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DISEO DE PAVIMENTOS AASHTO 93

AASHO 1960 1970 se transforma en AASHTO y sigue variando hasta 1993 en que se tiene una mejor consolidacion del metodo, pero hasta hoy continua su evolucion en funcion a las nuevas tecnologias de aplicacin en los pavimentos. Los espesores de los pavimentos y sus respectivas capas estan relacionados con las variables caracteristicas que intervienen en el diseo de los pavimentos.Las consideraciones de diseo que toma la AASHTO estan bien definidas ya sea variables empiricas o mecanicas y su calculo esta dentro de los datos que intervienen en el diseo de la estructura de los pavimentos.El mtodo AASHTO para pavimentos flexibles, se basa en la capacidad estructural de un conjunto de capas de espesores y calidades determinadas, expresado en el Nmero Estructural, SN, el cual es un valor abstracto que expresa la resistencia que requiere un pavimento construido sobre una subrasante con un mdulo MR. Consideraciones de diseo structural de pavimentos

1. COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO El comportamiento del pavimento esta relacionado con lafuncionalidad del mismo, esta caracterstica proviene de laestructura del pavimento, las condiciones fsicas y los agentesexternos que daan al pavimento.Aos atrs se tomaron conceptos preponderantes, donde sedeterminaba la serviciabilidad comportamiento de lospavimentos donde se verificaba cual era el servicio o hasta que punto serva el pavimento construido y se tomaba en conjunto con el comportamiento que este tenia en su vida til.

2. EL TRFICO Esta basado en las cargas esperadas y acumulativas de un eje equivalente a 18,000 lbs. durante el periodo de anlisis. Para cualquier situacin de diseo donde la estructura inicial Del pavimento se espera que dure todo el periodo de anlisis sin ninguna obra de rehabilitacin todo lo que se requiere es el ESAL acumulado en todo el periodo de anlisis. Si se considera una rehabilitacin en el periodo de anlisis, el diseador debe definer los trficos acumulados en cada capa.

3. SUELO SUBRASANTE

El comportamiento de los Suelos de Subrasante (suelos defundacin) tiene una gran influencia en los pavimentos por quesobre ellos descansan y reciben todas las cargas que sontransmitidas por el mismo pavimento. La representacin del suelo de fundacin en el diseo deestructuras es por medio del Mdulo de Resilencia (Mr) y poreste factor se puede definir el tipo de pavimento que se colocaren la va proyectada. Es importante precisar que la obtencin delmodulo resilente (Mdulo Dinmico) es compleja porque no setiene un nmero constante puesto que puede variar segn lascondiciones climticas o drenaje y esto hace variar losresultados de los diseos calculados. Se trabajar con elpromedio de todos los valores de Mr obtenidos.

4. MATERIALES DE CONSTRUCCINEl conocimiento de los tipos de materiales de construccindisponibles en las proximidades del proyecto tienen una graninfluencia en los aspectos de costos y comportamiento de laestructura.Tambin se debe considerar que para el clculo de los espesoresdel pavimento se deben tener las caractersticas bien definidasde los materiales que conformarn el pavimento como son labase granular y la carpeta asfltica y estos a su vez tengan otrosmateriales de condiciones favorables que las constituyen comoson: el cemento, el filler, suelos de buena granulometra,asfaltos, aditivos, etc.

5. EL CLIMA Normalmente el clima afecta las condiciones de la subrasante y capa de rodadura. Climas clidos reducen la estabilidad de las mezclas asflticas por otro lado en climas frgidos las mezclasasfaltadas tienen gran potencia de sufrir fisuracin; asimismo enzonas de grandes alturas y climas tropicales las capas desuperficie asfltica estn sujetas al efecto de oxidacin delcemento asfltico. En otras reas la presencia de suelos desubrasante expansivos y/o susceptibles de helarse pueden versemuy afectados por el clima. El clima esta comnmente acompaado de dos agentesimportantes, negativos para el pavimento como son: La temperatura y el agua. Estos agentes externos actan en desorden y el pavimento debeestar protegido contra estos dos agentes perjudiciales para laestructura del pavimento.

