario revisar la estructura por clculos analticos.

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En los tramos en terrapln, se seleccionarn los suelos que satisfagan las exigencias de la subrasante, correspondientes al trfico de proyecto, mientras que en las excavaciones, si el suelo del lugar no satisface estas exigencias debe colocarse un material de prstamo que las rena o estabilizarse mediante medios mecnicos, o empleando cal o cemento. Las densidades mnimas exigidas para los terraplenes son las mostradas en la tabla 8.

Tabla 8. Densidades mnimas exigidasSUELOS EN LA SUBRASAN TE TIPO DE TRFICO Ligero Medio Pesado PROFUNDIDAD 0 a 0,30 0,30 a 0,50 ms de 0,50 SUELOS GRANULARES > 100% de la Mxima del Proctor Modificado > 95 de la Mxima del Proctor Modificado SUELOS COHESIVOS DE GRANO FINO > 100% de la Mxima del Proctor Standard > 95% de la Mxima del Proctor Standard

RESTO DEL TERRAPLN (CIMIENTO Y NCLEO)

Cuando sea posible la determinacin del ensayo de CBR in situ, se determinar en cada tramo el valor caracterstico de diseo, mediante procedimientos estadsticos y ajustados a las condiciones de humedad de clculo. El procedimiento de obtencin del CBR de diseo se muestra en el Anexo 4.

5.3 Estructura del pavimento.Se procede de la siguiente forma: 1. Se obtiene el espesor total equivalente del pavimento (T), con el nomograma de la figura expresado en base granular equivalente de 500Mpa, a partir del trfico de proyecto y resistencia de la subrasante. La figura 1 relaciona el nmero de ejes de clculo que admite estructura con el espesor equivalente necesario, para diferentes valores de CBR de subrasante. 2.3.

1, la la la

Seleccionar los espesores mnimos a colocar, para la superficie y la base, de acuerdo al tipo de trfico y resistencia de subrasante. Determinar la estructura de pavimento. Del espesor total equivalente, obtenido del grfico de diseo, se toman los espesores mnimos de superficie y base, y se calcula el espesor de subbase como la diferencia entre el total y dichos espesores, expresados en equivalentes de base de 500MPa. Se convierte cada espesor equivalente (Ti) en el espesor real a colocar, de superficie, base y subbase, con ayuda de los coeficientes de equivalencia de espesores (5.3.2.) de los materiales disponibles, utilizando la expresin:

hi =

Ti ai

Donde: Ti: Espesor equivalente de la capa i (superficie, base o subbase). ai: Coeficiente de equivalencia respecto a una base de 500MPa, de la capa i. hi: Espesor real a colocar de la capa i correspondiente.

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NC

NC XX: 2002

100,0 95,0 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 1,0E+04

ESPESOR (cm)

CBR = 5% CBR = 7%

CBR = 10% CBR = 12% CBR = 15%

1,0E+05

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

NUMERO DE EJ ES DE CALCULO

Figura 1. Grfico de diseo. Espesor T equivalente de base granular de 500Mpa.

5.3.1. Materiales de bases y subbases. En general los materiales de bases y subbases cumplirn con los requisitos de calidad que se muestran en la tabla 7. Tabla 9. Requisitos de calidad para los materiales de bases y subbases. MATERIAL DE BASE ParmetroCBR (mnimo) Limite lquido (mx.) ndice de Plstico. (mx.) Equivalente Arena (min) N< 5 x 10 ejes de 100KN5

MATERIAL DE SUB BASE5

N> 5 x 10 ejes de 100 KN 80-100% 25% 6% 50%

Drenaje Desfavorable 20-30% 25% 6% -

Drenaje favorable 20-30% 35% 10% -

60-80% 25% 6% 30%

El espesor mnimo de base a utilizar, expresado como equivalente de base de 500MPa, ser de 15cm cuando el trfico de proyecto es inferior a 5,1 x 10 5 ejes (trfico T24), en trficos superiores deber incrementarse a 20cm.

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NC XX: 2002

Cuando los materiales de bases o subbases tengan un IP superior a 6% deben compactarse como mnimo a una densidad del 95% del valor mximo obtenido en el ensayo Proctor modificado, en caso contrario (IP < 6%), se alcanzarn densidades iguales o superiores al 100% del ensayo modificado. 5.3.2. Coeficientes de equivalencia de espesores. Los espesores de superficie, base y subbase pueden ser transformados a cualquier material si se conoce el coeficiente de equivalencia del material disponible. Para la superficie asfltica, estos coeficientes son calculados con la siguiente expresin:ai = 3 Ei Eref

donde: Ei : Mdulo de elasticidad esttico del material de las diferentes capas Eref : Mdulo de elasticidad esttico de la capa de la base granular equivalente (500Mpa). Los coeficientes para la superficie adoptan los valores de la tabla 10, vlidos para carpetas colocadas sobre base que cumplan los requisitos establecidos en la tabla 9, o equivalente. Tabla 10. Coeficientes de equivalencia para materiales de superficie.TIPO DE MATERIAL Mezclas densas y semidensas Tamao mximo >19mm Mezclas densas y semidensas Tamao mximo 80-100%) Base ptrea de granulometra continua Grava arenosa bien graduada (CBR > 80%) Grava natural bien graduada (60% < CBR < 80%) (CBR > 80%) Material seleccionado calizo 60% < CBR < 80%

