DISEÑO DE PAVIMENTOS DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLESFLEXIBLES

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CALIBRACIÓN PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE CALIBRACIÓN MECÁNICAMECÁNICA

El diseño de ecuaciones presentadas en la guía de diseño El diseño de ecuaciones presentadas en la guía de diseño AASHTO-1986, fueron obtenidas empíricamente de los resultados de la AASHTO-1986, fueron obtenidas empíricamente de los resultados de la prueba de caminos de la AASHO, para desarrollar un mecanismo de prueba de caminos de la AASHO, para desarrollar un mecanismo de análisis de pavimentos y un procedimiento de diseño apropiado para análisis de pavimentos y un procedimiento de diseño apropiado para futuras versiones de la guía AASHTO, un proyecto de investigación futuras versiones de la guía AASHTO, un proyecto de investigación intitulado “PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE intitulado “PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE CALIBRADO MECANICO PARA PAVIMENTOS” fue entregado a la CALIBRADO MECANICO PARA PAVIMENTOS” fue entregado a la Universidad de Illinois bajo el nombre NCHRP 1-26. La investigación Universidad de Illinois bajo el nombre NCHRP 1-26. La investigación incluye tanto pavimentos rígidos como flexibles y un 2do volumen del incluye tanto pavimentos rígidos como flexibles y un 2do volumen del informe referido también al informe 1-26, fue realizado por la Cooperativa informe referido también al informe 1-26, fue realizado por la Cooperativa Nacional de programas de Investigación para carreteras NCHRP-1990, Nacional de programas de Investigación para carreteras NCHRP-1990, parte de la información presentada aquí fue obtenida del informe 1-26.parte de la información presentada aquí fue obtenida del informe 1-26.

El procedimiento de calibración mecánica es un nombre El procedimiento de calibración mecánica es un nombre más especifico para el procedimiento mecánico – más especifico para el procedimiento mecánico – empírico. Este contiene un número de modelos empírico. Este contiene un número de modelos mecánicos peligrosos los cuales requieren cuidadosa mecánicos peligrosos los cuales requieren cuidadosa calibración y verificación para asegurar un buen calibración y verificación para asegurar un buen funcionamiento entre lo predecible y el peligro actual que funcionamiento entre lo predecible y el peligro actual que puede ser obtenido. El propósito de calibración es para puede ser obtenido. El propósito de calibración es para establecer transferencia de funciones mecanicamente establecer transferencia de funciones mecanicamente relacionadas determinando respuestas a formas relacionadas determinando respuestas a formas específicas de daños físicos. La verificación incluye la específicas de daños físicos. La verificación incluye la evaluación de los modelos propuestos con resultados, evaluación de los modelos propuestos con resultados, comparándolos con la observación. En otras áreas no comparándolos con la observación. En otras áreas no incluidas en el ejercicio de calibración. Este incluidas en el ejercicio de calibración. Este procedimiento ha sido usado en varios métodos de procedimiento ha sido usado en varios métodos de diseño, tales como el método del instituto del asfalto, diseño, tales como el método del instituto del asfalto, descrito en la sección 11.2.6. descrito en la sección 11.2.6.

11.1.1. METODOLOGÍA GENERAL.11.1.1. METODOLOGÍA GENERAL.La Fig. 11.1 muestra la metodología general para el La Fig. 11.1 muestra la metodología general para el diseño de pavimento flexible, en la figura se asume que diseño de pavimento flexible, en la figura se asume que los materiales usados para la estructura del pavimento los materiales usados para la estructura del pavimento son conocidos con anterioridad y que únicamente la son conocidos con anterioridad y que únicamente la configuración de pavimentos, está sujeto a diseños configuración de pavimentos, está sujeto a diseños repetidos. Si se cambia la configuración del pavimento repetidos. Si se cambia la configuración del pavimento no satisface los requerimientos de diseño, es talvez no satisface los requerimientos de diseño, es talvez necesario cambiar los tipos y propiedades de los necesario cambiar los tipos y propiedades de los materiales usados. De este modo, la repetición pudo materiales usados. De este modo, la repetición pudo haber sido al revés de los pasos 2 y 3 en lugar de haber sido al revés de los pasos 2 y 3 en lugar de hacerlo directamente del paso 1 al 5. También se hacerlo directamente del paso 1 al 5. También se muestra en la figura capítulo sobre temas relacionados.muestra en la figura capítulo sobre temas relacionados.

