OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO HORMIGÓN.


Tipificación.- Los hormigones se tipifican, de acuerdo con su resistencia de proyecto a compresión, a  los 28 días, en probetas cilíndricas normales, en la CBH 87, según la siguiente serie:

H12.5; H15; H17.5; H20; H25; H30; H35; H40; H45; H50; H55

Esta indica que los tipos H12.5 a H25 se emplean en estructuras de edificación, y los restantes de la  serie encuentran su principal aplicación en obras importantes de ingeniería y en prefabricación.

La Norma EHE recomienda utilizar la siguiente serie:

20, 25, 30, 35, 40, 45, 50

En la cual las cifras indican la resistencia característica especificada del hormigón a compresión a 28 días, expresada en MPa; La resistencia de 20 MPa se limita en su utilización a hormigones en masa.


DEFINICIONES DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN HORMIGÓM.


Las distintas normas definen, resistencias nominales, con las que se realizan los cálculos y los controles de calidad de los hormigones. En la tabla 7.4 se hace una comparación entre la diferente nomenclatura que tienen las 3 normas nombradas en este texto.

TABLA 7.4 DEFINICIONES DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SEGÚN LA CBH 87, EHE Y LA ACI.

Bombas tornillo.



Las bombas helicoidales constituyen una modernización del llamado tornillo de Arquimedes. En los últimos años, su uso se ha intensificado principalmente en Europa. Su funcionamiento es al aire libre, y por tanto a presión atmosférica. La altura que se puede vencer, equivale al desnivel existente entre las extremidades del tornillo, colocado en su posición de funcionamiento.

La capacidad de bombeo, en términos de caudal, es definida de modo general por el diámetro del tornillo y la velocidad de retención. La potencia absorbida es calculada por la fórmula general utilizada en bombas centrifugas.

El rendimiento es relativamente bajo, debido principalmente a fugas que se verifican el la separación existente entre la hélice y la canaleta que la contiene.


Bombeo: Bombas centrífugas.


Las bombas centrifugas, accionadas por motores eléctricos o de combustión interna, son dispositivos de uso más frecuente y son fabricadas distintas varias capacidades. Desde el punto de vista técnico, hay ciertas peculiaridades que caracterizan a las bombas para aguas residuales. Por el hecho de impulsar liquidos sucios que contienen materias en suspensión deben poseer un tipo especial de rotor (impulsor).

Las bombas deben generalmente trabajar ahogadas, esto es con carga en la entrada, de manera que el funcionamiento, en su inicio, se produzca sin la necesidad de la operación previa de cebado. De ésta manera se obtienen las siguientes ventajas:

1.-  Prescindir de la válvula de pié, cuyo funcionamiento seria deficiente, con liquidos que contienen sólidos.
2.-   Se facilitan las condiciones para la automatización del funcionamiento del equipo de bombeo.

En la mayoria de los casos, las bombas centrifugas para aguas residuales utilizadas en estaciones de bombeo, trabajan en forma intermitente, debido a la oscilación de los caudales de  llegada,  es  por  esto  que  es  recomendable  lograr  que  la  operación  sea  totalmente automatizada.

Entre los tipos de bombas centrifugas para aguas residuales que se utilizan en estaciones de bombeo, se destacan las siguientes:

a)    De eje horizontal
b)   De eje vertical para instalación en pozo húmedo, esto es, dentro del pozo de bombeo.
c)    De eje vertical para instalación en pozo seco.
d)   Conjunto moto – bomba sumergible.

Las bombas de eje vertical de los tipos b y c ofrecen, frente a los otros tipos, la ventaja de poder ser operadas por motores instalados en niveles superiores libres de posibles inundaciones. La longitud del eje de accionamiento, que no debe ser exagerado, y los problemas de su mantenimiento, son aspectos que deben ser examinados convenientemente en la fase de Proyecto.

Para determinar la capacidad de una bomba centrifuga y seleccionar el modelo correspondiente, es necesario como en el caso de agua limpia, conocer fundamentalmente el caudal de bombeo y la altura dinámica total.

Bombeo: Eyectores neumáticos.



Los eyectores tienen la ventaja de poder recibir las aguas residuales sin cribado previo lo que no causa daño al sistema, están construidos por una cámara metálica a la cual el agua residual es conducida  directamente  desde  un  colector  alimentador.  Cuando  el  nivel  alcanza  una  altura determinada, automáticamente un comando eléctrico acciona un compresor que inyecta aire en la cámara con lo que el agua residual es impulsada a la tubería de salida. Las válvulas de entrada y salida también funcionan automáticamente no requiriéndose de operación manual alguna.

