1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2010.pdf

Pavimentos Ing. Johny Bendezu Acero

UNH-2011

Pavimentos-Johny Bendezu A. 2

Libro de Texto : Huang, Y. H.,2004. Pavement Analysis and Design, Prentice Hall.

Referencias :

AASHTO, 1986. Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and

Transportation Officials.

Asphalt Institute. Thickness Design-Asphalt Pavement for Highways & Streets, Manual Series N1, Asphalt Institute.

Yoder, E.J., 1979, Principles of Pavement Design, Wiley, New York.

PCA,1984, Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements, Portland Cement Association.

NCHRP.2004. Guide for Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitates Pavement Structures.

Reyes Lizcano, F.A.2003. Diseo Racional de Pavimentos, Centro Editorial Javeriano.

Montejo Fonseca, A. 2001.Ingeniera de Pavimentos para Carreteras, 2da Edicin, Universidad Catlica de Colombia.

Ullidtz P.1987. Pavement Analysis, Elservier.

1.0 Introduccin al Diseo de

Pavimentos

1.1

Conceptos Generales


..Si se da a dos diseadores la tarea de disear un pavimento para una vida til de

20 aos, el primero puede considerar que

hizo un buen diseo si no apareci ninguna

grieta en 20 aos, mientras que el segundo

estar satisfecho si el ltimo vehculo pudo

circular el ao 20 desde la construccin

AASHTO Test Report 5, 1962

Qu es el pavimento?

Estructura conformada por una o varias

capas de materiales apoyados

ntegramente sobre el terreno, se disean

y construyen tcnicamente con

materiales apropiados preparadas para

soportar las cargas repetidas del transito,

en diferentes condiciones climticas, sin

agrietarse o deformarse excesivamente y

con capacidad de transmitirlas a los suelos

de sub--rasante y de fundacin, sin

provocar hundimientos o asentamientos

excesivos, dentro de un rango de

serviciabilidad y durante el periodo de

tiempo para el cual fue diseado la

estructura del pavimento.



Qu es el diseo de pavimentos?

Es el proceso por el cual los componentes estructurales

(carpeta, losa, base, sub base, subrasante) de un segmento de carretera son determinados tomando en consideracin la naturaleza de la sub-rasante, las consideraciones ambientales, densidad y composicin del trfico, y las condiciones de mantenimiento.

Considerando que el pavimento es la parte superior de una carretera, aeropuerto o zona de parqueo e incluye todas las capas que se apoyan en el suelo natural, incluidas las bermas.


Qu es el diseo de pavimentos?

En forma resumida el diseo de la estructura del pavimento

es:

ESTABLECER ESPESORES Y RIGIDECES DE LOS MATERIALES PARA MANTENER LA VIA BAJO UN CIERTO

NIVEL DE DETERIORO Y CONFORT


Cules son las fases del diseo de

pavimentos?

Estudio de la subrasante

Seleccin de los materiales (tipos de pavimentos)

Proporcionamiento de los materiales

Estudio del trfico

Diseo de los espesores de cada capa

Anlisis del ciclo de vida (incluido mantenimiento y tipo de ejecucin)

Determinacin de espesores finales


Cules son las funciones de la

estructura de pavimento?

Proporcionar a los usuarios circulacin segura, cmoda y confortable sin demoras excesivas.

Proporcionar a los vehculos acceso entre dos puntos bajo cualquier condicin de clima. Reducir y distribuir la carga de trfico para que esta no dae la subrasante.

Cumplir requerimientos medio ambientales y estticos.

Limitar el ruido y la contaminacin del aire.


Qu requisitos debe cumplir una

estructura de pavimento? (1)

Suficiente espesor para que la intensidad de las cargas y presiones sea tolerable por la subrasante, sin deformaciones excesivas.

Resistencia suficiente de los componentes para asumir los esfuerzos impuestos por el trfico y el clima.

Suficiente espesor para prevenir el efecto del congelamiento en subrasantes.


Qu requisitos debe cumplir una

estructura de pavimento? (2)

El material del pavimento debe ser impermeable a la penetracin del agua superficial que pudiera debilitar la subrasante y consecuentemente el pavimento o en su defecto facilitar la circulacin del agua disminuyendo su permanencia en la estructura.

La superficie del pavimento debe ser resistente al deslizamiento.


Evolucin del

estado de los

caminos


Los enemigos

de la carretera

1.2 Desarrollo Histrico de los

Pavimentos


Resea Histrica

Los romanos construyeron 84,000 km de vas empedradas elevadas del nivel de rasante apoyadas en una estructura de piedras grandes

Los incas y preincas construyeron caminos peatonales de gran longitud con superficies de piedra y arena.


