Metodo HvEEM

METODO DISEÑO HVEEM

PAVIMENTOS

INTRODUCCIÓN Los métodos de diseño de pavimentos flexibles se clasifican en tres grupos: Métodos totalmente empíricos: e mpíricos: General Generalmen mente te se emplea emplean n factor factores es de segurid seguridad ad muy altos, altos, lo que signif significa ica espesores excesivos para las necesidades verdaderas de la vía. Métodos basados en la clasificacin de suelos como el ! de G. Métodos "emi empíricos: empíricos: #asado #as ados ensayos os arbi arbitr trar ario ios s corre cor rela laci cion onado ados s con con teorí teorías as m$s m$s o meno menoss #asa #a sado doss en ensay trari arios os correla onad os ra%onables. Métodos basados en el &#' , (veem (veem yy el de )exas. Métodos racionales: #asa #asado doss en cons consid ider erac acio ione ness ter teric icas as sobr sobre e dist distri ribu buci cin n de esfu esfuer er%o %oss y deformaciones. *l método méto mé todo do de de (veem (vee (v eem m también tamb ta mbié ién n implica impl im plic ica a an$lisis an$lilisi an$ siss de de densidad, dens de nsid idad ad,, estabilidad estab est abililid idad ad y la la resistencia de la me%cla al +inc+amiento por la presencia de agua.

-&M

$gina /


1.

PAVIMENTOS

METODO DE HVEEM.

Método (veem desarrollado en el 0epartamento de &arreteras de &alifornia un método de diseño de espesores de pavimentos flexibles que se fundamenta en un con1unto de pruebas de laboratorio. *l método de diseño es de requerimiento m2ltiple, en el sentido que se exige que el pavimento finalmente aceptado cumpla condiciones en relacin a la presin de expansin, presin de exudacin, valor de estabilidad, obtenido en el estabilmetro y a la resistencia a la tensin por flexin, medida en las capas superiores del pavimento, por medio del co+esimetro. *l espesor del pavimento que neutrali%a la presin de expansin de la subrasante obtenida en el laboratorio 3e4 ser$:

e t =

P e Υ m

0onde: e t

5 5

espe espeso so requ re queri erido doo para para neut neutral rali% i%ar ar la pres pr esi in n de expa expasi sion on en la reque req uerid rido presi esin n

subrasante por el peso de las carpetas superiores del pavimento en cm. Pe

5 5

presin de expansin, determinada en la prueba de laboratorio en

6g7cm8 Υ m

5 5

peso volumétrico medido de la estructura del paviemto, en 6g7cm 8

*n virtud de que la presin de expansin en la subrasante depende del contenido de agua de esta y como varié con el tiempo u de dic+o contenido de agua es a su ve% funcin de la +umedad de compactacin, se prevé la formacin de tres especímenes, por lo menos fabricados con tres +umedades diferentes, de manera

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$gina 8


PAVIMENTOS

que a fin de cuentas se tienen espesores, ligados a tres presiones de expansin, una para cada espécimen. *n lo se refiere al valor de estabilidad obtenida en el estabilmetro de (veem, el espesor de pavimento correspondiente resulta de la formula: eg =0.098 ( IT ) ( 100− R )

0onde: eg 5 *spesor del pavimento necesario de acuerdo con la resistencia del suelo seg2n la prueba del estabilmetro, cm. !) 5 índice de transito, referido a cargas equivalentes a 9 lb por rueda para un periodo de / años. ' 5 es el numero de estabilidad de (veem, calculado en laboratorio en estabilmetro de (veem. ara asegurar que no se transmitan al suelo presiones que le +agan generar presiones de poro inconvenientes, no debe utili%arse un valor de ' mayor que el que corresponde a una presin de exudacin de 8/ 6g7cm8 ;<lb7plg8=

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$gina <


2.

