VIII Congreso Mexicano del Asfalto. Catálogo de secciones estructurales para pavimentos de la República Mexicana

Transcripción

1 VIII Congreso Mexicano del Asfalto Catálogo de secciones estructurales para pavimentos de la República Mexicana M. en I. Víctor Alberto Sotelo Cornejo Agosto de 13

2 Qué es? El catálogo de secciones es una guía de pavimentos convencionales que pretende servir de referencia a proyectistas y en general a las personas que están involucradas en el diseño o revisión de estructuras de pavimentos Tiene un carácter general, aunque se pretende que se aplica a casos particulares

3 Estructuras tipo consideradas

4 En qué se basa? En el diseño de pavimentos rígidos y flexibles bajo métodos conocidos y frecuentemente utilizados en México Instituto de Ingeniería de la UNAM (flexibles) AASHTO 1993 (rígidos) Con la EVALUACIÓN de materiales de toda la República (de banco y de carreteras existentes)

5 Esquema del proyecto Análisis de datos del terreno natural Análisis de datos climáticos Análisis multifactores Regionalización Muestreo Proceso de datos de tránsito Ensayos de laboratorio Diseño de estructuras

6 Regionalización Instituto de Geografía de la UNAM Sistema de Información Geográfica de Carreteras (SIGCI) Factores que se tomaron en cuenta para la regionalización del país en 5 zonas (tienen influencia en el comportamiento estructural del pavimento) Temperaturas máximas Temperaturas mínimas Precipitación máxima Terreno natural

7 Temperaturas máximas Información oficial del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) Datos de las temperaturas máximas de los últimos 5 años registrados Rango es de 10.7 a 47.4

8 Temperatura máxima

9 Temperatura mínima Información oficial del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) Datos de las temperaturas mínimas de los últimos 5 años registrados Rango es de a 27.0

10 Temperaturas mínimas

11 Precipitación máxima Información oficial del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) Datos de la precipitación máxima de los últimos 5 años registrados Rango es de 0.00 mm a mm

12 Precipitación máxima

13 Terreno natural Clasificación de los suelos mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), así como los tipos de rocas En base a la clasificación se determinó una aptitud del terreno natural, es decir, entre más alta es la aptitud, el terreno natural tiene mayor capacidad estructural y se reduce la necesidad de refuerzo del terreno.

14 Terreno natural

15 Aptitud del terreno natural No. SUCS Descripción Aptitud 1 OH Limos o arcillas orgánicas de alta plasticidad 2 OL Limos o arcillas orgánicas de baja plasticidad Muy baja Muy baja 3 Arcilla de alta plasticidad Baja 4 CL Arcilla de baja plasticidad Media 5 MH Limo de alta plasticidad Baja 6 ML Limo de baja plasticidad Media 7 SC Arena arcillosa Alta 8 SM Arena limosa Muy Alta 9 SP Arena mal graduada Alta 10 GC Grava arcillosa Muy Alta 11 GM Grava Limosa Muy Alta 12 GP Grava mal graduada Muy Alta 13 Fmg Rocas Muy Alta

16 Criterio de integración de pavimentos Se definió en base a la experiencia el impacto que tiene cada parámetro en el comportamiento estructural de los pavimentos mexicanos Temperatura máxima % Temperatura mínima % Precipitación % Terreno natural 35%

17 Regionalización por factores considerados

18 Explotación y muestreo por regiones El objetivo fue obtener materiales de todas las regiones de la República Mexicana para evaluarlos en laboratorio Análisis probabilístico del tamaño de la muestra Red 48,319 km y 2,714 bancos Nivel de confianza 90% Tamaño de la muestra 271 km, distribuidos en 88 tramos y 66 bancos de materiales

19 Total de muestras En cada km se establecieron 3 estaciones con la obtención de 3 núcleos por estación En cada km se realizó un PCA hasta una profundidad aprox. de 90 cm En cada banco de material se muestrearon todos los materiales disponibles

20 Distribución de los tramos de muestreo

21 Actividades de sondeos Pozo a Cielo Abierto (PCA) Extracción de núcleos de 10 cm (4 ) de diámetro

22 Pruebas de laboratorio y obtención de resultados geotécnicos Módulo resiliente de mezclas asfálticas y capas granulares (base, subbase y subrasante) Resistencia a la compresión simple del concreto Contenido de agua Equivalente de arena Límite líquido Límite plástico Composición granulométrica Valor de Soporte de California (CBR)

23 Módulo resiliente Mezclas asfálticas y bases estabilizadas con asfalto ASTM D 4123 Capas granulares AASHTO T 7

24 Módulo resiliente en capas granulares Es un modelo de comportamiento del suelo y no un número. Dependiente de su función (Bases o subrasante) tiene los factores: Presión de confinamiento Esfuerzo desviador