MODULO EB (MPa) 500 350-400 500 300 350 300

RELACION EB/ESB 1,0 1,00 0,74 1,00 0,64 0,74 0,64 1,5 0,80 0,64 0,80 0,57 0,64 0,57 2,0 0,70 0,60 0,70 0,54 0,60 0,54

Para bases aglomeradas con cemento, el criterio de fallo es la resistencia a traccin del material en las fibras inferiores de la capa, y pueden adoptarse los valores de la tabla 12.

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NC XX: 2002Tabla 12. Coeficientes de equivalencia para bases tratadas con cemento.GRAVAS TRATADAS CON CEMENTO Pesado Medio Ligero Rc > 5,0 MPa 3,0 < Rc < 5,0 MPa 1,5 < Rc < 3,0 MPa MODULO MODULO DE SUBBASE EB (MPa) 100MPa 175MPa 250MPa 2500 2000 1500 1,10 1,25 1,33 1,40 1,50 2,00 1,65 2,00 2,50

TIPO DE TRFICO

Los coeficientes de equivalencia para las subbases dependen de la categora de subrasante, como se muestra en la tabla 13. Tabla 13. Coeficientes de equivalencia para materiales de sub-base.

MATERIALES DE SUB-BASECBR > 25% Grava bien graduada (CBR > 80%) CBR > 25% Material seleccionado calizo (mejoramiento) 30% < CBR < 50% Gravas areno-arcillosas pobremente graduadas 20% < CBR < 30% Gravas naturales mal graduadas (20% 2 MPa)

MODULO ESB (MPa) >250 180 - 250 100-150 70-100 > 70 50-70 1000

TIPO DE SUBRASANTE S1 0,80 0,74 0,64 0,60 0,58 0,55 1,45 S2 0,85 0,81 0,84 1,85 S3 0,87 0,84 2,00

5.3.3. Espesores mnimos de HA para superficie Los espesores mnimos de Hormign Asfltico garantizan que las deformaciones horizontales que surgen en las fibras inferiores de la capa, por la carga impuesta, sean inferiores a las admisibles, de acuerdo al trfico de proyecto y resistencia el suelo de subrasante. Los diferentes materiales de la capa subyacente, ofrecen diferentes mdulos de elasticidad y por consiguiente diferente relacin entre E1/E2. Los espesores mnimos de carpeta asfltica, pueden obtenerse para cada trfico de proyecto, mediante la figura 2. En el grfico, los espesores estn expresados como equivalentes a una base de 500Mpa, por tanto, el espesor equivalente debe ser convertido a espesor real, utilizando el coeficiente de equivalencia aHA, correspondiente a un mdulo de Hormign asfltico de 750Mpa.

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NC XX: 2002

Thickness of asphalt layer ic

0

5

E1 /E2= 1,0 1,25

10

1,67 2,5

15

5,020

7,525

30

E1: Module of elasticity of the asphaltic layer E2: module of elasticity of the asphaltic underlying

15,0

35

1,0E+ 04

1,0E+ 05

1,0E+ 06

1,0E+ 07

Ejes de calculo

Figura 2. Espesores mnimos de hormign asfltico, expresados en base granular equivalente de 500Mpa.

6. Bibliografa1. AASHTO. Guide for design of pavement structures, AASHTO, Washington, DC. (1986). 2. ASPHALT INSTITUTE. Thickness design-asphalt pavements for highways and streets MS-1, Asphalt Institute, Lexington (Kentucky). 1991. 3. CONSEJERA DE OBRAS PBLICAS Y TRANSPORTES. Introduccin para el diseo de firmes de la red de carreteras de Andaluca. Andaluca, 1999. 4. CRESPO, R. Una aproximacin a los mtodos de clculo racional de firmes flexibles o semirrigidos, 98 Pg. PETISA, Madrid 1984. 5. MOPU. Instruccin 6.1 y 2 IC. Secciones de firme, 200 Pg. rea de Tecnologa de la Direccin General de Carreteras, Madrid (ISBN: 84-7433-648-1), 1990. 6. TORRES VILA, JUAN ANTONIO. Propuesta de norma de pavimentos flexibles. Departamento de Ingeniera Vial. La Habana, 1987. 7. VILA ROMANI, ROLANDO. Fundamentacin tericoprctica de los espesores a exigir de Hormign Asfltico en Pavimentos Flexibles en condicin del Clima Tropical. Tesis en opcin al grado de doctor en ciencias tcnicas. Santiago de Cuba 1995.

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