METODOLOGIA GENERALMETODOLOGIA GENERAL

8. MODELOS PELIGROSOS (Chap. 9 y 11) FATIGA AGRIETADA, DEPRESIONES BAJA TEMPERATURA DE AGRIETAMIENTO

2. ENTRADA PROPIEDAD DEL MATERIAL (Cap. 7) INFORMACIÓN CLIMATICA (Cap. 1 & 11)

1. ASUMIR CONFIGURACIÓN DEL PAVIMENTO

3. MODELOS CLIMATICOS TRANSFERENCIA DE CALOR EQUILIBRIO DE HUMEDAD INFILTRACIÓN Y DRENAJE

5. MODELOS ESTRUCTURALES (Chap. 2 y 3)

4. ENTRADA TRAFFIC (Chap. 6)

6. RESPUESTA DEL PAVIMENTO w

7. CONFIABILIDAD DEL DISEÑO (Chap. 10)

7. DISEÑO FINAL

Satisfactorio

Insa

tisfa

ctor

io

11.1.2. MODELOS CLIMÁTICOS.11.1.2. MODELOS CLIMÁTICOS.Temperatura y humedad son parámetros significativosclimáticos Temperatura y humedad son parámetros significativosclimáticos para el diseño de pavimentos. Los módulos de la HMA dependen para el diseño de pavimentos. Los módulos de la HMA dependen de la temperatura del pavimento, mientras los módulos de la base, de la temperatura del pavimento, mientras los módulos de la base, sub-base y sub-rasante varían apreciablemente con el contenido de sub-base y sub-rasante varían apreciablemente con el contenido de humedad. Los informes de la 1.26 indican que la tecnología humedad. Los informes de la 1.26 indican que la tecnología corriente como la usada en los modelos de materiales climáticos corriente como la usada en los modelos de materiales climáticos estructurales (CMS) desarrollados en la Universidad de Illinois estructurales (CMS) desarrollados en la Universidad de Illinois (Dempsey – Et. Al, 1986) es adecuado para caracterizar el régimen (Dempsey – Et. Al, 1986) es adecuado para caracterizar el régimen de temperatura de pavimento, pero las capacidades para los de temperatura de pavimento, pero las capacidades para los modelos de humedad no son tan avanzadas como estos para los modelos de humedad no son tan avanzadas como estos para los modelos de temperatura. La fuerza y el módulo de suelo cohesivo modelos de temperatura. La fuerza y el módulo de suelo cohesivo tan buenos como materiales granulares como un alto porcentaje de tan buenos como materiales granulares como un alto porcentaje de fineza, son muy sensitivos aún a pequeños cambios en el contenido fineza, son muy sensitivos aún a pequeños cambios en el contenido de humedad se dice a más o menos 1%.de humedad se dice a más o menos 1%. MODELO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR.MODELO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR.Fue descrito originalmente en la Universidad de Illinois (Dempsey – Fue descrito originalmente en la Universidad de Illinois (Dempsey – Thompson, 1970), para la evaluación de la acción de la helada y el Thompson, 1970), para la evaluación de la acción de la helada y el régimen de temperatura en sistemas de pavimentos multicapas. El régimen de temperatura en sistemas de pavimentos multicapas. El modelo aplica el método desigual finito, para resolver la ecuación modelo aplica el método desigual finito, para resolver la ecuación de Fourier para calor fluido unidimensional.de Fourier para calor fluido unidimensional.

2

2

zT

tT

TT == TemperaturaTemperaturatt == TiempoTiempozz == Depresión bajo la superficie.Depresión bajo la superficie. == Difusividad térmica, la cual está relacionada a la Difusividad térmica, la cual está relacionada a la

conductividad térmica y capacidad de calor de los materiales de conductividad térmica y capacidad de calor de los materiales de pavimento. pavimento.

La Convexión y radiación juegan un papel dominante en la La Convexión y radiación juegan un papel dominante en la transformación de calor entre el aire y la superficie del pavimento. transformación de calor entre el aire y la superficie del pavimento. Mientras que la conducción juega un rol separado en la transferencia de Mientras que la conducción juega un rol separado en la transferencia de calor dentro del Sistema de pavimentos, la depresión total H es un calor dentro del Sistema de pavimentos, la depresión total H es un parámetro variable en el modelo de transformación de calor. Si ingresa parámetro variable en el modelo de transformación de calor. Si ingresa en el modelo de transformación de calor los datos climáticos y las en el modelo de transformación de calor los datos climáticos y las propiedades térmicas de los materiales de pavimentos y suelos los propiedades térmicas de los materiales de pavimentos y suelos los datos climáticos incluyen diariamente temperaturas de aire máximo y datos climáticos incluyen diariamente temperaturas de aire máximo y mínimo, porcentajes de luz solar y velocidad del viento. Las mínimo, porcentajes de luz solar y velocidad del viento. Las propiedades térmicas incluyen conductividad térmica, capacidad de propiedades térmicas incluyen conductividad térmica, capacidad de calor y color latente de fusión. El modelo reconoce 3 formas de calor y color latente de fusión. El modelo reconoce 3 formas de propiedades térmicas dependiendo ya sea del material que está en propiedades térmicas dependiendo ya sea del material que está en condiciones glaciares, que condiciones no congeladas o condiciones condiciones glaciares, que condiciones no congeladas o condiciones congelada. congelada.

MODELO DE EQUILIBRIO HUMEDO.MODELO DE EQUILIBRIO HUMEDO.El modelo de equilibrio húmedo está basado en el El modelo de equilibrio húmedo está basado en el modelo CMS (Dempsey et al 1986) en la superficie de modelo CMS (Dempsey et al 1986) en la superficie de que la subrasante recibe humedad por infiltración a que la subrasante recibe humedad por infiltración a través de el pavimento. Cualquier agua de lluvia va ha través de el pavimento. Cualquier agua de lluvia va ha drenar fuera rápidamente a través de la capa de drenaje drenar fuera rápidamente a través de la capa de drenaje hasta la zanja de lado del drenaje longitudinal. De este hasta la zanja de lado del drenaje longitudinal. De este modo el único agua en la subrasante es el agua capilar modo el único agua en la subrasante es el agua capilar causado por el agua uniforme. Porque de la relación causado por el agua uniforme. Porque de la relación termodinámica entre la succión del suelo y el contenido termodinámica entre la succión del suelo y el contenido de humedad, un simple modo para determinar el de humedad, un simple modo para determinar el contenido de humedad en un suelo es determinando la contenido de humedad en un suelo es determinando la succión, la cual está relacionada con la presión de poro. . succión, la cual está relacionada con la presión de poro. . En el modelo CMS la relación empírica más usada para En el modelo CMS la relación empírica más usada para definir la curva succión-humedad está basada en el límite definir la curva succión-humedad está basada en el límite líquido, el índice de plasticidad y el contenido de la líquido, el índice de plasticidad y el contenido de la humedad saturada del suelo. La relación entre succión y humedad saturada del suelo. La relación entre succión y presión de poro puede ser expresada como: presión de poro puede ser expresada como:

= S + = S + p pDonde:Donde: :: Presión de poro cuando el suelo está cargadoPresión de poro cuando el suelo está cargadoSS :: Es la succión del suelo que es una presión negativa.Es la succión del suelo que es una presión negativa.pp :Presión aplicada a sobrecarga que es positiva:Presión aplicada a sobrecarga que es positiva :: Es el factor de compresibilidad que varía entre O, para suelos poco Es el factor de compresibilidad que varía entre O, para suelos poco

saturados y cohesivos y 1 para suelos saturados. Para suelos cohesivos poco saturados y cohesivos y 1 para suelos saturados. Para suelos cohesivos poco saturados, saturados, esta relacionada al índice de plasticidad. esta relacionada al índice de plasticidad. IPpor (Black y Croney, 1957)IPpor (Black y Croney, 1957)

