1DISEOS DE PAVIMENTOS

Generalidades

Los pavimentos flexibles son un sistema de capas cuyasrigideces van disminuyendo ms o menos gradualmente desdela superficie hasta el suelo natural (sub-rasante) y por lo tanto,su comportamiento queda determinado por las propiedadeselastoplsticas del suelo de fundacin y sus capasconstituyentes.

2Mtodos de Diseo

Se agrupan en:

1. Tericos o mecanicistas.

2. Empricos (Experiencia).

3. Tericos empiricos ( El mtodo ms utilizado en laactualidad es el AASTHO, para el diseo de pavimentosflexibles y rgidos).

Caracterizacin de los Parmetros de Diseo

1. Trnsito.

1.1 Ejes Equivalentes.AASTHO transforma los diferentes ejes que circulan poruna ruta, a un eje simple de rueda doble de 80KN.

1.2 Trnsito Medio Diario Anual (TMDA).Indicador que define el total de vehculos que circulan comopromedio diario en un ao.

1.3 Tasas de Crecimiento.Determinan las variaciones del volumen de trnsito anual.

32. Comportamiento del pavimento (Integridad)

Se define como la calidad del servicio funcional y estructuralque presta un pavimento en un periodo determinado.AASTHO utiliza el ndice de Serviciabilidad (p) para definirla evolucin del pavimento con el tiempo.

Tipo de Pavimento ndice de servicio inicial

Rgido 4.5

Flexible 4.2

Tipo Carretera ndice de servicio final

Carreteras gran trfico 2.5

Carreteras poco trfico 2

3. Confiabilidad

Segn AASTHO, confiabilidad, es la probabilidad que laestructura de pavimento se comporte de acuerdo a lo esperadodurante el periodo de diseo y bajo las condiciones ambientalesprevalecientes en el lugar.

4. Subrasante

El mtodo AASTHO para pavimentos flexibles, caracteriza lossuelos de la subrasante mediante el mdulo elstico que tambinse llamamdulo resiliente.

5. DrenajeAASTHO considera directamente los efectos del contenido dehumedad en los suelos de la subrasante, bases y subbases.

4AASTHO 93

Mtodo ampliamente utilizado en el pas para el diseo depavimentos flexibles y tambin en pavimentos rgidos.

El objetivo que buscan estos mtodos es conocer los espesores decada capa que conforman la estructura de pavimento.

La frmula general de diseo relaciona la cantidad de ejesequivalentes (EE) solicitantes con el nmero estructural y el nivelde confianza, de manera que la estructura experimente unaprdida de serviciabilidad determinada.

La ecuacin es la siguiente:

EE = (NE + 25.4)9.36 * 10 (16.40+Zr*So) * MR 2.32 * [(pi-pf)/(pi-1.5) ]1/B

B = 0.40 + [97.81/(NE + 25.4)]5.19

5Donde:EE : ejes equivalentes de 80KN, acumulados durante la vida de diseo.NE : nmero estructural (mm).NE = a1 * h1 + a2 * h2 * m2 + a3 * h3 * m3a1, h1 : coeficiente estructural y espesor de cada una de las capas que componen el pavimento.m2, m3 : coeficiente de drenaje de las capas no tratadas.Zr : coeficiente estadstico que depende del nivel de confianza.So : desviacin estndar del error combinado de todas las variables que intervienen en el modelo.Mr : mdulo resiliente del suelo de fundacin (Mpa).Pi : ndice serviciabilidad inicial.Pf : ndice serviciabilidad final.

Confiabilidad

6Mdulo Resiliente de Diseo

El mdulo resiliente representa el mdulo elstico del materialdespus de haber sido sometido a cargas cclicas; se determinamediante el ensayo AASTHO T-294-92.

El mdulo resiliente para disear pavimentos en trazadosnuevos, habitualmente se determina en forma indirecta,estimndolo a partir de resultados de ensayos que determinan elCBR.

Las relaciones son las siguientes:

MR (MPa) = 17.6 (CBR)0.64 para CBR

7Coeficiente de Drenaje (mi)

Coeficientes Estructurales

El coeficiente estructural depende directamente del mduloelstico del material que compone la capa, por lo que la mejormanera de obtenerlo es a travs de esa propiedad.

Estos coeficientes se pueden obtener por procedimientosindirectos.

8Nmero Estructural

Todas las capas que compondrn la estructura del pavimento,incluyendo las asflticas y las no ligadas, se deben estructurar portipo y espesores de manera que se cumpla con la siguienteexpresin.

NE (mm) = a1*h1 + a2*h2*m2 + a3*h3*m3

donde;ai = coeficientes estructurales de cada capa.hi = espesores de cada capa.mi = coeficientes de drenajes de las capas no tratadas.

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La ecuacin entregada, no tiene una solucin nica pues existenmuchas combinaciones que satisfacen el nmero estructural. Sinembargo, existen una serie se consideraciones que deben tenerseen cuenta al definir los espesores de las diferentes capas.

- Los espesores tienen ciertas limitaciones a los que debenajustarse para hacerlas compatibles con requerimientosconstructivos y de estabilidad; la Tabla siguiente indica esaslimitaciones. El espesor mnimo de la capa asfltica sobre unabase granular se refiere a las pistas de circulacin; en las bermaspueden colocarse espesores menores e incluso variables.