Debido a que los eyectores funcionan con aire a presión es obvio que juntamente con la cámara receptora se debe instalar un compresor y eventualmente un recipiente de aire comprimido. El conjunto se debe complementar con la instalación de un tablero eléctrico de control.

Sistemas de bombeo.



Los principales dispositivos, actualmente en uso, para la elevación de las aguas residuales, son bombas eyectoras, bombas centrifugas y bombas helicoidales.

Bombeo: Eyectores neumáticos.

Pavimento concreto asfáltico: Caracterización de los materiales.



Para el diseño de los espesores de una sección estructural del pavimento flexible, el método del Instituto del Asfalto considera importante caracterizar los materiales mediante la determinación del Módulo de Resiliencia (MR).

En orden de facilitar el uso de los ábacos de diseño con otros ensayos ampliamente usados, se han establecido correlaciones con el Índice de Soporte California (CBR).

El módulo de resiliencia puede ser aproximado de los valores de los ensayos CBR según la relación:

MR (MPa) = 10.3 CBR o
MR (psi) = 1500 CBR.

Las correlaciones anteriores solo se aplican a materiales de la subrasante, no así a materiales granulares utilizados en las capas de sub-bases o base.

Para la caracterización de los materiales se recomienda el uso de métodos de ensayos establecidos por las normas AASHTO y ASTM:

TABLA VI.7. Ensayos de Suelos de la Subrasante y Tamaños de Pruebas

 

El módulo de resiliencia de la subrasante de diseño está definido como el valor del módulo de resiliencia de la subrasante que es menor del 60, 75, ó 87,5 por ciento de todos los
valores del ensayo en la sección. Estos porcentajes se relacionan a los niveles de tráfico como se muestra en la Tabla VI.8.

Tabla VI.8. Valor Percentil del MR para Diseño de la Subrasante, de acuerdo al nivel del Tránsito.
 
El procedimiento gráfico para determinar el Módulo de Resiliencia de la Subrasante de Diseño, MR, es el siguiente:

(1)   Seleccione el Tráfico de Diseño EAL.

(2)   Pruebe seis a ocho muestras de subrasante. Convierta los datos de ensayo del CBR al valor del módulo de resiliencia de la subrasante.

(3)   Coloque todos los valores en forma descendiente al orden numérico.

(4)   Para cada cambio en el valor del ensayo, empezando con el valor más bajo, calcule el porcentaje del número total de valores al que son iguales, o mayor que el valor del ensayo.

(5)   Trace los resultados en el papel de sección de cruz.
(6)   Dibuje una curva lisa que mejor se ajuste a través de los puntos trazados. (Nota: si los datos del ensayo están bien distribuidos, la curva debe tener una forma de “S” y el valor del 50 por ciento debe caerse cerca del promedio de los datos.)
(7)   Lea de la curva el valor de resistencia de la subrasante en el valor del porcentaje apropiado mostrado en la Tabla VI.8. Éste es el valor de resistencia de la subrasante de diseño.



Pavimento concreto asfáltico: Determinación EAL de diseño.



El procedimiento para determinar el EAL de Diseño es el siguiente:

(1)   Determine el número promedio de cada tipo de vehículo esperado en el Carril de Diseño durante el primer año de tráfico.

(2)   Seleccione de la Tabla VI.5, un Factor de Camión para cada tipo del vehículo encontrado en el paso (1).

(3)   Seleccione, de la Tabla VI.2, un Factor de Crecimiento para todos los vehículos, o Factores de Crecimiento separados para cada tipo del vehículo, apropiado para el período de diseño.

(4)   Multiplique el número de vehículos por el Factor de Camión y por el Factor de Crecimiento (o Factores) determinados en los pasos (2) y (3).

(5)   Sume los valores determinados para obtener el EAL de Diseño.

La Tabla VI.6 es un ejemplo de hoja de cálculo que muestra el cálculo de EAL de Diseño para una carretera rural de cuatro carriles.


Tabla VI.6. Ejemplo de Hoja de cálculo para el análisis de tráfico.