25 Módulo Resiliente Módulo Resiliente Módulos en capas granulares Módulo Resiliente para subrasante Esfuerzo desviador Series1 Polinómica (Series1) Módulo Resiliente para una Base/Subbase Esfuerzo desviador Series1 Polinómica (Series1)

26 Esfuerzo a compresión simple Base estabilizada con cemento Concreto hidráulico

27 Valor Soporte de California (CBR)

28 Calidades de los suelos Composición granulométrica Contenido de agua Equivalente de arena Límite líquido Límite plástico

29 Número total de ensayos En términos generales se realizó el siguiente número de ensayos: 747 módulos resilientes en mezcla asfáltica 50 f c en concreto 0 módulos resilientes en suelos 270 caracterizaciones de materiales

30 Tránsito Datos de los aforos de los últimos 5 años registrados por DGST Ejes equivales a 8.2 t Tasa de crecimiento Factor de incremento Pavimentos flexibles a años Pavimentos rígidos a años

31 Tránsito Coeficientes de daño (superficiales y a una profundidad) Método Inst. Ing. UNAM Pesos y dimensiones máximas permitidas NOM-012-SCT-2-08 Metodología de cálculo determinada por el Instituto de Ingeniería de la UNAM

32 Categorización de variantes Estudios estadísticos con un nivel de confianza de 90% Categorización del tránsito Categoría de tránsito SEE1 SEE2 SEE3 SEE4 SEE5 Ejes equivalentes (ΣEE) < 10,000,000 10,000,000 -,000,000,000,000 -,000,000,000,000-80,000,000 > 80,000,000

33 Categorización de mezclas asfálticas Módulos Resiliente para Carpetas Asfálticas (kg/cm 2 ),000 -,000 >,000 La nomenclatura CA significa Concreto Asfáltico y el número define el rango de valor de Mr que posee la mezcla. Para su fabricación las mezclas y pueden requerir el uso de asfaltos modificados, agregados de elevada y el diseño de granulometrías no convencionales. Categorización de capas granulares Módulos Resiliente para capas granulares(kg/cm 2 ) BH-2 BH-3 SR >2,000 >3,000 >7,000 >1,000 >600 La nomenclatura BH significa Base Hidráulica, significa Base Estabilizada con Asfalto, significa Subbase, SRAS significa Subrasante y el número define el valor mínimo de Mr que debe poseer el material.

34 Diseño de pavimentos Pavimentos flexibles Método del Instituto de Ingenierías de la UNAM (Empírico) Pavimentos rígidos Método AASHTO 93 (Empírico-Mecanicista)

35 Método UNAM para pavimentos flexibles Determinación de espesores por medio del DISPAV-5 Nivel de confianza 95% en carreteras de altas especificaciones 85% en carreteras normales

36 Método AASHTO 93 para pavimentos rígidos Esfuerzo a la compresión f c = 350 kg/cm 2 Módulo de Ruptura Mr = 48 kg/cm 2 Índice de serviciabilidad ISA inicial = 4.5 ISA final = 2.5 (Normales) y 3.0 (Altas especificaciones) Módulo de reacción de la subrasante Módulo de Reacción k (pci)

37 Desviación estándar de la predicción del tráfico usada fue de 0.35 Coeficiente de transferencia de cargas Con pasajuntas J=2.8 Coeficiente de drenaje Tipo de región R1 R2 R3 R4 R5 C d

38 BH BE BH BE BE 124-BE 111-BE BH BE BE BE BE 132-BE BE BE BH R1 R2 R3 221-BE 17 BH BE BE BE 211-BE BE BE BE BE 232-BE BE BE BE BE BE BE 311-BE 312-BE BE BE BE 332-BE 333-BE 334-BE T1 T2 T3 SECCIONES DE PAVIMENTOS PARA CARRETERAS NORMALES BH SEE1 SEE2 SEE3

39 BH BE 132-BE BE BE BH BE 142-BE BE BE BH BE 2-BE BE 19 4-BE BH-2 16 R3 R4 R5 231-BE 232-BE BE BE BE CA BE BE BE BH BE 252-BE BE BE BH BE 332-BE 333-BE 334-BE 341-BE 342-BE BE BE BH BE 352-BE 353-BE 354-BE 13 Espesores minimos en Cm. CA BH Carpeta Asfaltica. Base Hidraulica. Base Estabilizada Asfaltica. Base Estabilizada Cemento. Concreto Hidraulico. Subbase Subrasante BH BH

40 321-AE 34 BH AE AE 324-AE 311-AE 21 BH AE AE AE AE 332-AE AE AE BH-3 R1 R2 R3 421-AE AE AE AE 411-AE 25 BH AE AE AE AE 432-AE AE 434-AE AE AE AE AE 511-AE AE AE 514-AE AE 532-AE AE AE T3 T4 T5 SECCIONES DE PAVIMENTOS PARA CARRETERAS DE ALTAS ESPECIFICACIONES SEE3 SEE4 SEE5