- Por razones constructivas y para evitar una proliferacinexcesiva de diferentes diseos, los espesores de las capas ligadas(asflticas) deben redondearse a los 5 mm, en tanto que los delas capas no ligadas, a los 10 mm.

- Una mala estructuracin puede originar tensiones ydeformaciones superiores a las que son capaces de soportar, lasubrasante, las capas granulares no tratadas o las mezclasasflticas, por lo que la distribucin del NET no puede hacerseen forma arbitraria. Se recomienda proceder ajustndose a lossiguientes criterios:

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La relacin entre los mdulos elsticos de dos capas noligadas (granulares) sucesivas, no debe ser mayor que 4. La relacin entre las capas asflticas y las granulares debedefinirse con el procedimiento que se describe acontinuacin); ste permite determinar el nmero estructuralmnimo (NEA) que deben tener todas las capas de mezclasasflticas a colocar en la estructura. El procedimiento se basaen anlisis terico empricos sustentados en la experiencianacional.

Para las capas de rodadura especiales tales como mezclasdrenantes, microaglomerados discontinuos en caliente y mezclasSMA, no existir restriccin en el espesor mnimo, este estardeterminado por las condiciones de diseo de la mezcla

Nmero Estructural Mnimo (NEA) de las CapasAsflticas. La fraccin del nmero estructural total (NET) quedebe asignarse a las capas asflticas de la estructura se calculasegn un procedimiento de dos etapas: primero se determina latemperatura media anual ponderada del aire (TMAPA) en lalocalidad donde se localiza la obra, luego con los grficos quese incluyen, parametrizados para diferentes TMAPA, lassolicitaciones previstas (EE) para la vida til de diseo y elmdulo resiliente (MR) de la subrasante, se determina elnmero estructural mnimo (NEA) que deben tener las capasasflticas.

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La temperatura media anual ponderada del aire (TMAPA) secalcula a partir de las temperaturas medias mensuales del aire(TMMA) de la zona donde se emplaza el camino. Para ello sedeben utilizar los antecedentes disponibles en la estacinmeteorolgica ms cercana a la obra. La TMMArepresentativa de cada mes, corresponde al promedio de unaestadstica de no menos de 10 aos. Luego se prepara unaTabla en que para la TMMA de cada uno de los 12 meses delao se determina un factor de ponderacin (Wi), mediante lasiguiente relacin:

en que:TMMA (C) : temperatura media mensual del aireWi : factor de ponderacin

Por ltimo la temperatura media anual ponderada (TMAPA) sedetermina calculando el factor de ponderacin promedio delao (W p) que se introduce en la misma ecuacin, pero enforma inversa; el resultado es la TMAPA.

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Por otra parte la fraccin del nmero estructural total (NET)que debe asignarse a las diversas capas asflticas queconformarn la estructura se determina con los grficosincluidos en las Lminas 3.604.108.B1, B2 y B3 quecorresponden a TMAPA de 6 C, 14 C y 19 C,respectivamente. El procedimiento general a seguir es elsiguiente:- Determinar las solicitaciones, expresadas como EE, calculadaspara la vida til de diseo. Los grficos han sido calculados paraun nivel de confianza del 50%, es decir, para FR = 1, por lotanto, para niveles de confianza diferentes que 50%, debecalcularse el correspondiente FR. En los grficos se entra con lacantidad de EE que resulta de multiplicar los EE de diseo porel factor FR calculado.

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- Las curvas que figuran en los grficos han sido determinadasutilizando como parmetro diferentes valores del mduloresiliente de la subrasante (MR).

- Con los dos datos descritos se elige el grfico correspondientea la TMAPA de la localidad donde se encuentra el proyecto.

- A los grficos se entra por las abscisas con los EE de diseo,afectados por el factor FR, subiendo verticalmente hastaencontrar la curva correspondiente al MR de la subrasante.Saliendo horizontalmente hacia la izquierda, se determina elnmero estructural que deben tener la totalidad de las capasasflticas (NEA ). Por lo tanto se debe cumplir lo siguiente:

en que:ai : coeficiente estructural de la capa asfltica de orden ihi : espesor (mm) de la capa asfltica de orden i

- En el caso que la TMAPA de una localidad no coincida conninguna de las sealadas en los 3 grficos, se deben calcular losNEA para las dos TMAPA ms cercanas e interpolar linealmentepara encontrar el valor buscado De la misma manera se debeinterpolar dentro del grfico para valores del MR diferentes delos que figuran en los grficos.

- La capas no ligadas (subbases y bases granulares) debenestructurarse de manera que se cumpla la siguiente relacin:

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en que:a2 : coeficiente estructural de la base granularh2: espesor (mm) de la base granularm2: coeficiente de drenaje de la base granulara3 : coeficiente estructural de la sub baseh3: espesor (mm) de la subbasem3: coeficiente de drenaje de la subbase

- Los espesores de las capas ligadas (asflticas) debenredondearse a los 5 mm, en tanto que los de las capas no ligadas,a los 10 mm.