PAVIMENTOS

PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO ara diseñar el espesor del pavimento se procede: /. *laborar < probetas con contenidos de agua diferente, a fin de que 8 de ellas tengan una presin

de exudacin por deba1o de 8/ 6g7cm8

;<lb7plg8= en tanto que la tercera la tenga mayor o que uno la tenga mayor y los otros 8 menores .La presin de exudacin de las < probetas deber$n estar comprendidas entre > y 9? 6g7cm8 ;/ y @ lb7plg8= 8. 0eterminar los valores de presin de exudacin de cada de las < probetas para después saturarse con absorcin de agua libre al ser sometidas a la prueba de presin de expansin. <. Las mismas probetas deber$n colocarse en el estabilmetro de (veem para obtener el valor de '. A. &omo consecuencia para cada +umedad de moldeo se tiene una probeta de la que se conoce la presin de exudacin la presin de expansin y el valor de estabilidad.

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$gina A


PAVIMENTOS

9. Bplicando la expresin ! se calcula el espesor del pavimento por expansin para las condiciones representadas por cada una de las probetas. ?. Bplicando la formula !! ser$ posible conocer el espesor de cubrimiento necesario en cada caso atendiendo la condicin de estabilidad la fig. ?.C nomograma que evita el uso reiterado de la expresin !!. >. "e dibu1a un grafico en que se puede comparar los espesores de cubrimientos requeridos por expansin y por estabilidad donde la interseccin de esta grafica con una recta de A9 grados marca el espesor que satisface a la ve% ambas condiciones. @. "e dibu1a un grafico en lo que se anota los valores de ' contra las correspondientes presiones de exudacin. &omo la presin de m$xima permisible es de 8/Dg7cm8, se tiene un valor de ' límite por ese concepto. &on tal valor de ' y la frmula 8, conocido el índice de transito se tendr$ otro espesor necesario de recubrimiento, atendiendo la presin de exudacin. C. &omparar la expresin de equilibrio obtenido en el paso >, con el espesor por presin de exudacin obtenido en el paso @. *l mayor ser$ el espesor de recubrimiento que requiere el material que se est$ estudiando. /."e comien%a aplic$ndose al terreno de fundacin mane1ando probetas d este y permitir$ obtener el espesor con que tal material a de cubrirse para tener un comportamiento satisfactorio. (veem llamo a ese material de cubrimiento graba equivalente un material con las características de una base com2n. //. *l método se repetir$ para la sub rasante fabricando probetas con el material podr$ encontrarse el espesor de grava equivalente necesario para protegerlo. 0e esta manera se procede en direccin accedente +asta completar la estructura deseada del pavimento.

-&M

$gina 9


3.

PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO HVEEM.

-&M

$gina ?

PAVIMENTOS


PAVIMENTOS

*xisten < procedimientos y son: • • • • • •

E *E"BF 0* *")B#!LHM*)' E *E"BF 0* &(*"!M*)' E *E"BF 0* *IBE"!JE.

ENSAYO DE ESTABILÒMETRO

3.1.

*ste ensayo est$ diseñado para medir la estabilidad de una me%cla de prueba ba1o esfuer%os específicos. La probeta compactada es colocada dentro del estabilmetro, en donde est$ rodeada por una membrana de cauc+o. na carga vertical es impuesta sobre la probeta y la presin lateral ;+ori%ontal= resultante es medida. Los resultados del estabilmetro dependen, en gran parte, de la friccin interna ;resistencia= de los agregados, y es un menos grado, de la consistencia del asfalto. 0ic+o ensayo se efect2a de la siguiente manera:

A.

La probeta es calentada a ?K& La probeta es colocada en el estabilmetro La presin en el estabilmetro es elevada a
9.

lograr una carga de 8?.>DE. Las lecturas de presin lateral son medidas y registradas ba1o cargas

?.

verticales específicas. La carga vertical es disminuida a A.A9DE y se mide el despla%amiento

/. 8. <.

usando una bomba de despla%amiento.

-&M

$gina >


>.

