obras viales utn civil ii

UTN-FRM

Ingeniera Civil II

1 Mst. Ing. Edgardo A. Espinoza

OBRAS VIALES Objetivos: Los objetivos de esta gua son:

a) introducir al alumno en la temtica de las obras viales, los materiales utilizados para su construccin y las tecnologas utilizadas preferentemente en nuestro medio.

b) Integracin de conocimientos adquiridos en otras materias y que son de aplicacin en la tcnica Vial tales como: Capilaridad, dispersiones coloidales, clculo de volmenes, calculo de dilataciones, etc.

Tipos de pavimentos ms utilizados en Mendoza:

1. Pavimentos flexibles: i. Concretos asflticos en calientes ii. Mezclas in situ o mezclas en fro iii. Tratamientos superficiales y revestimientos asflticos

i. Simples, dobles y triple ii. Lechadas asflticas

2. Pavimentos rgidos:

i. De hormign simple 3. Otros :

i. Adoquines

Existen adems otros tipos de pavimentos tales como Macadanes, micro-aglomerados, Stone Mastic, pavimentos porosos y Pavimentos de Hormign armado, entre otros, que estn menos difundidos y que sern objeto de estudio mas avanzados en las materias correspondientes a la currcula de ingeniera.

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Componentes principales de la seccin transversal de un camino

Vocabulario:

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Pavimento: Es la unidad estructural compuesto por una o mas capas de materiales

procesados colocados sobre la subestructura con el objeto de resistir los esfuerzos del

transito con deformaciones aceptables y transmitirlos y distribuirlos a la subestructura.

Est formado por:

a) Capa de rodamiento: capa final destinada a sufrir la accin directa del transito

debe tener una lisura apropiada para el transito y mantener un coeficiente de

friccin adecuado. Protege a las capa inferiores de las cargas del transito e

impermeabiliza el paquete estructural.

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Perfil transversal tipo de una Obra Vial

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


MATERIALES UTILIZADOS EN OBRAS VIALES: 1. SUELOS Y SUB-RASANTES

CLASIFICACION DE LOS SUELOS De acuerdo a la mecnica de suelos, se han establecido sistemas de clasificaciones de los suelos, como por ejemplo AASHTO. En estos sistemas de clasificacin se consideran en general suelos de tipo granulares y limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen subdivisiones que estn relacionadas con el tamao de las partculas del suelo, el lmite lquido, ndice de plasticidad e ndice de grupo. La subrasante, debe tener una capacidad mnima aceptable para soportar las cargas trasmitidas desde la superficie del pavimento sin sufrir deformaciones incompatibles con la estructura del camino. Considerando la clasificacin AASHTO se acepta que cumplen esta condicin los suelos clasificados como A-1, A-2, A-3. Son suelos granulares que tienen elevada friccin interna y permeabilidad siendo generalmente satisfactorios como material para la subrasante. Los suelos A4, A5. A6 y A7 son suelos de granos finos ( Limos y arcillas) que pueden presentar ndices Plsticos elevados (IP>10) con importantes variaciones volumtricas asociados a los cambios de humedad (arcillas) y elevada capilaridad (limos). Son Considerados materiales de calidad regular a malos como material de uso vial. Este tipo de suelos se encuentra difundido en amplias zonas del pas ( Litoral, pampa hmeda, etc.) y no queda otra alternativa que su uso, previo utilizacin de alguna tecnologa para mejorar sus propiedades mediante diversos tipos de Estabilizacin.

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


2. Estabilizacin de Suelos:

Estabilizacin granulomtrica Consiste en la correccin granulomtrica de un suelo, incorporndole los tamaos de agregados que necesitan para presentar una graduacin adecuada , continua y que asegure una densidad mxima.

Estabilizacin mecnica: Consiste en la compactacin de los suelos. La compactacin de suelos permite aumentar la friccin interna, y por lo tanto su resistencia a la accin de las cargas. La compactacin se logra por medios mecnicos ( equipos) que reducen el volumen de vacos poniendo mas firmemente en contacto las partculas entre si lo que produce un aumento de la friccin y una disminucin de las deformaciones.

