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METODO AASHTOO PARA EL DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLESBOGOT 2015

IntroduccinEste tipo de metodologa que se utiliza para hallar el espesor requerido de una estructura de pavimento flexible a partir del trafico promedio diario, se basa en los ensayos realizados en el AASHTO ROAD TEST, por medio del cual se definieron los parmetros que se deben tener en cuenta para disear una va con un periodo determinado.

A continuacin se explican dichos parmetros y a dems se desarrolla un ejercicio de ejemplo para mayor claridad.

Figura 1. Logo AASHTO. Recuperado de: http://www.cmc-associates.com/aashto/

Los conceptos primordiales a tener en cuenta para el diseo es conocer las siguientes variables y caractersticas del pavimento:Periodo de diseo: La proyeccin del tiempo para el cual la va estar en servicio sin que requiera rehabilitacin.Transito (TPD): El promedio de vehculos que circulan a diario por la va, se utiliza para hallar la variable de transito.Confiabilidad: Grado de certeza sobre el mtodo que se esta utilizando para el diseo del pavimento.Desviacin estndar: Segn el AASHTOO ROAD TEST es puede usar un valor de 0.45.

Marco tericoNiveles de ConfiablidadClasificacin Nivel recomendadoUrbanaRuralAutopistas85-99.980-99.9Principales80-9975-95Colectoras80-9575-95Locales50-8050-80Figura 2. Niveles de confiabilidad. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Servicialidad: Es la calidad del servicio que presta la va, se define con el ndice de servicio presente que varia de 0 a 5 PSI=Pi-Pf , donde Pi: ndice inicial y Pf: ndice final.Modulo resiliente: Es obtenido a travs de un ensayo y determina la capacidad portante de la subrasante. Tambin dicha capacidad se puede obtener a partir del ensayo de CBR.Resistencia capas de pavimento: Se obtiene de ensayos normalizados de los materiales que se van a utilizar.Coeficiente de capas (ai): Es un parmetro del mtodo que depende del tipo de material y se obtiene a partir de las siguientes graficas:Marco terico

Figura 3. Ensayo modulo resiliente. http://rcientificas.uninorte.edu.co/index.php/ingenieria/article/viewArticle/745/4502Marco terico

Figura 4. Coeficiente de capa concreto asfaltico. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Marco tericoFigura 5. Coeficiente de capa base granular. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.

Marco tericoFigura 6. Coeficiente de capa subbase granular. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.

Drenaje: Es la facilidad con que el pavimento evacua el agua de la va. (Ver figura 7). Es elegido por el diseador.Factor de drenaje (mi): Se obtiene a partir de la calidad de drenaje y modifica los coeficientes de capa para incluir en el diseo la influencia del drenaje. (Ver figura 8).

Marco tericoCalidad del drenajeTermino para la remocin del aguaExcelente2 horasBuena1 daAceptable1 semanaPobre1 mesMuy pobreEl agua no drenaFigura 7. Drenaje. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Valores recomendados de miCalidad del drenaje% de tiempo de exposicin de la estructura de pavimento a nivel de humedad prximos a la saturacin25%Excelente1.40-1.351.35-1.301.30-1.201.20Buena1.35-1.251.25-1.151.15-1.001.00Aceptable1.25-1.151.15-1.051.00-0.800.80Pobre1.15-1.051.05-0.800.80-0.600.60Muy pobre1.05-0.950.95-0.750.75-0.400.40Figura 8. Valores de mi. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Ecuacin por medio de la cual se desarrolla el mtodo y se incluyen las variables o parmetros que se explicaron anteriormente.Parmetros de entrada del mtodoDonde,W18 = Numero de ejes simples equivalentes a 8.2 Ton. (Variable de transito)ZR = Desviacin estndar (0.45)So = Error estndarPSI = Variacin del servicio (PSI=Pi-Pf)MR = Modulo resiliente SN = Numero estructural (SN=SN1+SN2+SN3=a1d1+a2m2d2+a3m3d3)ai = Coeficiente estructural de la capa idi = Espesor de la capa imi = Coeficiente de drenaje de la capa i

El mtodo se trata de encontrar los nmeros estructurales de cada capa para de esta manera obtener los espesores con la formula anteriormente dada de SN.

Para facilidad en la obtencin del numero estructural de cada capa la AASHTO desarrollo la siguiente grafica que utiliza los siguientes parmetros de entrada:

Confiabilidad, desviacin estndar, ejes equivalentes, modulo resiliente y variacin PSI.

Figura 9. Grafica SN. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Procedimiento para el diseoEl grafico del anlisis por capas permite un mejor desarrollo de los clculos que se presentaran a continuacin.

Por otro lado, la AASHTOO recomienda los siguientes espesores mnimos para garantizar un diseo optimo.