= 0.03 xIP= 0.03 xIPLa presión de poro en un suelo depende únicamente de la distancia encima del nivel La presión de poro en un suelo depende únicamente de la distancia encima del nivel

freático del suelo.freático del suelo. = -z = -z ww

Donde: Donde: z = Distancia encima del nivel freático.z = Distancia encima del nivel freático.w = Peso unitario del agua.w = Peso unitario del agua.. Combinando las ecuaciones 11.2 y 11.4 resulta:. Combinando las ecuaciones 11.2 y 11.4 resulta:

S = -zS = -zww - - PPLos procedimientos para determinar el contenido de humedad de equilibrio en cualquier Los procedimientos para determinar el contenido de humedad de equilibrio en cualquier

punto en un sistema de pavimentos puede ser resumidos como sigue:punto en un sistema de pavimentos puede ser resumidos como sigue: Determinar la distancia z desde el punto al nivel freático.Determinar la distancia z desde el punto al nivel freático. Determinar la carga o presión de sobrecarga P.Determinar la carga o presión de sobrecarga P. Determinar el factor de compresibilidad Determinar el factor de compresibilidad por la Ec. 11.3. por la Ec. 11.3. Determinar la succión S por la Ec. 11.5.Determinar la succión S por la Ec. 11.5. Determinar el contenido de humedad en la curva succión – humedad.Determinar el contenido de humedad en la curva succión – humedad.

La figura muestra las curvas succión-humedad para 5 La figura muestra las curvas succión-humedad para 5 diferentes suelos con variación de contenidos de arcilla, diferentes suelos con variación de contenidos de arcilla, indicando el numeral entre paréntesis debajo de cada indicando el numeral entre paréntesis debajo de cada tipo de suelo. Estas curvas fueron obtenidas en el tipo de suelo. Estas curvas fueron obtenidas en el laboratorio por pruebas de secado, en la cual niveles laboratorio por pruebas de secado, en la cual niveles diferentes de vacíos o succión son aplicados para un diferentes de vacíos o succión son aplicados para un espécimen de suelo húmedo hasta que la humedad sea espécimen de suelo húmedo hasta que la humedad sea reducida a un valor equilibrado.reducida a un valor equilibrado.

0 10 20 30 40 50 60 70

1

2

3

4

5

Arcilla (64)London Staines

Arcilla (59)NortonArcilla (55)

PotteryArcilla (22)

Harmondsworth Sandy

Arena (9)Culham

Contenido de Humedad (%)

EJEMPLO 11.1EJEMPLO 11.1. . La Fig. 11.3 muestra un pavimento asfáltico full-depth (8 in) sobre La Fig. 11.3 muestra un pavimento asfáltico full-depth (8 in) sobre una subrasante compuesta de dos materiales diferentes. La décima (16 in) es una una subrasante compuesta de dos materiales diferentes. La décima (16 in) es una arena Culham la de abajo es una arcilla Norton con IP de 18. La relación entre la arena Culham la de abajo es una arcilla Norton con IP de 18. La relación entre la succión y el contenido de humedad de estos dos suelos se muestra en la Fig. 11.2. El succión y el contenido de humedad de estos dos suelos se muestra en la Fig. 11.2. El nivel freático está localizado 12 in. Debajo de la superficie de la arcilla. El peso nivel freático está localizado 12 in. Debajo de la superficie de la arcilla. El peso unitario unitario de estos materiales se muestran en la figura. Calcular el contenido de de estos materiales se muestran en la figura. Calcular el contenido de humedad en el punto A en la superficie de la arcilla, en el punto B en el fondo de la humedad en el punto A en la superficie de la arcilla, en el punto B en el fondo de la capa de arena, y en el punto C en la superficie de la capa de arena.capa de arena, y en el punto C en la superficie de la capa de arena.

HMAHMA =145pcf=145pcf 8in8in CC Arena CULHAMArena CULHAM =120pcf=120pcf 16in16in BB Arcilla NORTONArcilla NORTON AA =125pcf=125pcf 12in12in NFNF

aguaagua

SOLUCIONSOLUCION:: En el punto A: La presión de sobrecarga: p = (8 x 145 + 16 X 120)/12 = En el punto A: La presión de sobrecarga: p = (8 x 145 + 16 X 120)/12 = 256.7 psf. De la ec. 11.3 256.7 psf. De la ec. 11.3 = 0.03 X 18 = 0.54. De la ecuación 11.5, 5 = -1 X 62.4- = 0.03 X 18 = 0.54. De la ecuación 11.5, 5 = -1 X 62.4- 0.54 X 256.7 = -201.0 psi. De la figura 11.2, el contenido de humedad es 38%.0.54 X 256.7 = -201.0 psi. De la figura 11.2, el contenido de humedad es 38%.En el punto B: En el punto B: = 0 y de la ecuación 11.5, S = -62.4 psf = -0.43 psi, de la figura 11.2, = 0 y de la ecuación 11.5, S = -62.4 psf = -0.43 psi, de la figura 11.2, el contenido de humedad es 21%.el contenido de humedad es 21%.En el punto C de la ecuación 11.5, 5 = -(12+16) X 62.4/12 = -145.6 psf = 1.01 psi, de En el punto C de la ecuación 11.5, 5 = -(12+16) X 62.4/12 = -145.6 psf = 1.01 psi, de la Fig. 11.2, el contenido de humedad es 19.5%la Fig. 11.2, el contenido de humedad es 19.5%

MODELO DE INFILTRACIÓN Y DRENAJEMODELO DE INFILTRACIÓN Y DRENAJE..El modelo de infiltración y drenaje desarrollado por la universidad El modelo de infiltración y drenaje desarrollado por la universidad de Texas A & M (Liu y Lytton, 1984) pudiendo ser usado para de Texas A & M (Liu y Lytton, 1984) pudiendo ser usado para evaluar los efectos de aguacero en el grado de saturación y el evaluar los efectos de aguacero en el grado de saturación y el modelo resistente del curso de la base y la subrasante. El grado de modelo resistente del curso de la base y la subrasante. El grado de saturación de la base y subrasante escalonado periódicamente, saturación de la base y subrasante escalonado periódicamente, considerando la probabilidad de distribución de la cantidad de considerando la probabilidad de distribución de la cantidad de aguacero, las probabilidades de humedad y secado diarias, la aguacero, las probabilidades de humedad y secado diarias, la infiltración de agua dentro del pavimento hacia las rupturas y juntas, infiltración de agua dentro del pavimento hacia las rupturas y juntas, el drenaje de la base del curso y las probabilidades de humedad y el drenaje de la base del curso y las probabilidades de humedad y secado del pavimento subyacentesecado del pavimento subyacente