Estabilizacin Fsico qumica: Consiste en la adicin de algn agente estabilizante que modifica el comportamiento del suelo, mejorando sus propiedades como material de uso vial.

Las estabilizaciones mas comunes son:

o Suelo-Cal: La incorporacin de cal a suelos arcillosos neutraliza sus propiedades expansivas y mejora la resistencia

o Suelo-Betun: Adicin de asfalto a suelos finos o Suelo-cemento: Adicin de cemento a suelos finos para mejorar su cohesin y

resistencia: o Otras: Adicin de diversos productos qumicos como cloruro de calcio u

agentes que modifican las propiedades de los suelos ( resistencia a las cargas y deformaciones)

La accin de los agentes genera:

Un alto potencial de intercambio inico (++++) Las partculas se aglomeran por atraccin electroqumica, sellando la

estructura porosa-capilar Aumenta la resistencia o capacidad portante Disminuye permeabilidad

Cualquier mtodo que se utilice para la estabilizacin siempre debe ir acompaado de la correspondiente compactacin.

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


2. MATERIALES ASFLTICOS

Producto slido, o lquido viscoso a temperatura ambiente, formado esencialmente por hidrocarburos y sus derivados, soluble en tricloroetileno, poco voltil y que se ablanda gradualmente al calentarse. Proviene de la destilacin de petrleos con base asfltica ) yacimientos de Medanito en Neuqun y Rio negro) Presenta color negro o parduzco y tiene propiedades de impermeabilidad y adhesividad. Se obtiene como producto en el refino del petrleo, aunque puede presentarse tambin formando depsitos naturales.

ASFALTOS DE USO VIAL:

Los distintos tipos de asfaltos de uso vial se pueden clasificar en tres grandes grupos:

Cementos asflticos

Asfaltos diluidos o cortados

Emulsiones asflticas

Los asfaltos de base utilizados en la tcnica vial son de consistencia slida a temperatura ambienten (penetracin 40-200) por lo que deben para poder utilizarlos en obra y mezclarlos con ridos debe necesariamente disminuirse su consistencia para transformarlos en fluidos por medio de:

1. Calentamiento: Cementos asflticos 2. Fluidificacin por incorporacin de disolventes: asfaltos diluidos

3. Por dispersin en un medio acuoso: Emulsiones

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Tipos de asfaltos utilizados:

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


3 - 4

5 - 10

12 - 18

18 - 24

24 - 40

24 - ~300

~40 - ~300

Nmero de

Carbonos Productos ligeros

Productos pesados

GLP

Gasolinas Querosenos

Gasleos

Lubricantes

Ful leo pesado

Bbetn

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


TECNOLOGAS UTILIZADAS EN LA CONSTRUCCIN DE CARRETERAS

1-MOVIMIENTO DE SUELOS Las cotas de proyecto de rasante y subrasante de las obras de pavimentacin establecen la necesidad de modificar el perfil natural del suelo, siendo necesario en algunos casos rebajar dichas cotas (desmontes), y en otros casos elevarlas (terraplenes). En el primer caso corresponde ejecutar un trabajo de " desmonte o excavacin", y en el segundo, un trabajo de "relleno o de terrapln". En ambos casos debe efectuarse lo que constituye propiamente un "movimiento de tierras. En todo proyecto de pavimentacin se consultan planos de perfiles longitudinales y transversales, relacionados con la lnea de la calzada. Estos planos deben servir como gua para establecer las cotas que definirn la alineacin y las alturas de excavacin o de relleno. Una vez definido el trazado en planta de una obra vial, es necesario conocer la conformacin del terreno circundante para definir la posicin final de la rasante, y las caractersticas de las secciones transversales que resultarn al imponer la plataforma de proyecto. Los diversos tipos de perfiles que se levantan, tienen por objeto representar con fidelidad la forma y las dimensiones que el terreno presenta segn los planos principales. Estos definen tridimensionalmente la obra en proyecto, a una escala que permita cubicar sus diversos componentes. Perfiles longitudinales del terreno. Se llama perfil longitudinal del terreno a la interseccin de ste con una superficie de generatrices verticales que contiene el eje del proyecto.