Otro factor que podría ser considerado en la determinación del EAL de Diseño es el efecto perjudicial de presiones de contacto de neumático superiores. Si las medidas de neumático de camión reales indican que presiones de inflación son significativamente anteriores a la condición de carga normal (70 psi), entonces los factores de ajuste de la Figura VI.5 puede usarse para modificar el tráfico del diseño para esta tensión adicional. Este ajuste es hecho multiplicando el EAL de diseño inicial por el Factor de Ajuste de EAL (de la línea de espesor de concreto asfalto apropiada) para cada tipo del vehículo individual o para la condición del camión promedio. Típicamente, las presiones de contacto de neumático de camión son iguales al 90 % de la presión de inflación de neumático aproximadamente.

Figura VI.5. Factor de Ajuste EAL para Presión del Neumático.*

Pavimento concreto asfáltico: Estimación real del trafico.



El procedimiento de análisis de tráfico recomendado determina el número de aplicaciones de carga equivalente de eje simple de 80 kN (18000 lb) (EAL) a ser usado en la determinación del espesor del pavimento. Estas condiciones son:

·        Factor de Camión.- El número de aplicaciones de carga equivalente de eje simple de 80 kN (18000 lb) contribuidas por una pasada de un vehículo.

·        Factor de Equivalencia de Carga.- El número de aplicaciones de carga equivalente de eje simple de 80 kN (18000 lb) contribuidas por una pasada de un eje.

·        Número de Vehículos.- El número total de vehículos involucrados.

EAL es calculado multiplicando el número de vehículos en cada clase de peso por el Factor del Camión apropiado y obteniendo la suma del producto:

EAL = Σ (número de vehículos en cada clase del peso x Factor de Camión)

El Factor de Camión es determinado de los datos de distribución de eje de peso usando los Factores de Equivalencia de Carga (Tabla VI.3). Un Factor del Camión promedio es calculado multiplicando el número de ejes en cada clase de peso por el Factor de Equivalencia de Carga apropiado y dividiendo la suma de los productos por el número total de vehículos involucrados:

 
El Factor de Equivalencia de carga puede obtenerse de la Tabla VI.3. La figura VI.4(a) muestra ejemplos de EAL para varios pesos de ejes, y la Figura IV-1(b) ilustra el cálculo de un factor del camión para un camión simple usando el factor de equivalencia de carga de la Tabla VI.3. El procedimiento para el cálculo de Factores del Camión se ilustra en la Tabla VI.4.

 
Figura VI.4. Factores de Equivalencia de Carga.
                            
Pueden determinarse los Factores del camión para camiones individuales de cualquier tipo o para combinaciones de tipos de camiones (por ejemplo, unidades simples de 2 ejes, unidades simples de 3 ejes, unidades trailers-tractor de 5 ejes).

Se dan los Factores del Camión típicos en la Tabla VI.5 para una variedad de camiones y clasificaciones de carretera.

El Factor de Camión promedio más grande en la Tabla VI.5 es 2,21. Pero, un Factor de Camión en exceso ha sido reportado para caminos sujetados a los volúmenes sumamente altos de camiones muy cargados. Bajo ciertas circunstancias, como caminos de entrada para operaciones comerciales pesadas, operaciones mineras, o caminos de extracción de madera de los bosques, los Factores de Camión para los camiones cargados pueden exceder 5.0. Los datos limitados indican que en algunos casos un grupo de tractores semi-remolques de 5 ejes sumamente cargados puede consistir de tantos como dos tercios de peso bruto excediendo 329 kN (74000 lb). Varias combinaciones de mezcla de tráfico normal más ciertos porcentajes de estos vehículos muy cargados pueden usarse fácilmente para determinar los Factores del Camión Promedio que excedan 2,0 para propósitos de diseño.

TABLA VI.3. Factor de Equivalencia de Carga*

 Tabla IV.4. Ejemplo de distribución de cargas por eje (basado en el aforo del camión y datos de peso para carreteras rurales Interestatales típicas de EE.UU.).


Pavimento concreto asfáltico: Estimaciones del volumen de tráfico.



Período de Análisis

Al inicio del proyecto se define un Periodo de Análisis, de acuerdo a la importancia de la carretera, la confiabilidad de las proyecciones de tráfico y la disponibilidad de recursos. La vida del pavimento o periodo de análisis puede extenderse indefinidamente, a través de obras de rehabilitación, hasta que la carretera quede por cambios en su geometría.