PAVIMENTOS

*l valor (**M de estabilidad para la probeta se calcula usando la informacin obtenida del ensayo de estabilmetro. *l valor resultante del estabilmetro est$ basado en la idea de que una me%cla asf$ltica tiene propiedades que oscilan entre un liquido y un slido rígido. *l valor de estabilidad se obtiene de una escala arbitraria que va de  a / : el  corresponde a un liquido que no presenta resistencia interna a cargas lentamente aplicadas, el / corresponde a un slido +ipotético que trasmite, ba1o cierta carga vertical, una presin lateral que no puede registrarse. 100

R=100 − 25

D

-&M

([ ( ) ])

$gina @

(

Pc

p h

)+ 1


PAVIMENTOS

'

5

numero de estabilidad de (veem, sin dimensiones

c

5

presin vertical aplicada. *l valor de ' se mide generalmente para //.8 6g7cm8

+

5

presin +ori%ontal en la paredes del espécimen medida en el manmetro

0

5

despla%amiento +ori%ontal del espécimen, correspondiente a una presin +ori%ontal de > 6g7cm 8.

3.2.

UN ENSAYO DE COHESIOMETRO La prueba del co+esimetro proporciona una medida de la resistencia aa la tensin de una me%cla asf$ltica compactada, un suelo cementado o cualquier me%cla de agregados, generalmente en el caso de materiales con poca cementacin no se efect2a la prueba, sino que se asignan valores de co+esimetro atendiendo la experiencia que exista al respecto. *quipo de prueba. /. 8. <.

-&M

&o+esimetro con equipo completo )ermmetro #alan%a de / 6g de capacidad y un gramo de aproximacin

$gina C


3.3.

PAVIMENTOS

ENSAYO DE EXPANSION. *l agua es el enemigo de todas las estructuras de pavimento. *n consecuencia un diseño de me%cla de pavimentacin debe estar rígido a proporcionarle al pavimento una adecuada resistencia al agua para garanti%ar su durabilidad. *l ensayo de expansin mide la cantidad de agua que se filtra dentro o a través de una probeta, y la cantidad de expansin que el agua causa. )ambién mide la permeabilidad de la me%cla su capacidad de permitir que el agua pase a través de ella. 3.3.1.

PROCEDIEMIENTO PROCEDIEMIENTO ENSAYO ENSAYO DE EXPANSION .

*l procedimiento consiste en lo siguiente: /. La probeta, en su molde de compactacin, se coloca en una bande1a de aluminio y se cubre con una placa de bronce. 8. n medidor de cuadrante se monta sobre la probeta de tal manera que su guía toque la placa de bronce. <. na cantidad específica de agua es vertida dentro del molde directamente sobre la placa de bronce. A. La distancia entre el labio superior y del molde y la superficie del agua es medida y su valor es registrado. -&M

$gina /


PAVIMENTOS

9. La probeta se de1a reposar sumergida por 8A +rs. ?. "e toma una lectura del medidor de cuadrante. *sta lectura indica cuanto se +a elevado la superficie de la probeta debido a la expansin. >. La distancia entre el labio superior del molde y la superficie del agua es medida nuevamente. La diferencia entre esta medida y la medida tomada inicialmente ;8A+rs antes= indica la cantidad de agua que se +a filtrado en la briqueta. or lo tanto, esta diferencia es una medida de la permeabilidad de la briqueta.

-&M

$gina //


4.

PAVIMENTOS

EJEMPLO DE DISEÑO

Diseñar la estructura de un pavimento flexible empleando el método de Hveem en relación con un camino localizado sobre un terreno constituido por suelos en general de origen volcánico y lo forman limos inorgánicos de mediana plasticidad y de baja a alta compresibilidad (M y MH! y una alta resistencia" #ambién se encuentran alguna mezclas de suelos y fragmentos pe$ueños de roca cuyas propiedades son muy variables

%alcular el &ndice de tráfico para una carretera principal teniendo en cuenta el análisis de tránsito $ue se indica en la #abla '"" %onsiderar una tasa de crecimiento anual de )*+ constante en los diversos tipos de ve,&culos+ y un per&odo de diseño de -. años"

4.1.