Resea Histrica

En Francia en el siglo XVII se construyeron vas de poco ancho con superficie de rodadura formada por piedras pequeas, y arena

En EEUU e Inglaterra en 1830 se emplea el asfalto y arena como proteccin de la carretera

En Austria en 1850 se emplea por primera vez el pavimento rgido

En 1900 aparecen los vehculos a motor con neumticos


Resea Histrica

Pierre Trasaguet finales del siglo XVII, introduce el concepto de que el pavimento debe contar con un buen drenaje y que requiere un mantenimiento continuo.

John McAdam (1756-1836), la subrasante con drenaje y adecuada compactacion debe soportar la carga mientras que la superficie de rodadura est conformada por piedra chancada de diferentes tamaos que acta tambin como una capa de proteccin.


Resea Histrica

Comparacin de estructuras de pavimento Diseo de Macadam Romano


Resea Histrica

En 1941 en EEUU se efecta el ensayo en pista de prueba de Maryland , donde se analiza el efecto de 4 configuraciones diferentes de pavimentos de concreto.


Resea Histrica

En 1955 en EEUU se lleva a cabo el ensayo en pista de prueba WASHO, donde se analiza el efecto de 4 configuraciones de ejes de carga en pavimentos flexibles.


La pista de prueba AASHO Resea Histrica

En 1962 se realiza en EEUU el ensayo en pista de prueba AASHO, en Ottawa Illinois, donde se desarrolla la relacin entre el nmero de repeticiones de un determinado eje de carga de diferente magnitud y configuracin y el comportamiento de diferentes secciones de pavimentos rgidos y flexibles.

Costo $27 millones (1960 ).

Concebido y auspiciado por la American Association of State

Highway Officials (AASHO).


Pista de Pruebas AASHO

Ubicacin 1958 - 1961

AASHO Road Test

Pista de Pruebas AASHO - Etapas

Construccin:

Agosto 1956 - Septiembre 1958.

Pruebas de Trafico:

Octubre 1958 - Noviembre 1960.

Estudios especiales:

primavera y commienzos del

verano 1961.




Seis circuitos de prueba de dos carriles.

Circuito 1: No sujeto a trafico, usado para pruebas de efectos ambientales.

Circuito 2 al 6: Sujeto a diferentes configuraciones de trafico.

AASHO Road Test



Mapa de la pista de pruebas AASHO

27

AASHO Road Test

Pesos y distribucin de ejes usados en circuitos

de la AASHO Road Test

Vehculos usados en la pista de prueba AASHO


Secciones ensayadas en la pista de

pruebas AASHO

SECCIONES TPICAS

368 secciones de pav. rgido 486 secciones de pav. flexible

Subrasante


Profundidad promedio de congelamiento 28 pulg (711 mm)

(para suelos finos)

Temperatura


Temperatura media (Julio) 76F (24.5C)

Temperatura media (Enero) 27F (-2.8C)

Lluvia


Precipitacin media anual 34 pulg (837 mm)


Materiales de las Secciones Flexibles

MAC

Denso-graduado

Pen asfalto 85-100

Base

Piedra caliza chancada

10% pasante No. 200

CBR promedio = 107.7

Subbase

Mezcla Arena/grava

6.5% pasante No. 200

CBR = 28 51

Subrasante

Suelo A-6 (limo/arcilla)

82% pasante No. 200

CBR promedio = 2.9

Optimo wc = 13%

AASHO Road Test


Secciones Flexibles

MAC

1 a 6 pulgadas de espesor

Base


Subbase

0 a16 pulgadas de espesor

Seccin mas gruesa

6 pulgadas MAC

9 pulgadas de base

16 pulgadas de subbase

Usado para cargas pesadas

PSI de 2.6 a 3.6 al final de la prueba

Seccin mas delgada

1 pulgada MAC

Usado para cargas livinas

8 a 25 ESALs para la falla

AASHO Road Test


Comportamiento de las Secciones

Flexibles

La mayora fallo

Aun las secciones mas gruesas sufrieron dao apreciable

La mayora fallo durante el deshielo de primavera

La accin de la helada fue el factor principal

Las bases y subbases ms gruesas ayudaron a mitigar la accin de la helada

AASHO Road Test


Materiales de las Secciones Rgidas

Cemento Tipo I 564 lb/yd3

Concreto de Cemento Portland Mximo a/c = 0.47 Resistencia a la compresin 14-das = 3500 psi (246 kg/cm2) Resistencia a la flexin 14-das = 550 psi (387 kg/cm2)) Slump = 1.5 a 2.5 pulgadas Mximo tamao del agregado = 1.5 y 2.5 pulgadas

Las secciones de la Subbase y subrasante fueron las mismas que de las flexible

AASHO Road Test


Secciones Rgidas

Losa

2.5 a 12.5 pulgadas de espesor

Subbase


Dowels

Todas tuvieron dowels

Tamaos variados

Seccin mas gruesa

12.5 pulgadas losa

9 pulgadas subbase

Usado para cargas pesadas

PSI de 4.2 a 4.5 al final de la prueba

Seccin mas delgada

2.5 pulgadas losa

Usado para cargas livianas

PSI de 4.2 a 4.4 al final

AASHO Road Test


Comportamiento de las Secciones Rgidas

La mayora no fallo

El PSI en la mayoria de las secciones al final de la prueba fue alrededor de 3.8 a 4.4

AASHO Road Test

Serviciabilidad

Concepto desarrollado durantebla prueba AASHO.