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Perfiles trasversales de terreno.

Se define como perfil transversal de un camino o carretera a la interseccin del camino con un plano vertical que es normal, en el punto de inters, a la superficie vertical que contiene el eje del proyecto. El perfil transversal tiene por objeto presentar en un corte por un plano transversal, la posicin que tendr la obra proyectada respecto del proyecto, y a partir de esta informacin, determinar las distintas cantidades de obra, ya sea en forma grfica o analtica.

MATERIAL PARA TERRAPLEN El material que se emplee en los rellenos, debe ser el apropiado segn la clasificacin de suelo y ensayos de laboratorio. Material que deber ser verificado preferentemente por el propio laboratorio, o en base a los mtodos prcticos de reconocimiento de suelos. Valor soporte adecuado (CBR) y sin inchamientos (bajos ndices plsticos).

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


EQUIPOS PARA MOVIMIENTO DE SUELOS

El relleno o terrapln debe ejecutarse por capas horizontales de espesor suelto no mayor de 20 cm, en todo el ancho de la calzada y en longitudes adecuadas, de acuerdo al mtodo empleado en la distribucin, mezcla y compactacin. En caso de ser transportado y vaciado mediante camiones, mototraillas, u otro equipo de volteo, la distribucin debe ser efectuada mediante Bulldozer, Motoniveladoras u otro equipo adecuado. Si el material no fuese uniforme, se debe proceder adems a mezclarlo hasta obtener la debida uniformidad. Al mismo tiempo, deber controlarse el tamao mximo de los elementos que integren dicho material, eliminando todo aquel que supere este tamao.

Topadoras

Mototraillas

Cargadoras y camiones

Excavadoras

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


2. COMPACTACIN

La compactacin es el procedimiento de aplicar energa al suelo suelto para eliminar espacios vacos, aumentando su densidad, mejorando el contacto entre partculas y en consecuencia mejorando su coeficiente de friccin, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Luego de la ejecucin de los rellenos con todos los procedimientos propios del mismo, debe procederse a la compactacin de ste. Para esta operacin, deber controlarse previamente el contenido de humedad, que debe corresponder a la humedad optima que determine el laboratorio. El material deber ser compactado con el grado que fije el laboratorio, de acuerdo al ensaye Proctor modificado y para cumplir con este requisito deben tenerse en consideracin los siguientes factores: a.-) Espesor de la capa de material suelto que se compacta. b.-) Tipo de suelo a compactar c.-) Numero de pasadas del rodillo o golpes de pisn, necesarios parta obtener el grado de compactacin establecido. d.-) Humedad en el momento de la operacin. En la mayor parte de los casos, ser necesario el empleo de maquinaria especializada, que puede ser la siguiente: Rodillo pata de cabra. Consta de los siguientes elementos: un tambor al cual van soldadas

una serie de patas; un marco que lleva los apoyos del tambor. Este tipo de rodillo se usa cuando se requiere una alta presin aplicada al material de relleno, entre 9 y 20 [Kg/cm2], que puede aumentar considerablemente si el tambor se rellena con aceite. Rodillo con ruedas neumticas. Consiste en un cajn metlico apoyado sobre ruedas neumticas. Este cajn, al ser llenado con agua, arena seca o arena mojada, ejerce una mayor presin de compactacin, con valores que pueden variar entre 3 y 8 [Kg/cm2].

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Rodillo vibratorio. En este caso al rodillo, formado por un tambor de acero al que se le ha

agregado vibracin, haciendo girar un contrapeso colocado excntricamente en el eje de giro, con frecuencias de 1000 a 4000 revoluciones por minuto. Placa compactadora. Esta, corresponde a una placa apisonadora que golpea y se separa del

suelo a alta velocidad logrando con ello la densificacin del suelo. La compactacin debe efectuarse comenzando en los bordes y avanzando hacia la lnea central en pasadas paralelas traslapadas en, por lo menos, una mitad del ancho de la unidad compactadora. Se requiere un nmero de pasadas suficiente para obtener el grado de compactacin exigido.