41 331-AE 332-AE AE AE BH AE 342-AE AE AE BH AE 352-AE AE AE BH-3 23 R3 R4 R5 431-AE 432-AE AE 434-AE AE 442-AE AE AE BH AE 452-AE AE AE BH AE 532-AE AE AE AE 542-AE AE 544-AE AE 552-AE AE 554-AE BH-3 Espesores minimos en Cm. CA BH Carpeta Asfaltica. Base Hidraulica. Base Estabilizada Asfaltica. Base Estabilizada Cemento. Concreto Hidraulico. Subbase Subrasante

42 Uso del catálogo Para el uso del catálogo se requiere realizar las siguientes actividades: 1. Definir la temperatura máxima, temperatura mínima, precipitación máxima de la estación climatológica más cercana al proyecto 2. Determinar el tipo de terreno natural presente en la zona del proyecto (si no se puede englobar en un tipo de terreno predominante, se requerirá más de una sección) 3. Determinación de la región donde se ubica el proyecto 4. Cálculo del tránsito proyectado (estimado) 5. Selección de las secciones adecuadas estructuralmente 6. Elegir la sección que brinda el costo-beneficio más elevado

43 Definición de las variables climáticas Se debe contactar al personal de la estación climatológica o consultar los datos vía Internet: T máx :.5 C

44 Calificación de variables climáticas y del terreno natural De acuerdo a los valores de temperatura máxima, temperatura mínima, precipitación máxima y tipo de terreno natural, se debe asignar una calificación individual para cada parámetro, según la tabla 4 del catálogo de secciones T máx :.5 C

45 Calificación de variables climáticas y del terreno natural Posteriormente se obtiene la calificación ponderada de acuerdo a los factores establecidos en la tabla 6 y se calcula la Calificación Global Parámetro Calificación Factor de Calificación individual ponderación ponderada Temperatura máxima Temperatura mínima Precipitación Aptitud del suelo Calificación global 17.5

46 Determinación de la zona De acuerdo a lo establecido en la Tabla 7 del catálogo de secciones estructurales se define cuál es la región donde se ubica el proyecto Clasificación de Calificación Global la región 0 a 19.9 R1 a 39.9 R2 a 59.9 R3 60 a 79.9 R4 80 a 100 R5 El proyecto ejemplo pertenece a la R1 (región 1)

47 Cálculo del tránsito de proyecto De acuerdo a los estudios de tránsito se determina el tránsito de proyecto en ejes equivalentes de 8.2 t, de acuerdo al procedimiento establecido por el Instituto de Ingeniería de la UNAM y se define el rango de tránsito de acuerdo a la tabla 2 del catálogo Rangos de tránsito SEE1 SEE2 SEE3 SEE4 SEE5 Sumatoria de ejes equivalentes < 10,000,000 10,000,000 -,000,000,000,000 -,000,000,000,000-80,000,000 > 80,000,000

48 Definición de secciones Del catálogo se selecciona el apartado que define las secciones candidato en función de la región y SEE estimados para el proyecto, de acuerdo al tipo de carretera que se requiera (normal o de altas especificaciones) SECCIONES DE PAVIMENTOS PARA CARRETERAS DE ALTAS ESPECIFICACIONES T3 T4 T5 311-AE 312-AE 313-AE 314-AE 411-AE 412-AE 413-AE 414-AE 511-AE 512-AE 513-AE 514-AE R1 BH SEE BH-3 25 SEE SEE R2 321-AE BH AE AE AE 421-AE AE AE AE AE AE AE AE 37 R3 331-AE BH AE AE 334-AE AE AE AE AE 531-AE AE AE AE 33

49 Selección de estructura Después de seleccionar las secciones candidatas, se realiza un análisis costo-beneficio y viabilidad de aplicación de cada una de ellas para definir la estructura por utilizar ENTOS PARA CARRETERAS DE ALTAS T4 411-AE 412-AE 413-AE 414-AE 511-A CA BH-3 50 SUB 421-AE 422-AE AE 424-AE A CA

50 Rehabilitación de pavimentos Se plantean 3 opciones: Emular una estructura existente de pavimento nuevo Colocación de sobrecarpeta de catálogo cuando se cumplan condiciones Proyecto específico con similitud a la capacidad estructural del catálogo de sobrecarpetas (grado equivalente)

51 Rehabilitación con sobrecarpetas Diseño mediante el método del Instituto del Asfalto Módulo resiliente de la sobrecarpeta Mr = 35,000 kg/cm 2 SEE1 SEE2 SEE3

52 VIII Congreso Mexicano del Asfalto Gracias por su Atención M. en I. Víctor Alberto Sotelo Cornejo Agosto de 13

53 VIII Congreso Mexicano del Asfalto Espacio de discusión