11.1.3. MODELOS ESTRUCTURALES.11.1.3. MODELOS ESTRUCTURALES. MODELO DE ELEMENTOS FINITOS.MODELO DE ELEMENTOS FINITOS.

Dos modelos de elementos finitos ILLI-PAVE y MICH-PAVE, son Dos modelos de elementos finitos ILLI-PAVE y MICH-PAVE, son descritos en la sección 3.3.2. como previamente se discutió algunas descritos en la sección 3.3.2. como previamente se discutió algunas preguntas necesitan ser resueltas antes de que estos modelos preguntas necesitan ser resueltas antes de que estos modelos puedan ser usados con ELP. El problema más serio es que las puedan ser usados con ELP. El problema más serio es que las soluciones lineales elásticas obtenidas por ambos modelos difieren soluciones lineales elásticas obtenidas por ambos modelos difieren significativamente de otros obtenidos por ELP, cuando los significativamente de otros obtenidos por ELP, cuando los elementos en el mismo lecho son asignados a los mismos módulos, elementos en el mismo lecho son asignados a los mismos módulos, la falta de conocimiento de estos requerimientos básicos indican la falta de conocimiento de estos requerimientos básicos indican claramente que algunos están erróneos con estos programas de claramente que algunos están erróneos con estos programas de elementos – finitos.elementos – finitos.

Otra limitación de ILLI-PAVE y MICH-PAVE es la representación de la Otra limitación de ILLI-PAVE y MICH-PAVE es la representación de la carga de rueda por una única área circular, el uso de una única rueda para carga de rueda por una única área circular, el uso de una única rueda para reemplazar una combinación el cual resulta inseguro, para pavimentos reemplazar una combinación el cual resulta inseguro, para pavimentos asfaltados de poco espesor, parque es apto para radios de contacto asfaltados de poco espesor, parque es apto para radios de contacto grandes de una rueda simple. El esfuerzo de tensión en el fondeo de la grandes de una rueda simple. El esfuerzo de tensión en el fondeo de la capa de asfalto es más pequeño bajo una rueda simple que una bajo capa de asfalto es más pequeño bajo una rueda simple que una bajo ruedas duales.ruedas duales.

PROGRAMA DE CAPAS ELASTICAS.PROGRAMA DE CAPAS ELASTICAS.Un amplio número de programas de capas elásticas son usadas. Tres Un amplio número de programas de capas elásticas son usadas. Tres programas fueron usados para comparar resultados en KENLAYER, tal programas fueron usados para comparar resultados en KENLAYER, tal como se muestra por ELSYSM5, en la tabla 3.5, VESYS, en la tabla 3.7 y como se muestra por ELSYSM5, en la tabla 3.5, VESYS, en la tabla 3.7 y DAMA, en las tablas 3.8 y 3.9. KENLAYER como se presenta en este libro DAMA, en las tablas 3.8 y 3.9. KENLAYER como se presenta en este libro es considerado el más comprensible modelo estructural. Este considera es considerado el más comprensible modelo estructural. Este considera una variedad de casos no útiles en otra parte, y pueden ser aplicados a una variedad de casos no útiles en otra parte, y pueden ser aplicados a sistemas de capas consistentes de: elásticas-lineales y materiales visco sistemas de capas consistentes de: elásticas-lineales y materiales visco elásticos bajo simples y múltiples ruedas pesadas.elásticos bajo simples y múltiples ruedas pesadas.Una mayor deficiencia de KENLAYER en el análisis no lineal, donde un Una mayor deficiencia de KENLAYER en el análisis no lineal, donde un punto de esfuerzo debería ser especificado por cada capa no lineal, para punto de esfuerzo debería ser especificado por cada capa no lineal, para computabilizar su modelo base en el estado de esfuerzo.computabilizar su modelo base en el estado de esfuerzo. De este modo por comparación de las soluciones no lineales obtenidas de De este modo por comparación de las soluciones no lineales obtenidas de KENLAYER, con estos programas de elementos finitos, algunas líneas de KENLAYER, con estos programas de elementos finitos, algunas líneas de estas guías en la solución de puntos de esfuerzo puede ser desarrollados.estas guías en la solución de puntos de esfuerzo puede ser desarrollados.

11.1.4. MODELOS DE FALLA11.1.4. MODELOS DE FALLA

Son algunas veces llamados funciones de transferencia, los cuales señalan Son algunas veces llamados funciones de transferencia, los cuales señalan respuestas estructurales a varios tipos de fallas.respuestas estructurales a varios tipos de fallas.Los modelos de falla son las conexiones más débiles en el método del Los modelos de falla son las conexiones más débiles en el método del mecanismo empírico y extensivo al campo de calibración y verificación son mecanismo empírico y extensivo al campo de calibración y verificación son requeridos para establecer las predicciones de fallas más seguras. La requeridos para establecer las predicciones de fallas más seguras. La función de transferencia se da por HMA, la fatiga y subrasante, son útiles función de transferencia se da por HMA, la fatiga y subrasante, son útiles pero el ahuellamiento de HMA y materiales granulares son marginados y pero el ahuellamiento de HMA y materiales granulares son marginados y requieren un mayor desarrollorequieren un mayor desarrollo . Reportes del 1-26 indican que el . Reportes del 1-26 indican que el ahuellamiento promedio, concepto desarrollo por la Universidad del estado ahuellamiento promedio, concepto desarrollo por la Universidad del estado de OHIO, (MAJIDZADEH Et. Al 1976) parecen ser muy prometedoras de OHIO, (MAJIDZADEH Et. Al 1976) parecen ser muy prometedoras porque estas pueden ser aplicadas a todo material para pavimentos porque estas pueden ser aplicadas a todo material para pavimentos incluyendo HMA, material granular y granos finos de suelo. Los reportes incluyendo HMA, material granular y granos finos de suelo. Los reportes también recomiendan el uso del modelo terminal de ruptura de SHAHIN-Mc también recomiendan el uso del modelo terminal de ruptura de SHAHIN-Mc CULLOUGH (1972) como un procedimiento de evaluación para el potencial CULLOUGH (1972) como un procedimiento de evaluación para el potencial de ruptura térmicade ruptura térmica