6. DRENAJE Tradicionalmente las capas de base y sub base granular delpavimento fueron diseadas solamente por aspectos de resistenciadando escasa importancia al drenaje. Una buena base granulardebe ser diseada para drenar rpidamente el agua del pavimento.La drenabilidad del material o calidad de drenaje es funcin devarios aspectos incluyendo la permeabilidad del material, sudistribucin granulomtrica, el porcentaje de material fino(pasante la malla N200) y las condiciones geomtricas de lasuperficie y subrasante del pavimento. 7. CONFIABILIDAD La Confiabilidad se requiere al nivel de probabilidad que tiene unaestructura de pavimento diseada para durar a travs de anlisis.La confiabilidad del diseo toma en cuenta las posiblesvariaciones de trfico previstas, as como en las variaciones delmodelo de comportamiento AASHTO, proporcionando un nivel deconfiabilidad (R) que asegure que las secciones del pavimentoduren el perodo para el cual fueron diseadas.

8. COSTOS Y CICLO DE VIDA Despus de los espesores mnimos de las capas del pavimento, han sidoestablecidas de acuerdo a los procedimientos descritos anteriormente y luegode ser verificado de acuerdo a limitantes en su construccin y mantenimiento,el costo de inversin inicial del pavimento debe ser minimizado para proveeruna alternativa de diseo para cada combinacin de materiales considerados. 9. DISEO DE BERMAS Las bermas son las calzadas lindantes de la rasante o carpeta de rodadura de la carretera y que comnmente sirven de auxiliares para la parada devehculos en mal estado, tambin como vas secundarias contra el alto trficode la carretera. En la gua AASHTO no especifica el diseo a tratar pero si haceuna referencia en el apndice, ya que el comportamiento de la berma esequivalente al de la calzada de los pavimentos pero en menor proporcin y porlo tanto se considera como mnimo un W18 del 2% del carril de diseo.Consecuentemente no se requiere del mismo espesor de la calzada. Requerimientos de Diseo