Eva!a"#$% &' T(a%)#*+

,a"*+(') &' '-!#va'%"#a a(a (!'&a) &!a') &' v'/0"!+) &' va(#+) '') "+% a (!'&a STANDARD &'  NB&)'*"

N &' '') &' v'/0"!+) 2 3 4  7 -&M

*O!BL*E&!B &arreteras principales 25 63 132 316 16 $gina /8

0* BEBL EB 0!'*&&!E

Ca(('*'(a) )'"!%&a(#a) 2 76 18 18 1


PAVIMENTOS

*stos coeficientes significan que por e1emplo un paso diario de un camin con tres e1es equivale a @/9 pasadas anuales de una rueda de 9lb. *l conocimiento o previsin del tr$fico permite fi1ar el n2mero total de &* para la duracin prevista del pavimento, considerado a / años. &abe +acer notar que los factores se refieren al promedio de ve+ículos circulantes cada día en un solo sentido. *l método considera que la rueda equivalente tiene una presin de inflado de A.C 6g7cm8.*l efecto de los automviles al actuar sobre el pavimento no se toma en cuenta. )abla Bn$lisis del tr$nsito

LM*E tipo de 'M*0! ve+ícul 0!B'! o BEBL 0" 0!'*&&!E *" B /9>? # ?@A &8 >
LM* E 'M*0!  0!B'! &E")BE BEBL )* P&*P EB 0!'*&&! E 98@@ 8@ 9@ C< /A /<8 9/
;&*=

5 5 5 5 5

C9>? /8>? 9
Σ &*

))BL

/88A

?/8

5 A<
*l 9a"*+( &' (+:'""#$% ;,< de tr$nsito para el periodo de / años, se obtiene aplicando la formula:

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$gina /<


+

1

Fp=

PAVIMENTOS

TDPA F TDPA i 2

0onde: Np

5 Nactor de proyeccin tr$nsito

)0Bf 5 )r$nsito diario promedio anual final )0Bi 5 )r$nsito diario promedio anual inicial &omo el tr$nsito crece con una tasa de interés compuesto al >Q anual, se tiene: 10

TDPA F =TDPAi ( 1 + 0.07 )

0e donde, la relacin TDPA F TDPA i

=2

por lo tanto: Fp=

+

1 2 2

=1.5

La frmula para calcular la "a(=a '-!#va'%*' ;CE< es: CE= P∗ Fp∗ ΣCE

0onde: 

5

es el periodo, de diseño / años

'eempla%ando valores en, se tiene "a(=a '-!#va'%*':

-&M

&*

5

/ x /.9 x A<
&*

5

?9AA9 $gina /A


PAVIMENTOS

*l valor del 0%&#"' &' *(>%)#*+ ;IT< es: IT =6.7

( )

IT =6.7

(

CE

0.119

6

10

6504450 6

10

)

0.119

!) 5 @.9

4.2.

E a%>#)#) &' +) ')')+(') &' av#?'%*+

"e +acen tomando en cuenta los resultados del laboratorio de las pruebas de valor ' de estabilidad presin expansin y presin de exudacin reali%adas en cada una de las tres probetas elaboradas con material del terreno de fundacin del camino. Las tres probetas tienen diferentes contenidos de agua. *l espesor de la seccin estructural por concepto de ' se determino por la ecuacin !! en la que se utili%o un índice de transito de @.9 y el valor de estabilidad correspondiente a cada probeta ensayada. "e tiene así tres espesores por concepto de '. 0e una manera similar se determinaron los tres espesores del pavimento necesarios para equilibrar las presiones de expansin desarrolladas en las probetas de ensayo mediante la aplicacin de la expresin /. *n la porcin i%quierda de la fig. ?./ se presenta la curva de espesores por ' y expansin en la cual el punto B define el espesor que satisface los requerimientos de la expansin y de la estabilidad simult$neamente que en este caso es de <cm de grava equivalente. -&M

$gina /9


PAVIMENTOS

*l espesor del pavimento relacionado con la presin de exudacin se determina por medio de la curva espesor de estabilidad contra presin de exudacin tomando en cuenta un valor de 8/Dg7cm8 de esta 2ltima. *l espesor total del pavimento en grava equivalente ba1o estas condiciones resulto ser de 3"?. Bl comparar ambos espesores obtenidos se tomara en cuenta en el diseño seccin estructural el que sea mayor en este caso resulto ser de 3"? de grava equivalente obtenida de la expresin de presin por exudacin. ara calcular los espesores de la carpeta base y subbase se procede en la siguiente forma:

Ca('*a.@ *n la construccin de carpeta se empleara concreto asfaltico colocado sobre una base de material triturado cuyo valor ' se supone de @8 ;valor de laboratorio=.

