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UNIDAD 01 SEMANA N° 03

METODO WYOMING

Docente: Miguel Fernández Choquepuma

SESIÓN Nº001 INFORMACIÓN GENERAL

Presentación: Nombre Profesión Especialización

: Miguel Angel Fernández Choquepuma : Ingeniero Civil - Master en Sistemas Integrados de Gestión – U Murcia - Estudios en Maestría en Ingeniería Vial con Mención en Carreteras, Puentes y Túneles-URP - Estudios en Maestría en Gestión Pública - USMP - MBA EUDE Business School – URJC - Cursando Master BIM Manager for Project Management & Lean Construction Universidad Pablo de Olavide – Sevilla - Estudios de Diplomados Universidad Corporativa Cosapi

Cargo

:

Correo

:

Teléfono

:

Jefe de Costos 1B– Consorcio Constructor L2 Metro [email protected] [email protected]

971427503

UNIDAD 01 SEMANA N° 03

METODO WYOMING Docente: Miguel Fernández Choquepuma

Interés

Este método para calcular pavimentos flexibles fue presentado por los ingenieros I. E. Rusell y D. J. Olinger, del Departamento de Carreteras del Estado de Wyoming. Basan su método en al CBR del terreno de fundación, y mediante el nomograma podremos diseñar las capas del pavimento.

AGENDA 1. Determinar los espesores de cada capa del pavimento. 2. Describir el método WYOMING para diseño de pavimento 3. Entender el procedimiento a seguir para la obtención de los espesores del pavimento

LOGRO DE LA SESIÓN Al termino de esta sesión el ESTUDIANTE será capaz de Entender y realizar el procedimiento para la obtención de los espesores del pavimento con el método de WYOMING

MÉTODO DE WYOMING. Este método considera un mayor número de parámetros de diseño, a los que califica según tablas de valores específicos para el método; para luego de haber encontrado la calificación general determinar la curva de diseño. La carga tipo es de 5000 lib/rueda; por lo que debe transformarse las diferentes cargas vehiculares a cargas equivalente de 5000 lib/rueda. Finalmente tomando el nomograma correspondiente y conocido el CBR de la subrasante y de los materiales a usar y seleccionado la curva de diseño encontrar las dimensiones de las diferentes capas del pavimento.

MÉTODO DE WYOMING. Este método para calcular pavimentos flexibles fue presentado por los ingenieros I. E. Rusell y D. J. Olinger, del Departamento de Carreteras del Estado de Wyoming. Basan su método en al CBR del terreno de fundación. FACTORES A CONSIDERAR: A. B. C. D. E.

Precipitación anual del lugar Situación de la napa freática Acción de tas heladas Condiciones Generales Existentes (Drenaje subterráneo). Tránsito, calculado para un periodo de 20 años.

superficial

y

MÉTODO DE WYOMING. FACTORES A CONSIDERAR: A. Precipitación anual del lugar B. Situación de la napa freática C. Acción de las heladas D. Condiciones Generales Existentes (Drenaje superficial y E. Tránsito, calculado para un periodo de 20 años.

A cada uno de estos factores se le asigna un determinado valor, y la suma de éstos, determina la curva a emplearse para el diseño del pavimento.

subterráneo).

MÉTODO DE WYOMING. A. PRECIPITACIÓN ANUAL: Estos datos correspondientes deberán ser tomados preferentemente de las informaciones que se obtengan de las Estaciones Pluviométricas cercanas al lugar donde se proyectara el pavimento. Los valores asignados se indican en la Tabla N° 1 Por ejemplo de acuerdo con la tabla de precipitaciones anuales del orden de 5 a 10 pulgadas, el valor asignado a la zona de estudio es de 0, es decir que este valor no tiene ninguna influencia en el pavimento. PRECIPITACION ANUAL Pulgadas

mm

Valores Asignados 0

5 – 10

127 – 254

10 – 15

254 – 381

1

15 – 20

381 – 508

3

20 – 25

508 – 635 ( Irrigación Baja )

6

25 – 30

635 – 1270 ( Irrigación Alta )

10

TABLA N° 1 Valores asignados para precipitaciones anuales

También hay otra condición especial, cuando en zonas de lluvia no hay un drenaje superficial adecuado (zona de topografía plana, es decir, zona muy irrigable), la precipitación de 20-25 pulg. cuyo valor sería 6, en este caso el valor real sería 10.

MÉTODO DE WYOMING. B. SITUACIÓN DE LA NAPA FREÁTICA Establece e indicar la profundidad a la que se encuentra el nivel de agua subterránea, con respecto al terreno de fundación. Profundidad de la napa freática, debajo del terreno de fundación A mucha (Mayor de profundidad 3m.) De 6 a 10 pies (1.8 – 3.0 m.) De 4 a 6 pies (1.2 – 1.8 m.) De 2 a 4 pies (0.6 – 1.2 m.)