Donde:W18 : Nmero de aplicaciones de carga de 18 kipsZR : rea bajo la curva de distribucin estandarizada para una confiabilidad RSo : Desviacin estndar de las variablesSN : Nmero EstructuralPSI : Prdida de la serviciabilidad prevista en el diseoMR : Mdulo resiliente de la subrasantePRESENTACIN DEL MTODOAASHTO: American Association of Highway andTransportation Officials Versin 1993REQUERIMIENTO: Pavimento debe satisfacer un determinado NMERO ESTRUCTURAL (SN), calculado enfuncin a :A) TRFICO: Nmero esperado acumulado de cargas poreje equivalente a 18 kips (ESAL), durante undeterminado nmero de aosB) MDULO RESILENTE (Mr): Resistencia del suelo quesoportar el PavimentoC) SERVICIABILIDAD: Niveles deseados ( inicial y final)PSI: ndice de Serviciabilidad PresenteD) CONFIABILIDAD: Factores de Seguridad (parmetrosestadsticos)Solucin cumple con Nivel de ConfianzaE L T R F I C OBasado en el nmero esperado acumulado de cargas por Eje Simple Equivalente de Carga de 18,000 lbrs. llamado ESAL(Equivalent Single Axle Loads) durante el Periodo de AnlisisW18 = Dd x Dl x w18W18 = Trfico en el carril de diseow18 = Trfico de diseo. unidades ESAL de 18 kips acumuladas , previstas para una seccin especfica de la carretera en el periodo de anlisisDd = Factor de distribucin direccional, generalmente es 0.5 (50%) para la mayor parte de vas vehiculares, hay casos en los que puede moverse ms peso en una direccin que en otra. as, el lado con los vehculos ms pesados, deber ser diseado para un gran nmero de unidades ESAL. Puede variar entre 0.3 a 0.7, dependiendo de cual direccin est ms cargada con respecto a la otra Dl = Factor de distribucin de carrilE L T R F I C OEl Dl se expresa como una relacin que considera la distribucin del trfico Cuando 2 o ms carriles existen en una direccin de trfico (Ver Tabla)FACTOR Dl :Nmero de Carriles en % de ESAL de 18 kips en el cada direccin Carril de Diseo1 1002 80 - 1003 60 - 804 50 75El usuario debe preparar el grfico de tiempo versus el acumulado ESAL, para separar el trfico en peiodosEl diseador debe factorizar el trfico de diseo por direccin y por carril para obtener W18Para el caso de Per el estudio se basa en el ndice Medio Diario Anual (IMDA) y la informacin de cargas en el Reglamento de Pesos y Medidas Vehicular para la circulacin en la Red Vial Nacional ( D.S. N 058 - 2003-MTC); debiendo calcularse el ESAL para el primer ao de servicio de acuerdo al tipo, distribucin y volumen de vehculos que circularn por la va en estudio.C 0 N F I A B I L I D A DConcepto introducido como medio para asegurar cierto grado decerteza en el procedimiento de diseo, para que las diferentesalternativas de diseo alcancen todo el periodo de anlisis.El factor de diseo basado en la confiabilidad, toma en cuenta lasposibles variaciones en la prediccin del trfico (W18) yprediccin del comportamiento o performance (w18),proporcionando un determinado nivel de seguridad , que lassecciones del pavimento sobrevivirn durante el periodo para elcual fueron diseadasluego se deben seleccionar niveles de confiabilidad altos cuandose prevean volmenes de trfico por incrementarse paraminimizar el riesgo y los pavimentos se comportenadecuadamenteLa aplicacin del concepto de confiabilidad requiere lossiguientes pasos:1.- Definir capacidad funcional de la va: rural o urbana2.- A > valor de confiabilidad > estructura de pavimento3.- Seleccionar una desviacin estandar ( So), representativade sus condiciones localesCONFIABILIDADComo se puede apreciar en la Tabla de Niveles deConfiabilidad, niveles altos corresponden a carreteras quereciben mayor uso mientras que los de un bajo nivel , 50%corresponde a las carreteras localesError de Performance en el Que corresponden aensayo AASHTO fue: desviacin estndarde:Rgido 0.25 0.35Flexibles 0.35 0.45SERVICIABILIDADLa medida de serviciabilidad se da travs del ndice de Serviciabilidad Presente PSIPSI = 0 : Significa camino imposiblePSI = 5 : perfectoSe sugiere utilizar:Para PSI FINAL O NDICE DE SERVICIABILIDAD TERMINAL (Pt):PSI ms bajo permisible basado en el ndice ms bajo que ser tolerado antes que se haga necesaria una rehabilitacin, refuerzo superficial o reconstruccinndice = 2.5 o mayor para diseo de carreteras principales2.0 con menores volmenes de trfico PSI TERMINAL % DE NO ACEPTACIN 3.0 12 2.5 552.0 85Pt depende del volumen de trfico y de la serviciabilidad inicial PoSERVICIABILIDADPara PSI ORIGINAL O INICIAL (PO) NDICE DE SERVICIABILIDAD INICIALLos valores en la Carretera Experimental AASHTO fueron:Po = 4.2 Pavimentos FlexiblesPo = 4.5 - Rgidos Prdida de Serviciabilidad = Po Pt = PSI = Cambio del ndice de ServiciabilidadLuego : PSI= 4.2 2.5 = 1.7 (para carretera principal)Aplicable a todo tipo de EstructuraDeterminado el Nmero Estructural:a) Se realizan Tanteos para diferentes espesoresb) Se asignan dimensiones a cada una de las capasconsideradasc) Se determina calidad de materiales empleados a travs deun Coeficiente Estructurald) Con b y c se determinan los Nmeros EstructuralesParciales; sumados deben satisfacer el valor total requeridoNOTA: Los espesores de las capas finales deben cumplir condeterminados valores mnimos por razones constructivas, detrfico y de tipo estructural