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$gina /?


PAVIMENTOS

*n el laboratorio que con un índice de trafico !) de @.9 y con el $baco de la fig. ?.C da un espesor de grava equivalente para la carpeta. eg =0.098 ( IT ) ( 100− R )

eg =0.098 ( 8.5 ) ( 100 −82) eg =14.99

*ntonces tenemos un espesor de grava equivalente de /9 cm.

Mediante el uso de la tabla se determina un factor de grava

-&M

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PAVIMENTOS

ara un índice de transito de @.9 obtenemos un factor de grava equivalente de /.C9 para el concreto asfaltico.

E ')')+( &' "+%"('*+ a)9a*#"+ espesor de C ° asfaltico=

espesor de C ° asfaltico =

espesor grava equivalente factor gravaequivalente

15 1.95

espesor de C ° asfaltico=7.69

"e considera un espesor de >.9 cm ;<4= -&M

$gina /@


PAVIMENTOS

Ba)' "e empleara para la base un material triturado de buena calidad con un factor de grava de /./ ;tabla factor grava equivalente=. *l espesor de la base en grava equivalente se determina de la siguiente forma: *spesor de la base: <9 R /9 5 8cm *spesor real de la base: espesorreal dela A!E =

espesorreal dela A!E =

espesor "ase factor gravaequivalente

20 1.1

espesor real dela A!E=18.5

/@.9cm ;>.94= Ninalmente el pavimento quedara estructurado de la siguiente manera

/.

&E&L"!E*" F '*&M*E0B&!E*" *l propsito del ensayo de (veem de diseño de me%clas es determinar la proporcin apropiada de asfalto y agregado que una me%cla de pavimentacin debe tener para producir un pavimento con las características deseadas. *l método incluye procedimientos preliminares para identificar graduacin, $rea superficial, y la capacidad superficial del agregado. n contenido aproximado de asfalto para la me%cla es luego calculado a partir de los procedimientos.

-&M

$gina /C


PAVIMENTOS

osteriormente se preparan probetas de me%cla con contenidos ligeramente variables de asfalto, usando métodos que simulan las condiciones actuales de la produccin de me%cla de pavimentacin. Las probetas son luego sometidas a tres pruebas el ensayo de estabilmetro, determinacin de la densidad total y el ensayo de expansin. Los resultados de estos ensayos son correlacionados y usados para seleccionar el diseño de me%cla que va a ex+ibir las características de un pavimento ptimo. *l uso de diseño de me%clas asf$lticas en nuestros días tiene como ob1etivo el lograr propiedades volumétricas adecuadas en la carpeta asf$ltica, ya que de esto depende en gran medida el desempeño de la superficie de rodamiento en su vida de servicio. 0e a+í, la importancia de manera adecuada en el laboratorio lo que ocurre en campo ba1o la accin ve+icular y de esta manera llegar a me%clas que muestren un me1or comportamiento en condiciones especificas de transito y climas Me1orar las especificaciones técnicas y controles de calidad en base a nuevos procedimientos

constructivos,

materiales,

investigaciones

y

pruebas

experimentales. 0esarrollar modelos que tomen en consideracin las nuevas configuraciones de e1es y cargas. La desventa1a del procedimiento (veem es que el equipo de ensayo, en particular el compactado por amasado y el estabilmetro de (veem, es algo m$s caro que el equipamiento del Mars+all y no muy portable. Bdem$s, algunas propiedades volumétricas relacionadas con la durabilidad de la me%cla no son rutinariamente determinadas en el método, tomando en -&M

$gina 8


PAVIMENTOS

cuenta también que el método de seleccin del contenido de asfalto es demasiado sub1etivo y podría resultar en una no durable me%cla con poco asfalto.

+ttp:77SSS.ingenieracivil.com78/7C7otrosequipos.+tml +ttp:77SSS.slides+are.net7TilsonMolinax7pavimentos/<8A +ttp:77es.scribd.com7doc79C/<@@
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Metodo HvEEM

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