Valores asignados 0 1 3 5

TABLA N° 2 Valores asignados para situación de la Napa Freática.

Concluyendo, se recomienda, como valores mínimos de la profundidad de la napa freática, los siguientes: • Si el material de subrasante es fino; 1.80 m de nivel freático. • Si el material de subrasante es grueso; 1.20 m de nivel freático.

MÉTODO DE WYOMING. C. ACCIÓN DE LAS HELADAS Las heladas también contribuyen en forma decisiva en el comportamiento de un pavimento. Generalmente se producen heladas en las zonas donde la temperatura media del día permanece por debajo de 0℃. Para determinar cómo influyen las heladas, se tiene una clasificación de éstas, que está en función del aumento de volumen que se produce en el suelo por efecto de las heladas, entonces se puede medir la profundidad de las huellas y el hinchamiento de éstas. CLASIFICACION: • HELADAS LIGERAS: Cuando no hay señales de grandes hinchamientos ni de otros que afecten el pavimento. • HELADAS MEDIANAS: Cuando produce hinchamientos de 2′′, aproximadamente con señales de debilitamiento del terreno de fundación. • HELADA PERJUDICIAL: Si el hinchamiento causado por la helada, es mayor de 2” (5 cm) y hay pérdida notoria en la capacidad portante del terreno de fundación.

MÉTODO DE WYOMING. C. ACCIÓN DE LAS HELADAS

Los valores que se asignan a cada tipo de helada, se indican en la siguiente tabla: Clase de heladas

Huella

Ninguna

Valores asignados 0 1

Ligera 3 Mediana Perjudicial

8

TABLA N° 3 Valores asignados para heladas

En el Perú, de una manera general no se considera la influencia de las heladas, salvo en la zona del Ticlio.

MÉTODO DE WYOMING. D. CONDICIONES GENERALES Dentro de estas condiciones generales están los Drenajes, tanto superficial como subterráneo, así como otras condiciones que puedan afectar el diseño de un pavimento, se toman en consideración. Condiciones generales de drenaje Excelente Regular Adverso (si no hay ningún drenaje y el suelo es arcilloso)

Valores asignados 0 2 6

TABLA N° 4

En el Perú, de una manera general no se considera la influencia de las heladas, salvo en la zona del Ticlio.

MÉTODO DE WYOMING. E. TRÁNSITO La carga de diseño es la carga por rueda de 5,000 lb. Como no todos los vehículos tienen esta carga, se tiene que expresar el tránsito en Carga Equivalentes a 5000 lb. El período de cómputo es referido a 20 años, tiempo en el cual se supone que se duplicará el tránsito. Carga por rueda % TCDP Días Años F(factor de total (lb) conversión) 4500 – 5500 5500 – 6500 6500 – 7500 7500 – 8500 8500 – 9500 9500 o más Tránsito total reducido a cargas equivalentes de 5000 lb por rueda durante 20 años

Factor Tránsito

Tabla 5. Cálculo del tránsito para diseño

Una vez que se ha determinado las repeticiones de carga equivalente a las 5,000 lb por rueda, se verá qué valor se le asigna a este tráfico empleando la Tabla 6.

MÉTODO DE WYOMING. E. TRÁNSITO Los coeficientes de cargas mayores a 5,000 lb. Tendran su equivalente a cargas menores de 5,000 lb. Siendo: • Carga de 4,500 - 5.500 lb/rueda, Fc : 1 • Carga de 5,500 - 6.500 lb/rueda, Fc : 2 Si se tiene 300 vehículos de carga por rueda de 6,500 lb la reducción será: 300 x 2 = 600 vehículos; entonces se consideran a estos de 5,000 lb.

MÉTODO DE WYOMING. CURVAS DE DISEÑO La suma de todos los valores asignados en a, b, c, d y e determinará la curva a emplearse para el diseño de un pavimento flexible.

Tabla 7. Tabla de Relación entre la suma de valores asignados y la curva de diseño

Determinando a la curva de diseño y conociendo la relación de la resistencia de california (CBR) para cada material a emplearse en cada capa, se encuentra sus espesores empleado el diagrama que se encuentra en la figura.

MÉTODO DE WYOMING. CURVAS DE DISEÑO

EJEMPLO Diseñar el pavimento flexible, por el método de Wyoming para una carretera que pasa por una región plana altamente irrigable, donde el nivel de la napa freática se halla a 3 pies por debajo del terreno de fundación, y donde la acción de las heladas es perjudicial. Las condiciones generales son adversas. El CBR del terreno de fundación es 8%. Además se cuenta con dos canteras para obtener: Material de préstamo cuya capacidad de soporte es 14% y de un material granular con un CBR de 52%. Sea el Tránsito Diario Actual de 538 vehículos y el Tránsito Comercial Diario Actual de 143 vehículos, Si los porcentajes de vehículos son: Carga/Rueda 4500 5500 5500 6500 6500 7500 7500 8500 8500 9500 9500 o mas

% 13.17 15.30 11.76 14.11 6.21 5.84

Solución: Cumpliendo con los factores: A. Precipitación anual del lugar Por ser una zona altamente Irrigable se considera la precipitación entre 25 a 30 pulgadas con un valor asignado de 10.