Esponjamiento

Todos los terrenos al ser excavados sufren un aumento de volumen. Este aumento de volumen, expresado en porcentaje del volumen en sitio, se llama esponjamiento. Si el material se emplea como relleno, puede en general, recuperar su volumen e incluso puede reducirse aun ms. (Volumen compactado).

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


3. CONSTRUCCIN DE BASES Y SUB BASES (utilizadas en Mendoza)

Las bases y sub-bases son capas de material ptreo adecuadamente seleccionadas para transferir las cargas de la carpeta de rodadura a la sub-rasante (Infraestructura-Suelo del natural). Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, la

ubicacin de estos materiales dentro de la estructura de un pavimento (superestructura), est dada por las propiedades mecnicas de cada una de ellas. MATERIALES: Material granular estabilizado. Mezcla de: agregados ptreos gruesos, intermedios y finos( arena) y con un pasa tamiz 200 inferior al 15%. Debe tener un CBR mayor o igual 80% para la bases y de 40% para las Subbase. El ndice plstico no debera superar el 6% para evitar variaciones volumtricas. La calidad de los agregados debe ser determinada con el ensayo de desgaste Los ngeles y debe ser inferior al 50%. Los materiales a utilizar en la base debern estar libres de residuos orgnicos o suelo vegetal. EQUIPOS:

Motoniveladoras: Mezclan los agregados y conforman superficialmente la capa. Regadores de agua: Incorporan el agua en el proceso de mezclado y en la compactacin. Equipos de compactacin: se utilizan rodillos vibratorios y rodillos neumticos para la terminacin superficial. Despus que el agregado haya sido esparcido, se le deber compactar por medio de rodillado y riego. La compactacin deber avanzar gradualmente desde los costados hacia el centro de la va en construccin. El rodillado deber continuar hasta lograr la densidad especificada y hasta que no sea visible el deslizamiento del material delante del compactador. La distribucin y el rodillado continuaran alternadamente tal como se requiere para lograr una base lisa, pareja y uniformemente compactada. No se deber compactar cuando la capa subyacente se encuentre blanda o dctil, o cuando la compactacin cause ondulaciones en la capa de la base.

Motoniveladora

Base

Suelo natural

Base : Capa sobre sub-base o sub-rasante destinada a sustentar la estructura del pavimento. Es la capa que recibe la mayor parte de los esfuerzos producidos por los vehculos. Regularmente esta capa adems de la compactacin, necesita otro tipo de mejoramiento (estabilizacin) para poder resistir las cargas del trnsito sin deformarse y adems transmitirlas en forma adecuada a las capas

inferiores.

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


4. CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS FLEXIBLES DE CONCRETO ASFLTICO

Pavimentos de tipo superior generalmente utilizados en carreteras importantes y su espesor contribuye resistencia al paquete estructural que forman junto con la base y sub-base. Este tipo de pavimento se elabora formando una mezcla en caliente de:

Agregados ptreos gruesos e intermedios

Arena

Filler ( cal o cemento)

Cemento asfltico

4.1 Preparacin de la Mezcla

Los ridos se pre-dosifican en volumen y luego son transportados hacia el horno tambor mezclador donde son calentados a 160C .Luego los ridos son transportados al Dosificador-Mezclador donde se le incorpora el filler y el Cemento asfltico(CA). Preparada la mezcla se abre el fondo del mezclador donde espera un camin volcador de caja metlica abierta.