. . Modelos de Agrietamiento por FatigaModelos de Agrietamiento por Fatiga..El concepto acumulativo de daño de Miner’s (1945) se ha usado para El concepto acumulativo de daño de Miner’s (1945) se ha usado para predecir el agrietamiento por fatiga. Se acuerda generalmente que el predecir el agrietamiento por fatiga. Se acuerda generalmente que el número admisible de carga de la repetición es relacionada con la tensión número admisible de carga de la repetición es relacionada con la tensión extensible al pie de estrato del asfalto. La cantidad de daño es expresada extensible al pie de estrato del asfalto. La cantidad de daño es expresada como una proporción de daño, lo cual es la proporción entre número como una proporción de daño, lo cual es la proporción entre número previsto y el admisible de repetición de carga. El daño ocurre cuando la previsto y el admisible de repetición de carga. El daño ocurre cuando la suma de las relaciones daños da el valor de 1. suma de las relaciones daños da el valor de 1.

Si los valores a término medio sirven como parámetro de diseño, Si los valores a término medio sirven como parámetro de diseño, entonces una proporción de daño de 1 señala que la probabilidad entonces una proporción de daño de 1 señala que la probabilidad de fracaso es 50 %, o 50 % del área experimentará el daño, la de fracaso es 50 %, o 50 % del área experimentará el daño, la probabilidad de fracaso, o el porcentaje de área rajado, puede ser probabilidad de fracaso, o el porcentaje de área rajado, puede ser calculado y comprobado con pruebas de campo. La diferencia calculado y comprobado con pruebas de campo. La diferencia principal en los métodos diversos del diseño son las funciones de principal en los métodos diversos del diseño son las funciones de transferencia que le describe el HMA, a las tensiones extensibles transferencia que le describe el HMA, a las tensiones extensibles para el número admisible de repeticiones de carga. En el Instituto para el número admisible de repeticiones de carga. En el Instituto del asfalto y Shell diseñan métodos, el número admisible de N del asfalto y Shell diseñan métodos, el número admisible de N repeticiones de carga.repeticiones de carga. Para calcular grietas por fatiga está relacionado con la tensión Para calcular grietas por fatiga está relacionado con la tensión extensible “e” al pie del HMA y el módulo HMA “ E ” porextensible “e” al pie del HMA y el módulo HMA “ E ” por

Nf = Nf = f1f1 ( (1)1)-f2-f2 (E1) (E1)-f3-f3 (3.6)(3.6)Para la mezcla estándar usada en diseño, la ecuación del Instituto Para la mezcla estándar usada en diseño, la ecuación del Instituto del Asfalto para 20% de área rajada es:del Asfalto para 20% de área rajada es:

Nf = 0.0796 (Nf = 0.0796 (1)1)-3.291-3.291(E1)(E1)-0.854-0.854(11.6)(11.6)Y la ecuación Shell es:Y la ecuación Shell es:

Nf = 0.0685 (Nf = 0.0685 (1)1)-5.671-5.671(E1)(E1)-2.363-2.363(11.6)(11.6)

Porque el Porque el f2f2 es mas grande que es mas grande que f1f1 El efecto de El efecto de , en N, es muy , en N, es muy mayor que la de E1. Por consiguiente, el término E1 puede mayor que la de E1. Por consiguiente, el término E1 puede despreciarse:despreciarse:

Nf = Nf = f1f1 ( (1)1)-f2-f2La ecuación 11.8 ha sido usada por varias agencias como listado La ecuación 11.8 ha sido usada por varias agencias como listado abajo:abajo:

Illinois Department de Transportation (Thompson. 1987)Illinois Department de Transportation (Thompson. 1987)Nf = 5 x 10-6(Nf = 5 x 10-6())-3.0-3.0

Transportation and Road Research Laboratory (Powell ct Transportation and Road Research Laboratory (Powell ct al., al., 1984)1984)

Nf = 1.66 x 10-10(Nf = 1.66 x 10-10())-4.32-4.32Belgian Road Research Center (Verstraeten e al., 1982)Belgian Road Research Center (Verstraeten e al., 1982)

Nf = 4.92 x 10-14(Nf = 4.92 x 10-14())-4.36-4.36 Modelos RuttingModelos Rutting..

Dos procedimientos se han usado para limitar el bacheado uno Dos procedimientos se han usado para limitar el bacheado uno para limitar la tensión compresiva vertical encima de lo subrasante para limitar la tensión compresiva vertical encima de lo subrasante y el otro para limitar la deformación permanente acumulada total en y el otro para limitar la deformación permanente acumulada total en la superficie del pavimento basada en las propiedades permanentes la superficie del pavimento basada en las propiedades permanentes de deformación de cada estrato individual. El Instituto del asfalto y de deformación de cada estrato individual. El Instituto del asfalto y Shell diseñaron métodos, el número admisible de carga. Las Shell diseñaron métodos, el número admisible de carga. Las repeticiones “Nd” para limitar el bacheado están relacionadas con la repeticiones “Nd” para limitar el bacheado están relacionadas con la tensión compresiva vertical “ e” encima de lo subrasante por:tensión compresiva vertical “ e” encima de lo subrasante por:

Nd = Nd = f1f1 ( (1)1)-f2-f2

En el método de tensión de la subrasante, está asumiendo que si la En el método de tensión de la subrasante, está asumiendo que si la subrasante es compresiva la tensión es controlada, las profundidades subrasante es compresiva la tensión es controlada, las profundidades razonables de bache en la superficie no serán excedidas. Por razonables de bache en la superficie no serán excedidas. Por ejemplo, los diseños por el método del Instituto del asfalto se espera ejemplo, los diseños por el método del Instituto del asfalto se espera tienen una profundidad de bache más grande que 0.5 in. (12.7 mm) y tienen una profundidad de bache más grande que 0.5 in. (12.7 mm) y los diseñados por el procedimiento TRRL - se espera - tienen una los diseñados por el procedimiento TRRL - se espera - tienen una profundidad del surco de más que 0.4 in. (10.2 mm). El método Shell profundidad del surco de más que 0.4 in. (10.2 mm). El método Shell tiene un procedimiento sugerido para estimar la deformación tiene un procedimiento sugerido para estimar la deformación permanente, permanente,