Periodo de Diseño

Un pavimento puede diseñarse para soportar los efectos acumulativos del tráfico para cualquier periodo de tiempo. El periodo seleccionado, en años, se llama Periodo de Diseño, al término de éste, se espera que el pavimento requiera alguna acción de rehabilitación mayor, como por ejemplo una sobre-carpeta de refuerzo para restaurar su condición.

Carril de Diseño

Para calles y carreteras de dos carriles, el Carril de Diseño puede ser cualquier carril de la facilidad del pavimento. Para las calles y carreteras de carriles múltiples es generalmente el carril externo. Bajo algunas condiciones los camiones pueden viajar más en una dirección que en la otra. En muchos lugares, camiones cargados viajarán en una dirección y camiones vacíos en la otra dirección. En la ausencia de datos específicos, la Tabla VI.1 puede usarse para determinar la proporción relativa de camiones a ser esperados para el Carril del Diseño.

 
Crecimiento de Tráfico

El crecimiento puede ser estimado para el diseño usando el Factor de Crecimiento dado en la Tabla VI.2. Estos factores multiplicados por la estimación de tráfico del primer año (EAL) dará el número total de repeticiones de carga esperado durante el Período del Diseño.



Pavimento concreto asfáltico: Análisis de tráfico.



La primera preocupación es el número y pesos de cargas del eje, esperados a ser aplicados al pavimento durante un período de tiempo dado. Típicamente ellos van de ligero (menos de 9 kN [2000 lb]) a pesado (más de los límites legales). Investigaciones han mostrado que el efecto en el rendimiento del pavimento de una carga del eje de cualquier masa puede representarse por el número de aplicaciones de carga de eje equivalente a 80 kN (18000 lb) (EAL). Por ejemplo, una aplicación de un eje simple de 89 kN (20000 lb) es igual a 1.5 aplicaciones de un eje simple de 80 kN (18000 lb). Recíprocamente, toma casi cuatro aplicaciones de un eje simple de 58 kN (13000 lb) para igualar una aplicación de un eje simple de 80 kN (18000 lb).

El procedimiento de análisis de tráfico incorpora cargas de ejes simples equivalentes a 80 kN (18000 lb). Por consiguiente, es necesario saber el número de vehículos, o el número y peso de las cargas del eje, esperadas en la nueva facilidad de la carretera.

Pavimento concreto asfáltico: Características de los materiales.



Todos los materiales se caracterizan por un módulo de elasticidad (también llamado módulo dinámico, en mezclas asfálticas; o módulo de resiliencia, en materiales granulares no tratados o materiales de suelos) y el módulo de Poisson. Los valores específicos fueron seleccionados basados en la experiencia y el estudio extenso de datos de ensayos reales.

Concreto Asfáltico

El módulo dinámico de las mezclas de concreto asfáltico es muy dependiente de la temperatura del pavimento. Para simular los efectos de temperatura como los cambios a lo largo del año, fueron utilizadas tres distribuciones típicas de temperatura promedio mensual del aire, representando tres regiones climáticas típicas de América del Norte. Los valores del módulo dinámico apropiados fueron seleccionados después de un estudio extenso de las relaciones de módulo-temperatura y propiedades del asfalto.
Mezclas del Emulsiones Asfálticas

Las mezclas de emulsiones asfálticas están caracterizadas por tres tipos de mezclas, dependiendo del tipo de agregado usado:

Tipo I - Mezclas de emulsión asfáltica hechas con agregado procesado, de densa calidad.

Tipo II - Mezclas de emulsión asfáltica hechas con agregado semi-procesado, estrujado, aplastado o triturado.

Tipo III - Mezclas de emulsión asfáltica hechas con arenas o arenas limosas.

El módulo dinámico está en función de periodo de curado, y un período de 6 meses fue usado para preparar los ábacos de diseño. Los periodos de curado mayores a 24 meses no tienen una influencia significante en los espesores.

Materiales Granulares No Tratados

El módulo de resiliencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento.

En el desarrollo del método del Instituto del Asfalto, tres juegos de condiciones medioambientales fueron seleccionados para representar el rango de condiciones a que el manual debe aplicar:


La Temperatura Promedio Anual del Aire (MAAT) fue usada para caracterizar las condiciones medioambientales aplicables a cada región, y las características de los materiales fueron seleccionadas apropiadamente.