B. Situación de la napa freática Por tener el nivel freático a 3 pies por debajo del terreno de fundación encontrándose entre 0.60 a 1.20m se le asigna un valor de 5.

PRECIPITACION ANUAL Pulgadas

mm

Valores Asignados 0

5 – 10

127 – 254

10 – 15

254 – 381

1

15 – 20

381 – 508

3

20 – 25

508 – 635 ( Irrigación Baja )

6

25 – 30

635 – 1270 ( Irrigación Alta )

10

Profundidad de la napa freática, debajo del terreno de fundación A mucha (Mayor de profundidad 3m.) De 6 a 10 pies (1.8 – 3.0 m.) De 4 a 6 pies (1.2 – 1.8 m.) De 2 a 4 pies (0.6 – 1.2 m.)

Valores asignados 0 1 3 5

Solución: C. Acción de tas heladas Tiene la acción de las heladas de la clase Perjudicial se le asigna un valor de 8.

Cumpliendo con los factores: D. Condiciones Generales Existentes (Drenaje superficial y subterráneo). Las condiciones generales son Adversas se le asigna un valor de 6. Condiciones generales de drenaje Excelente Regular Adverso (si no hay ningún drenaje y el suelo es arcilloso)

Valores asignados 0 2 6

Solución: Cumpliendo con los factores: E. Tránsito, calculado para un periodo de 20 años. Tránsito diario actual: TDA = 538 vehículos Tránsito diario comercial actual: TDCA = 143 vehículos Tránsito diario comercial al cabo de 20 años (Se duplica): TDC 20 AÑOS = 143 x 2 = 286 vehículos Tránsito comercial diario, promedio en 20 años (TCDP): TCDP 20 AÑOS = (286+143)/2 = 214.5 = 215 𝑣𝑒ℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠

Cálculo del número de repeticiones de carga de 5,000 lb. por rueda en el periodo de 20 años. TCDP Carga/Rueda % DIAS AÑOS f 4500 5500 13.17 215 365 20 1 5500 6500 15.3 215 365 20 2 6500 7500 11.76 215 365 20 4 7500 8500 14.11 215 365 20 8 8500 9500 6.21 215 365 20 16 9500 o mas 5.84 215 365 20 32 Transito Total reducido a Cargas Equivalentes de 5,000lb/rueda durante 20 años

Factor de Transito 206,703 480,267 738,293 1,771,652 1,559,455 2,933,082 7,689,452

Solución: Cumpliendo con los factores: E. Tránsito, calculado para un periodo de 20 años. ………….Como las vías son de dos sentidos, y el tránsito de diseño es de uno solo, entonces: Tránsito considerado para el diseño, en una sola dirección = 3’844,726 De acuerdo al tránsito reducido de cargas se le asigna un valor de 6.

Solución:

Por lo tanto hacemos un resumen obteniendo los siguientes valores.

Factores Precipitación anual: Napa freática: Acción de las heladas: Condiciones generales: Tránsito:

Valor Asignado 10 5 8 6 6 35

CURVAS DE DISEÑO La suma de todos los valores asignados en A, B, C, D y E, determinará la curva a emplearse para el diseño de un pavimento flexible.

Solución: CURVAS DE DISEÑO La suma de todos los valores asignados en A, B, C, D y E, determinará la curva a emplearse para el diseño de un pavimento flexible. SUMA DE VALORES ASIGNADOS

CURVA QUE DEBE EMPLEARSE PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO

De 0 a 2

4

3-6

5

7 -11

6

12 - 17

7

18 - 24

8

25 -32

9

33 - 41

12

42 - 53

15

Por lo tanto la curva de diseño será 12, y los datos del CBR de las capas granulares se Emplean en el Abaco o gráfico, obteniendo lo siguiente: Datos: • CBR = 8%, para terreno de fundación • CBR = 14%, para capa de Sub-base. • CBR = 52%, para capa de Base.