Los Modelos Termales de Agrietamiento.Los Modelos Termales de Agrietamiento.Hay dos formas de agrietamiento termal en pavimentos del asfalto: El Hay dos formas de agrietamiento termal en pavimentos del asfalto: El agrietado a baja temperatura y el agrietado uniforme de fatiga termal. agrietado a baja temperatura y el agrietado uniforme de fatiga termal. El agrietamiento de baja temperatura ocurre cuando el esfuerzo El agrietamiento de baja temperatura ocurre cuando el esfuerzo extensible termal en la HMA excede su fuerza extensible. Si el extensible termal en la HMA excede su fuerza extensible. Si el esfuerzo extensible es más pequeño que la fuerza extensible, esfuerzo extensible es más pequeño que la fuerza extensible, entonces el pavimento no se agrietará bajo un solo ciclo diario de entonces el pavimento no se agrietará bajo un solo ciclo diario de temperatura pero puede calmar grieta bajo un número grande de temperatura pero puede calmar grieta bajo un número grande de ciclos. Ésta es llamada fatiga termal de agrietamiento, lo cual ocurre ciclos. Ésta es llamada fatiga termal de agrietamiento, lo cual ocurre cuando la fatiga consumida por los ciclos diarios de temperatura cuando la fatiga consumida por los ciclos diarios de temperatura excede la resistencia a la fatiga HMA. La figura 11.7 muestra cómo es excede la resistencia a la fatiga HMA. La figura 11.7 muestra cómo es el agrietamiento termal analizado en el modelo de Shahin-el agrietamiento termal analizado en el modelo de Shahin-McCullough.McCullough.

1. ENTRADA DATOS DE CLIMA, PROPIEDADES DEL ASFALTO PROPIEDADES DEL HMA, PERIODO DE DISEÑO

2. CALCULAR LA TEMPERATURA DEL PAVIMENTO CADA HORA

3. EVALUE LAS PROPIEDADES DE ENVEJECIMIENTO DEL ASFALTO

4. DETERMINE LA RIGIDEZ DEL HMA

5. COMPUTE EL MAXIMO ESFUERSO DE TENSIÓN Y LA DEFORMACIÓN PARA CADA DÍA

6. COMPUTE EL CORRESPONDIENTE ESFUERZO DE TENSIÓN

7. PREDIGA EL AGRIETAMIENTO POR BAJA TEMPERATURA

8. PREDIGA EL AGRIETAMIENTO POR FATIGA CALORÍFICA

6. SUME AMBOS TIPOS DE AGRIETAMIENTO

EJEMPLOEJEMPLODada una presión elástica( б )de 100 psi (690KPa) con Dada una presión elástica( б )de 100 psi (690KPa) con un coeficiente de variación de 0.3 y una fuerza elastica H un coeficiente de variación de 0.3 y una fuerza elastica H DE150 PSI (1.04MPa) con un ceficiente de variación de DE150 PSI (1.04MPa) con un ceficiente de variación de 0.2 .Estimar la longitud de ruptura en ft por 1000ft2.0.2 .Estimar la longitud de ruptura en ft por 1000ft2.SOLUCIONSOLUCIONLa variación de (б-H) es(0.3x100)2+(0.2x150)2=1800psi2 La variación de (б-H) es(0.3x100)2+(0.2x150)2=1800psi2 y la desviación estandar dey la desviación estandar de(б-H)=18001/2=42.4psi (293KPa).Elmenor de (б-H)es (б-H)=18001/2=42.4psi (293KPa).Elmenor de (б-H)es 100-150=-50 , por tanto la desviación normal de(б-H)=0 100-150=-50 , por tanto la desviación normal de(б-H)=0 es z=(0-(-50))/42.4=1.18. De la tabla 10.1 :ψ(z)=0.381,de es z=(0-(-50))/42.4=1.18. De la tabla 10.1 :ψ(z)=0.381,de este modo hay 11 9% de probabilidad que (б-H) es este modo hay 11 9% de probabilidad que (б-H) es mayor que 0. El area de falla es mayor que 0. El area de falla es 0.119x1000=119 ft2/1000ft2 o la longitud de falla es de 0.119x1000=119 ft2/1000ft2 o la longitud de falla es de 119/5=23.8ft/1000ft2(78.1m/1000m2).119/5=23.8ft/1000ft2(78.1m/1000m2).

Ejemplo 11.6Ejemplo 11.6 Dado MDado MRR = 10000 psi (69 Mpa) y ESAL = 10 = 10000 psi (69 Mpa) y ESAL = 1066, diseñe , diseñe

el espesor del pavimento con un HMA superficial el espesor del pavimento con un HMA superficial encima de una emulsión asfáltica tipo II para base.encima de una emulsión asfáltica tipo II para base.

Solución:Solución: Con MCon MRR = 10 = 1044psi (69 MPa) y un ESAL = psi (69 MPa) y un ESAL = 101066, de la Figura 11.13, el espesor combinado es , de la Figura 11.13, el espesor combinado es 10.5 in. (267 mm). De la Tabla 11.12, el mínimo 10.5 in. (267 mm). De la Tabla 11.12, el mínimo espesor de HMA es 3 in. (76mm). Si el mínimo espesor de HMA es 3 in. (76mm). Si el mínimo espesor de HMA es usado, el espesor del espesor de HMA es usado, el espesor del emulsionante asfáltico base es 10.5 – 3 = 7.5 in. emulsionante asfáltico base es 10.5 – 3 = 7.5 in. (191mm). Comparando con el ejemplo 11.5, el (191mm). Comparando con el ejemplo 11.5, el espesor total del pavimento a incrementado en 2 in. espesor total del pavimento a incrementado en 2 in. (51 mm) cuando el emulsionante asfáltico base es (51 mm) cuando el emulsionante asfáltico base es usado.usado.