Figura 10. Estructura pavimento. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Espesores mnimos (pulg)No. Ejes equivalentes (millones)Concreto asfalticoBase granular7.004.06Figura 11. Espesores mnimos capas de pavimento. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Procedimiento para el diseoEjemplo de una va realLa va para cual se desarrollara el mtodo es la va Guayate-Guateque, que segn los registros histricos de transito del INVIAS para esta carretera son:Por medio de una regresin exponencial del registro historio se calcula el valor de del TPD para el ao 2015 y su respectiva rata de crecimiento. Las formulas a utilizar son las siguientes:Ao1997199819992000200120022003200420052006TPD408339409373437390360404443348Figura 12. Registro histrico va Guyate- Guateque. Recuperado de: http://www.invias.gov.co/index.php/documentos-tecnicos-izqMontejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.ClculosTPD 2015 y rata de crecimiento: Se obtienen a partir del desarrollo de la siguiente tabla aplicando las formulas antes mencionadas:

Figura 13. Calculo TPD 2015 y rata de crecimiento. Fuente propiaDatos iniciales:

Periodo de diseo (n): 15 aos (lo asume el diseador)TPD 2015: 395 (Calculado)Factor carril (A): 0.5 (Va de dos carriles uno en cada sentido)Rata de crecimiento (r): 0.001 (Calculado)Factor camin (F.C): 5.2 (Se asume en este caso)Confiabilidad: 90% (Segn figura 2)Desviacin estndar: 0.45Drenaje: 1 da (lo asume el diseador)PSI: 2.3 (Se asume en este caso)Coeficiente de drenaje (mi): 1.15 (Segn figura 8)Base: MR: 28000 psi - CBR:80% Subbase: MR: 13800 psi CBR:25%MR Subrasante: 7500 psiModulo de elasticidad del asfalto: 350000 psi ClculosCalculo de la variable de transito (ejes equivalentes): Se obtiene a partir de la siguiente ecuacin:ClculosMontejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.ClculosCalculo del numero estructural de la subrasante SN: Por medio de la figura 9 y con los datos iniciales de confiabilidad, desviacin estndar, ejes equivalentes, modulo resiliente de la subrasante, y PSI se obtiene dicho valor.

El SN de la subrasante ser: 4.3

16ClculosCalculo del numero estructural de la capa asfltica SN1: Por medio de la figura 9 y con los datos iniciales de confiabilidad, desviacin estndar, ejes equivalentes, modulo resiliente de la base, y PSI se obtiene dicho valor.

El SN1 de la capa asfltica ser: 2.7

17ClculosCalculo del coeficiente de capa asfltica a1: Por medio de la figura 4 y el modulo de elasticidad del asfalto se obtiene dicho valor.

El a1 de la capa asfltica ser: 0.39

18Espesor del concreto asfaltico: Segn las ecuaciones que relacionan el espesor, el numero estructural y el coeficiente de capa, el espesor del concreto asfltico ser: ClculosCorreccin SN1: Se adoptara un espesor de 7 pulgadas, por lo tanto se debe corregir el numero estructural de la base de la siguiente manera:ClculosCalculo del numero estructural de la subbase SN3: Por medio de la figura 9 y con los datos iniciales de confiabilidad, desviacin estndar, ejes equivalentes, modulo resiliente de la subbase, y PSI se obtiene dicho valor.

El SN3 de la subbase ser: 3.4

20Calculo del numero estructural de la base SN2: Conocido el valor de los nmeros estructurales SN3 y SN1 se halla el valor de SN2:ClculosClculosCalculo del coeficiente de capa base a2: Por medio de la figura 5 y el CBR de la base se obtiene dicho valor.

El a2 de la base ser: 0.13

22Espesor la base: Segn las ecuaciones que relacionan el espesor, el numero estructural y el coeficiente de capa, el espesor la base ser: ClculosCorreccin SN2: Se adoptara un espesor de 6 pulgadas como lo recomienda la AASHTO, por lo tanto se debe corregir el numero estructural de la base granular de la siguiente manera:Correccin SN3: Se obtiene a partir de la relacin entre todos los nmeros estructurales del pavimento, de la siguiente manera:23ClculosCalculo del coeficiente de la capa subbase a3: Por medio de la figura 6 y el CBR de la subbase se obtiene dicho valor.

El a3 de la subbase ser: 0.10

24Espesor la subbase: A partir de la relacin entre coeficiente de capa, numero estructural y coeficiente de drenaje se obtiene:Clculos25Espesores de las capas:Concreto Asfaltico: 7 pulgadasCapa Base: 6 pulgadasCapa Subbase: 6 pulgadas

Anlisis de los resultados

Figura 10. Estructura pavimento. Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Se evidencia una disminucin del espesor en las capas a mayor profundidad, este comportamiento se presenta por la manera en que el pavimento flexible distribuye los esfuerzos de carga, considerando que la capacidad portante de la subrasante no es suficiente, las capas superiores deben resistir dichas cargas y distribuirlas de mejor manera para evitar la deformacin del suelo.

Por otro lado, el espesor mnimo de 6 pulgadas es el recomendado por la AASHTO para garantizar su fcil colocacin con un bajo precio.

Para disear un pavimento flexible por medio del mtodo de la AASHTO se deben realizar ensayos de campo y de laboratorio para conocer el comportamiento de los materiales de construccin y de la subrasante, de esta manera se obtienen datos como el modulo resiliente, el CBR y el tipo de drenaje a utilizar.Los estudios de transito son necesarios no solo para generar un registro histrico del TPD en la va, sino tambin para conocer los tipos de vehculos que transitan la carretera, esto con el fin de calcular el factor camin que en este caso fue asumido ya que no se tenian los porcentajes de vehculos pesados, buses y automviles.Se recomienda identificar las graficas para obtener los diferentes factores inmersos en el mtodo, generalmente dichas graficas son similares pero en su pie de figura se identifica para que capas son utilizadas.

Conclusiones y anlisis Montejo, A., (2002), Ingeniera de pavimentos para carreteras. Bogot D.C, Colombia. Universidad Catlica de Colombia.Snchez, F., (2015), Diseo de pavimentos asfalticos para calles y carreteras. Recuperado de: http://copernico.escuelaing.edu.co/vias/pagina_via/modulos/MODULO%2012.pdf

Bibliografa