Determinación de Capacidad de Carga con Estabilómetro Hveem y Diseño Estructural de Pavimentos Flexibles (Método UNAM)

Método Basado en la Prueba Triaxial: Estabilómetro de Hveem

Mediante este método se determina la capacidad de carga, conocida como el Número de Estabilidad, el cual se representa con la letra R.

La fórmula para determinar R se basa en las siguientes variables:

• R: Número de estabilidad (Adimensional).
• P_v: Presión vertical, que para fines de la prueba toma un valor de 11.2 kg/cm².
• P_h: Presión horizontal leída u observada en el manómetro del equipo.
• D: Desplazamiento o "Número de vueltas" que debe dar la manivela de la bomba para incrementar la presión horizontal de 0.35 kg/cm² hasta 7 kg/cm².

Preparación de la Muestra

1. Secado: Se seca el material, de preferencia al sol. Si no es posible, se utiliza un horno, siempre y cuando la temperatura no exceda los 60 °C.
2. Cribado y Selección: Se desgrana y se criba el material.
   • Si el 75% del material pasa la malla de 3/4", la muestra se elaborará con esta porción.
   • Si se retiene más del 75% de la muestra en la malla de 3/4", la muestra se elaborará con el material que haya pasado la malla de 1" y haya sido retenido en la malla de 3/4".

Elaboración del Espécimen

Se toma una porción de este material que se considere suficiente para elaborar un espécimen de 4" $\Phi$ y 2.5" de espesor. Se le agrega de 1/2 a 2/3 de la cantidad de agua con la que se considera saturar el material. Se deja reposar durante 12 horas en un frasco bien tapado. Después de las 12 horas, se agrega al material el resto de la cantidad de agua con la que se considera saturar.

Compactación

1. Se divide el material en 20 porciones iguales y se deposita cada una de esas porciones en el molde, proporcionándole 1 golpe con el pistón calibrado a una presión de 1.05 kg/cm².
2. Una vez depositadas las 20 porciones en el molde, se le dan 10 golpes con el mismo pistón para uniformizar el material.
3. Para compactar la muestra, se aumenta la presión del pistón a 24.5 kg/cm². Se le proporcionan 100 golpes a la muestra. Si antes de los 100 golpes se observa la presencia de agua en la orilla del molde, se suspende la compactación y se anota el número de golpes.

Procedimiento de Prueba

1. Se aplica una presión horizontal inicial de 0.35 kg/cm² con la manivela (bomba).
2. Enseguida, con el pistón de carga, se aplica una presión vertical con una velocidad de aplicación de 0.12 cm/min.
3. Cuando la presión vertical (P_v) alcance un valor de 11.2 kg/cm², se obtiene el valor de la presión horizontal (P_h).
4. En el momento en que la presión vertical llega al valor de 11.2 kg/cm², esta presión se disminuye a la mitad de su valor, es decir, a 5.6 kg/cm².
5. Con la bomba, se disminuye la presión horizontal hasta llegar nuevamente a su valor inicial de 0.35 kg/cm².
6. Se incrementa la presión horizontal con la manivela de 0.35 kg/cm² hasta 7 kg/cm². En ese momento se obtiene D, que es el número de vueltas que dio la manivela para incrementar esta presión.
7. Se aplica la fórmula para determinar R (Número de Estabilidad de Hveem).

Diseño de Pavimentos Flexibles por el Método de la UNAM

Parámetros Fundamentales

El diseño se divide en dos parámetros principales:

1. Aplicación de la Carga (Cálculo del Tránsito)

Este parámetro implica la obtención del tránsito (T.D.P.A. - Tránsito Diario Promedio Anual), que es el volumen de tránsito mezclado y en dos direcciones. Se obtiene mediante aforos, que son contadores de número de vehículos que registran un cierto volumen de vehículos de acuerdo con su tipo.

Variables utilizadas:

• n: Años de vida útil (volumen de tránsito en un año).
• r: Tasa de crecimiento vehicular anual.

Volumen de tránsito acumulado en n años de vida útil y una tasa r de crecimiento vehicular anual.

• T_o: Volumen de tránsito en el primer año de servicio (T.D.P.A.) convertido a ejes equivalentes de 8.2 tn y en el carril de diseño.
• C': Coeficiente de acumulación de tránsito en n años de vida útil y una tasa r de crecimiento vehicular anual.

Obtención de C': Se obtiene gráficamente mediante la gráfica para estimar el tránsito equivalente acumulado.

Fórmula:

2. Soporte de la Carga (V.R.S. Diseño)

El método de la UNAM solo permite diseñar con la prueba V.R.S. (Valor Relativo de Soporte).

Fórmula de Diseño:

$$V.R.S._{Diseño} = V.R.S._{Laboratorio} (1 - C V)$$

Definición de Variables:

• C: Coeficiente de seguridad que depende del valor de confianza. Se recomienda para el diseño un nivel de confianza del 90%. Se obtiene de la tabla de la parte inferior derecha de la gráfica de diseño estructural de carreteras con pavimento flexible (UNAM).
• V: Coeficiente de variación de los valores de la prueba. Este se obtiene del laboratorio, el cual proporciona los datos de cómo fueron variando los valores de la prueba.