HMA Encima de Agregado de Base HMA Encima de Agregado de Base Sin TratamientoSin Tratamiento La Figura 11.15 a 11.20 son diagramas para La Figura 11.15 a 11.20 son diagramas para

HMA del curso superficial sobre la base de HMA del curso superficial sobre la base de agregados sin tratamiento de 4, 6, 8, 10,12, y agregados sin tratamiento de 4, 6, 8, 10,12, y 18 in. (102, 152, 203, 254, 305, y 457 mm), 18 in. (102, 152, 203, 254, 305, y 457 mm), respectivamente. respectivamente. DDiagramas para el 4, 8, 10, iagramas para el 4, 8, 10, y 18 in. (102, 203, 252, y 457 mm) de base y 18 in. (102, 203, 252, y 457 mm) de base granular no fueron incluidasgranular no fueron incluidas. . Al usar estos Al usar estos diagramas, el primer diseño deba determinar diagramas, el primer diseño deba determinar que el espesor del agregado base es usado y que el espesor del agregado base es usado y entonces selecciona el diagrama de diseño entonces selecciona el diagrama de diseño apropiado para el cual el espesor de HMA apropiado para el cual el espesor de HMA pueda ser encontrado.pueda ser encontrado.

Ejemplo 11.7Ejemplo 11.7 Dado MDado MRR = 10000 psi (69 Mpa) y ESAL = 10 = 10000 psi (69 Mpa) y ESAL = 1066, y , y

un agregado de base sin tratamiento de 8 in. un agregado de base sin tratamiento de 8 in. (203 mm), determine el espesor de HMA (203 mm), determine el espesor de HMA requerido.requerido.

Solución:Solución: Con MCon MRR = 10 = 1044psi (69 MPa) y ESAL = psi (69 MPa) y ESAL = 101066, de la Figura 11.17, el espesor de HMA es , de la Figura 11.17, el espesor de HMA es 6.5 in. (165mm). Comparando con el ejemplo 6.5 in. (165mm). Comparando con el ejemplo 11.5, el uso de 8 in. (203 mm) de una base sin 11.5, el uso de 8 in. (203 mm) de una base sin tratamiento reduce al espesor de HMA en 2 in. tratamiento reduce al espesor de HMA en 2 in. (51mm).(51mm).

11.2.  MÉTODO DEL INSTITUTO 11.2.  MÉTODO DEL INSTITUTO DE ASFALTODE ASFALTO

Sabemos que dos tipos de deformaciones Sabemos que dos tipos de deformaciones son considerados:son considerados:

EEl esfuerzo de tensión horizontal Єl esfuerzo de tensión horizontal Є ii al fondo al fondo de la capa de asfalto, la que causa fatiga de la capa de asfalto, la que causa fatiga agrietandoagrietando..

EEl esfuerzo compresible vertical Єl esfuerzo compresible vertical Єcc sobre la sobre la superficie de la sub rasante, causando superficie de la sub rasante, causando permanente deformación o haciendo surcos.permanente deformación o haciendo surcos.

Esta es usado Esta es usado como el fracaso critico en el como el fracaso critico en el método del Instituto del Asfalto. método del Instituto del Asfalto.

11.2.11.2.1.1.1.1.                CRITERIO DE DISEÑOCRITERIO DE DISEÑO

Criterio de FatigaCriterio de Fatiga Con Con una mezcla estándaruna mezcla estándar de de un volumen de un volumen de

asfalto del 11% y una relación de vacíos de asfalto del 11% y una relación de vacíos de 5%, la ecuación es:5%, la ecuación es:

NNff es el número aceptable de repeticiones de es el número aceptable de repeticiones de carga al control de fatiga agrietado y carga al control de fatiga agrietado y E* E* es el es el módulo dinámico de la mezcla de asfaltomódulo dinámico de la mezcla de asfalto..

Si el asfalto o la relación de vacíos es Si el asfalto o la relación de vacíos es diferente de 11% ó 5%, el factor de diferente de 11% ó 5%, el factor de corrección Ccorrección C debe aplicarse. debe aplicarse.

EEl uso de la ecuación resultaría una fatiga l uso de la ecuación resultaría una fatiga agrietada de 20% del total del áreaagrietada de 20% del total del área

0.854*3.291tf E)0.0796(N

•El número aceptable de repeticiones de carga El número aceptable de repeticiones de carga al control permanente de deformación puede al control permanente de deformación puede ser expresada como:ser expresada como:

• EEl uso de l uso de esta ecuaciónesta ecuación no resultaría en no resultaría en baches grandes de 0.5in para el tráfico de baches grandes de 0.5in para el tráfico de diseño. diseño.

Criterio Criterio dde Deformación Permanentee Deformación Permanente

477.49 )(10 x 365.1 cdN

11.2.1. ANÁLISIS DE TRÁFICO11.2.1. ANÁLISIS DE TRÁFICO

1.1. Estimar el número de vehículos de diferentes Estimar el número de vehículos de diferentes tipostipos, se, se puede usa puede usarr como guía como guía la Tabla 6.9la Tabla 6.9..

2.2. Determinar el número de cada tipo de vehículo Determinar el número de cada tipo de vehículo sobre el diseño del carril durante el primer año sobre el diseño del carril durante el primer año de tráfico. Tabla 6.15de tráfico. Tabla 6.15..

3.3. Determinar un factor camión para cada tipo de Determinar un factor camión para cada tipo de vehículo. vehículo. (N(Número de ejes que tienen una carga úmero de ejes que tienen una carga de 18 kip (80 kN) aplicado por una pasada de un de 18 kip (80 kN) aplicado por una pasada de un camióncamión). Tabla 6.10.). Tabla 6.10.

4.4. DDe la Tabla 6.13 e la Tabla 6.13 tomar tomar un factor crecimiento un factor crecimiento simple para todos los camionessimple para todos los camiones..

5.5. Multiplica el número de camiones por el factor Multiplica el número de camiones por el factor camión y el factor crecimiento, suma ESAL.camión y el factor crecimiento, suma ESAL.

Determinación Determinación ddel Diseño ESAL el Diseño ESAL

Ejemplo 11.3Ejemplo 11.3 La Tabla 11.2 muestra una carretera rural de La Tabla 11.2 muestra una carretera rural de

cuatro carriles, con el número de camiones cuatro carriles, con el número de camiones durante el primer año en el diseño del carril durante el primer año en el diseño del carril mostrado en la columna 2 y el factor camión mostrado en la columna 2 y el factor camión en la columna 3. Si el crecimiento anual es en la columna 3. Si el crecimiento anual es 4%, determine ESAL para un periodo de 4%, determine ESAL para un periodo de diseño de 20 años.diseño de 20 años.