MÉTODO DE WYOMING. CURVAS DE DISEÑO

3.5

9.03

12.43

SOLUCIÓN: De lo anterior tenemos: • Espesor encima del terreno de fundación, con CBR de 8% = 12.43”. • Espesor encima de la sub-base, con CBR de 14% = 9.03”. • Espesor de la Sub-base es: 12.43 - 9.03 = 3.40” • Espesor encima de la Base, con CBR de 52% = 3.5 • Luego, espesor de la Base es: 9.03 - 3.5 = 5.53” RESULTANDO: • Carpeta Asfáltica = 3.5” Inc. Piedra Triturada 8.89 cm • Base Granular = 5.53” = 14.05 cm • Sub base Granular = 3.4” = 8.90 cm

Experiencia ESTRUCTURA

PPT

Tarea: Determine el espesor del pavimento según los siguientes Datos • • • • • • • •

CBR = 3%, para terreno de fundación o sub rasante CBR = 16%, para capa de Sub-base. CBR = 57%, para capa de Base. Se tiene previsto construir un pavimento que tiene precipitaciones anuales comprendidas entre 508 – 635 mm. al año, lo que le corresponde un valor asignado de ………………. El estudio de suelos indica que la napa freática esta a 1.00 mts. de profundidad por debajo del terreno de fundación, lo que le corresponde un valor asignado de……. El terreno no está en la zona de heladas ni está constituido por arcillas expansivas, por lo que le corresponde un valor asignado de ………. De topografía plana y estando la sub – rasante constituida por suelo A – 6, por lo que las condiciones de drenaje serán correspondiéndole un valor asignado de…….. Con un tránsito reducido a cargas equivalentes a 5000 lbs. Por rueda durante 20 años, se ha calculado en 13.5 millones por lo que le correspondería un valor asignado de ……….

Experiencia ESTRUCTURA

PPT

Tarea: Determine el espesor del pavimento según los siguientes Datos • • • • • • • •

CBR = 3%, para terreno de fundación o sub rasante CBR = 16%, para capa de Sub-base. CBR = 57%, para capa de Base. Se tiene previsto construir un pavimento que tiene precipitaciones anuales comprendidas entre 508 – 635 mm. al año, lo que le corresponde un valor asignado de 6. El estudio de suelos indica que la napa freática esta a 1.00 mts. de profundidad por debajo del terreno de fundación, lo que le corresponde un valor asignado de 5. El terreno no está en la zona de heladas ni está constituido por arcillas expansivas, por lo que le corresponde un valor asignado de 0. De topografía plana y estando la sub – rasante constituida por suelo A – 6, por lo que las condiciones de drenaje serán correspondiéndole un valor asignado de 6. Con un tránsito reducido a cargas equivalentes a 5000 lbs. Por rueda durante 20 años, se ha calculado en 13.5 millones por lo que le correspondería un valor asignado de 21.

Experiencia ESTRUCTURA

PPT VALOR ASIGNADO

PRECIPITACION ANUAL ( en mm. )

PROFUNDIDAD DE LA NAPA FREATICA DEBAJO DEL TERRENO DE FUNDACION CLASE DE HELADA Y/O HINCHAMIENTO

CONDICIONES GENERALES DE DRENAJE TRANSITO, REDUCIDO A CARGAS EQUIVALENTES A 5, 000 lb. POR RUEDA DURANTE 20 AÑOS

127 – 254 254 – 381 381 – 508 508 – 635 ( irrigación baja ) 635 – 1270 ( irrigación alta ) A MUCHA PROF. ( > 3m. ) 1.8 – 3.0 m. 1.2 – 1.8 m. 0.6 – 1.2 m. NINGUNA LIGERA MEDIANA PERJUDICIAL EXCELENTE REGULAR ADVERSA 0 a 1 millón 1–2 “ 2–3 “ 3–5 “ 5–7 “ 7–9 “ 9 – 11 “ 11 – 13 “ 13 – 15 “ MAYOR DE 15 “

0 1 3 6 10 0 1 3 5 0 1 3 8 0 2 6 0 2 4 6 9 12 15 18 21 24

SUMA DE VALORES ASIGNADOS De 0 a 2 3–6 7 – 11 12 – 17 18 – 24 25 – 32 33 – 41 42 – 53

CURVA QUE DEBE EMPLEARSE PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO. 4 5 6 7 8 9 12 15

Por lo tanto la suma de los valores asignados es de 38, al que le corresponde una curva de 12 de diseño.

Experiencia ESTRUCTURA

PPT

Solución

Entrar al grafico con los valores de CBR y la curva 12

3.5”

CBR = 57% CBR = 16% CBR = 3%

-> 23” Espesor sobre ella - CBR = 3%, Sub rasante - CBR = 16%, para capa de Sub-base. -> 10” Espesor Sobre ella - CBR = 57%, para capa de Base -> 3.5” sobre ella 3.5”= 2” de capa de rodamiento bituminoso y 1 ½” de piedra triturada

10” 23” 13”

Referencias

REREFENCIAS

•

Los Pavimentos en las vías terrestres, Calles, carreteras y Aeropistas. Jose Céspedes Abanto, 1era Edición