Definicin:

La capacidad de una seccin especifica de pavimento para servir el trafico en su estado

actual.



Relacin Presente de Serviciabilidad (PSI)

Definicin:

la habilidad actual de un pavimento para servir el trafico es conocido como servisiabilidad.


Resultados de Serviciabilidad en la Pista

de Pruebas AASHTO

Version 1993


Gua de Diseo de Pavimentos AASHO Metodologa emprica de diseo basada en la prueba AASHO a

finales de los 50s.

Diferentes versiones

1961 (Gua interina) , 1972, 1986.

La version de 1986 incluia caracterizacin de material refinado.

1993

Mas en rehabilitacin

Mas consistente entre diseos flexibles y rgidos.

La versin actual es para procedimientos de diseo flexible.

1998

Gua suplementaria para diseo de pavimento rgido (version actual)



Resea Histrica

En 1997 se inicia en EEUU SHRP (Strategic Highway Research Program)

Pista de Pruebas West Track iniciada en el ao 1996


Pistas de Prueba Actuales

Pista de prueba NCAT


Pista Oeste


CEDEX Pista de Pruebas Acelerada

ATREL accelerated pavement testing

tections



Gua de Diseo AASHTO 2008 Desarrollada como la gua de Estructuras de Pavimentos

basada en mtodos mecansticos-empricos (M-E) y sustentada en un programa de computo.

1.3 Tipos de Pavimentos


Tipos de Pavimentos

Distribucin de las Solicitaciones en un

Pavimento Flexible



Tipos de Pavimentos Flexibles

Parcial (partial depth)

Completo (full depth)

Losa continua de asfalto-piedra (continuous rock asphalt mat-CRAM)

Tipos de Pavimentos Flexibles



Pavimentos Flexibles

(tratamientos superficiales)

Tratamiento superficial bituminoso

Pavimentos Flexibles (tratamientos superficiales) CONSERVACION VIAL POR NIVELES DE SERVICIO

EMP-PE-3S (IZCUCHACA) HUANCAVELICA-PLAZAPATACASTROVIRREYNA-TICRAPO-

PAMPANO Y STA. INES PILPICHACA - RUMICHACA

Pavimentos-Johny Bendezu A. 58 Tratamiento con Otta Seal

Asfaltos de Pavimentacin


Planta de asfalto


Distribucin del concreto asfaltico



Pavimentos Rgidos

Espesores tienen

una rango de 200

mm a 325 mm para

carreteras

interestatales en

U.S.

LOSAS DE CONCRETO SIMPLE CON

JUNTAS (JPCP)


Juntas menor

espaciadas

Sin dowels

LOSAS DE CONCRETO CON JUNTAS

(REFORZADAS POR CONTRACCION Y

TEMPERATURA- JRCP).


Acero de refuerzo

Mayor espaciamiento de juntas

Requiere dowels

LOSAS DE CONCRETO CON JUNTAS

(REFORZADAS PARA ACCION

ESTRUCTURAL - CRCP)


Acero de refuerzo

No juntas

LOSAS DE CONCRETO POSTENSADO,

CON JUNTAS MUY ESPACIADAS (PCP)


Esfuerzo compresivo preaplicado

Menor mantenimiento

Mayor tiempo de vida

Colocacin del concreto


Pavimentos Rgidos


1.2 Factores de Diseo


Factores de Diseo de los Pavimentos


Factores de diseo


Factores de Diseo de los Pavimentos

1.4 Mtodos de Diseo de

Pavimentos


Estado del Conocimiento y la Prctica

Estado de la

Practica Estado del

arte

Actual Estado

de la Practica


Mtodos de Diseo de Pavimentos

METODOS EMPIRICOS

Reglas prcticas

CBR, Kansas, etc.

Esfuezo cortante lmite

Deflexin lmite

Regresin basada en el comportamiento

PCA

AASHTO 1993


Mtodos de Diseo de Pavimentos

MECANISTICOS EMPIRICOS

Instituto del Asfalto

SHELL

AASHTO 2008

METODOS MECANISTICOS

Soluciones analticas (Watergaad, etc)

Soluciones numricas (elementos finitos, probabilstico, etc)

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