4.2 Colocacin en Obra:

La mezcla preparada en planta es transportada a la obra con temperaturas que no deben descender por debajo de los 140C y descargada sobre la teminadora que distribuir el concreto asfltico sobre la base de la carretera que deber ser previamente preparada con un riego bituminoso de liga. Una vez distribuido el material sobre la base se procede a compactar con rodillos lisos y rodillos neumticos hasta alcanzar la densidad requerida (densidad Marshall)

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Controles: Se debe controlar la calidad de las mezclas elaboradas en la Planta Asfltica mediante la preparacin de probetas que son sometidas a compresin diametral y en donde se miden la carga y las deformaciones ( Estabilidad- Fluencia del Ensayo Marshall). De estas pastonadas tambin debe verificar la granulometra y su contenido de cemento asfltico. De los tramos de pavimentos terminados se deben extraer testigos para verificar su densidad, estabilidad y fluencia entre otros parmetros.

Terminadora

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


5. CONSTRUCCIN DE TRATAMIENTOS BITUMINOSOS:

5.1 Caractersticas principales: Est formado por riegos sucesivos de agregados ptreos y asfaltos (diluidos o emulsiones)

o Pavimento de bajo costo de construccin utilizado en carreteras de bajo transito (menos de 700 veh/dia).

o impermeabiliza la base estabilizada o la protege del desgaste ocasionado por el transito, o provee una superficie de mejor textura o lisura.

5.2 Tipos:

Simple: Una aplicacin de asfalto diluido o emulsin + 1 riego de agregado ptreo Doble: Dos aplicaciones de asfalto + dos aplicaciones de agregado ptreo ( grueso y

fino) Triple: Tres aplicaciones de asfalto + 3 aplicaciones de agregado ptreo ( grueso,

intermedio y fino)

5.3 Materiales y tecnologas empleadas.

Agregados ptreos: deben ser de un tamao o granulometra especifica para cada tipo y poseer forma adecuada cbica- (ensayo de cubicidad). El tamao de los ridos debe ser tal que deben rellenar los vacos superficiales dejados por la capa anterior. Asfaltos: Se utilizan asfaltos diluidos (Cemento asfltico + nafta) o emulsiones

bituminosas. Equipos Utilizados:

o Barredora sopladora o Regador de asfalto o Camin con volquete o Distribuidor de ridos o Rodillos neumticos y aplanadoras para la compactacin

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


UTN-FRM

Ingeniera Civil II


6. PAVIMENTOS DE HORMIGN

6.1 Caractersticas principales:

La resistencia del Hormign (alto modulo elstico comparado con el resto de los materiales de uso vial) le permite a los pavimentos de hormign distribuir las tensiones producto de la accin del transito en reas mucho mayores que en el caso de los pavimentos flexibles. Debido a esta propiedad las tensiones que se transmiten son muchos ms bajas y del orden de 0.24 Kg/cm2 permitiendo esta situacin construir pavimentos en suelos de baja resistencia. Este tipo de pavimento no necesita en principio una base como en el caso de los pavimentos asflticos, pero si se necesita que el apoyo sea uniforme.

E: 280.000 kg/cm2 a 450.000 kg/cm2 Tensin de Traccin por flexin: 30 a 55 kg/cm2

6.2 Factores que afectan a los pavimentos de H

Cargas del transito (peso y N de repeticiones de la carga)

Las Acciones hidro-trmicas: o contraccin restringida, primeras horas de vida del

hormign o El alabeo restringido (por el peso propio y las cargas)

El tipo de Sub-rasante.

4,8 m

Losa de 20 cm de espesor

P= 3.200 kg

Pi= 7,42 kg/cm2 presin aplicada (inflado)

0,24 kg/cm2

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


6.3 Principales Tipos de Juntas:

El propsito de ellas es controlar la fisuracin transversal y longitudinal debidas a los cambios del hormign fresco y el alabeo restringido. Juntas longitudinales Sirven para dividir trochas y controlan las fisuras longitudinales. Si se hormigonan ambas juntas a la vez:

Junta de expansin

Proveen el espacio necesario para la dilatacin de las losas de hormign

Juntas de contraccin

Adems de localizar y controlar las fisuras de contraccin y/o de alabeo restringido deben tener adecuada capacidad de transferencia de carga a la losa contigua.

: Si el hormigonado es por trocha se usa

el siguiente tipo de junta

Si se hormigona ambas trochas, se aserra la junta posteriormente (12-18 hs)

Capuchon plstico p/ permiir dilatacin

Pasador de acero liso engrasado =h/8

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


6.4 Materiales utilizados:

El material utilizado para la construccin de los pavimentos rgidos son hormigones de buena calidad y trabajabilidad (Hormigones tipo H21). La resistencia del hormign se comprueba los ensayos de traccin por flexin y dicha resistencia no debe ser inferior a 50kg/cm2. Esta resistencia nos asegura un buen comportamiento ( efecto viga) y permitir resistir los esfuerzos provocados por la accin del transito, del clima y transmitir bajas tensiones a la subrasante. 6.5 Proceso constructivo

1. Ejecucin de la sub-base granular 2. Preparacin del hormign. Debe hacerse en planta con dosificacin por pesadas.

Tiempo mezclado mnimo 60 seg.

3. Transporte a obra: deben realizarse perfectamente en camiones hormigoneros en donde el tiempo mximo entre la elaboracin y la colocacin no debe exceder de 45 minutos.

4. Extendido:

a) Grandes obras: con maquinas extendedoras que se desplazan sobre los

moldes que sirven como rieles. Son de alto rendimiento. b) Pequeas obras:

1. Se acomoda manualmente y se vibra con regla vibratoria

2. Fratazado manual para corregir imperfecciones 3. Cinta o correa para agregar rugosidad superficial. 4. Se construyen las juntas correspondientes

6. Curado:

a) Por inundacin b) Manta de polietileno 20 micrones c) Pelcula qumica

7. Aserrado de juntas 8. Sellado de juntas: 9. Librado del trnsito: 20 das

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Fotos de Pavimentos de Hormign:

Terminadora: Coloca, distribuye, vibra y conforma la cinta de pavimento de Hormign dejendo lista la superficie para la operacin de curado.

Aserrado de Juntas longitudinales y transversales:

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


Trabajo Prctico N 8

Tema: Obras Viales

Objetivo. Integrar conocimientos de materias bsicas a la Tecnologa de

construccin de Obras Viales. Desarrollo: Los alumnos realizaran una recopilacin de informacin bsica

acerca de los siguientes temas y su relacin con las obras Viales.

Capilaridad: Introduccin terica y su relacin con fenmenos capilares en suelos.

Soluciones: Concepto y tipos de soluciones empleadas en la practica vial. Emulsiones: Concepto y tipos utilizados en la tcnica Vial. Dilatacin Trmica: Conceptos tericos y su aplicacin en pavimentos

rgidos. Calculo de dilataciones para pavimentos de hormign. Calculo de volmenes: Aplicacin prctica del clculo de volmenes de

suelos. Recopile formulas y procedimientos para el clculo de volmenes aprendidos hasta ahora.

Ejercicios a Resolver:

1. Calcule la dilatacin trmica que sufrir un pavimento de Hormign simple de

7.60 m de ancho, 0.20 m de espesor y 250 m de largo. La mxima diferencia

trmica ser de t=50 C. Calcule la dilatacin para una sola losa de 5 m de longitud.

2. Determine el volumen de suelo comprendido entre las dos figuras siguientes:

d

A

A'

B'

B

r

r

UTN-FRM

Ingeniera Civil II


W1 1 2 3 4 5 6 7

a 13.00 13.5 12 14 16 18 11

B= 18.00 22 21 20 25 26 14

H= 1.25 1 1.8 1.90 2 2.10 0.80

L= 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00

d= separacion entre W1 y W2

W2

1 2 3 4 5 6 7

a 13.00 13.5 12 14 16 18 11

B= 18.00 22 21 20 25 26 14

H= 1.25 1 1.8 1.90 2 2.10 0.80

h= 1.00 0.7 1.3 1.40 1.8 1.90 0.70

L= 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00

GrupoDimension

es (m)

Dimension

es (m)

Grupo

B

a

H h

H

B

a

obras viales utn civil ii

Documents