Tipo devehículo

(1)

Numero de vehículos

(2)

Factor Camión

(3)

Factor crecimiento

(4)

ESAL(2 x 3 x 4)

(5)Unidad de camión 2 ejes, 4 neumáticos 2 ejes, 6 neumáticos 3 ejes ó más Total de unidadesTractor, semi tráileres y combinaciones 4 ejes o menos 5 ejes 6 ejes ó más Total tractores, etc.Total de camiones

 78 80013 200

3 90095 900

 3 900

30 2001 300

35 400131 300

 0.0030.2500.860

  

0.921.251.54

 29.829.829.8

  

29.829.829.8

SubtotalDiseño ESAL

 7 000

98 300100 000205 300

 106 900

1 125 00059 700

1 291 000=1 496 900

Clase de Tráfico Tipo de calle o carretera

Rango esper en el peri de

diseñoESAL

I  II 

III 

IV 

V  

VI

Parques de estacionamiento, entrada de autos, trafico ligero en calles residenciales, tráfico ligero en caminos a granjas.Calles residenciales, granjas rurales y caminos residenciales.Pequeñas calles colectoras urbanas, pequeño caminos colectores rurales.Pequeñas arterias urbanas y calles industriales, mayores colectores rurales y pequeñas arterias.Vías libres urbanas, vías expresas, y otras principales arterias.Carreteras estatales y otras principales arterias.Carreteras interestatales urbanas.Algunos caminos industriales

Menor a 7 000  7 000 a 15 000 70000 a 150000 700 000 a 1 500 000

2 000 000 a 4 500 000 

7 000 000 a15 000 000

5 x 103

  

104

 105

 106

 3 x 106

  

107

Procedimiento Procedimiento SSimplificado para implificado para Determinar el Diseño ESALDeterminar el Diseño ESAL

11.2.1. 11.2.1.  Caracterización delCaracterización del MaterialMaterial MModulo de elasticidad e índice de Poisson de odulo de elasticidad e índice de Poisson de

sub rasante, base, y capa de asfalto. El índice sub rasante, base, y capa de asfalto. El índice de Poisson puede ser asumido como 0.45 de Poisson puede ser asumido como 0.45 para para lala sub rasante y 0.35 par sub rasante y 0.35 para otroa otros.s.

Suelo de Sub RasanteSuelo de Sub Rasante El modulo de elasticidad usado en este proceso El modulo de elasticidad usado en este proceso

de diseño es el modulo de elasticidad normalde diseño es el modulo de elasticidad normal.. Al determinar un modulo de elasticidad Al determinar un modulo de elasticidad

representativo, la prueba substancial de los representativo, la prueba substancial de los materiales de sub rasante es requerido dentro de materiales de sub rasante es requerido dentro de 2 ft (0.6 m) de la superficie de la sub rasante. 2 ft (0.6 m) de la superficie de la sub rasante.

Suelo de Sub RasanteSuelo de Sub Rasante

Nivel de tráficoNivel de tráficoESALESAL

Diseño del módulo de Diseño del módulo de elasticidadelasticidad

Valores del percentil Valores del percentil (%)(%)

101044 ó menos ó menosentre 10entre 1044 y 10 y 1066

101066 ó mas ó mas

60.060.075.075.087.587.5

El diseño de sub rasante del módulo de El diseño de sub rasante del módulo de elasticidad está definido como el valor del elasticidad está definido como el valor del modulo que es mas pequeño que 60, 75, ó modulo que es mas pequeño que 60, 75, ó 87.5% de todas las pruebas87.5% de todas las pruebas (6 a 8 pruebas) (6 a 8 pruebas)..

Ejemplo 11.4Ejemplo 11.4 Los resultados producidos por ocho pruebas Los resultados producidos por ocho pruebas

siguiendo los valores del modulo de elasticidad siguiendo los valores del modulo de elasticidad de la sub rasante son; 6200, 7800, 8800, 9500, de la sub rasante son; 6200, 7800, 8800, 9500, 10000, 11300, 11900 y 13500 psi (42.8, 53.8, 10000, 11300, 11900 y 13500 psi (42.8, 53.8, 60.7, 65.6, 69.0, 78.0, 82.1 y 93.2 MPa). 60.7, 65.6, 69.0, 78.0, 82.1 y 93.2 MPa). Determinar el diseño de sub rasante del modulo Determinar el diseño de sub rasante del modulo de elasticidad por ESAL de 10de elasticidad por ESAL de 1044, 10, 1055 y 10 y 1066..

Valores de la Prueba (psi)

Número igual o mayor que

Porcentaje igual o mayor que

13500 1 12.50 11900 2 25.00 11300 3 37.50 10000 4 50.00 9500 5 62.50 8800 6 75.00 7800 7 87.50 6200 8 100.00

FIGURA 11.8 FIGURA 11.8 GRÁFICO PARA DETERMINAR EL GRÁFICO PARA DETERMINAR EL DISEÑO DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE LA DISEÑO DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE LA SUBRASANTESUBRASANTE

Determinar el diseño de la subrasante del módulo de elasticidad

-

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000

modulo de elasticidad de la subrasante

% m

ayor

igua

l qu

e

Materiales Granulares Sin Materiales Granulares Sin TratamientoTratamiento

PruebaPrueba SúbaseSúbase BaseBase

CBR, mínimo CBR, mínimo Valor de R, mínValor de R, mínimoimoLímite líquido, máxLímite líquido, máximoimoÍndice de plasticidad, máxÍndice de plasticidad, máximoimoEquivalente de Arena, mínEquivalente de Arena, mínimoimo% que pasa malla Nº 200, Máx% que pasa malla Nº 200, Máx

2020555525256625251212

808078782525NPNP353577

El coeficiente KEl coeficiente K11 fue seleccionado de 8000 a 12000 psi fue seleccionado de 8000 a 12000 psi (55.2 a 82.8 Mpa) y el exponente K(55.2 a 82.8 Mpa) y el exponente K22 fue seleccionado igual fue seleccionado igual a 0.5. a 0.5. ((Norma ASTM D2940 “Graduado del agregado para Norma ASTM D2940 “Graduado del agregado para base o súbase para carreteras y aeropuertos”base o súbase para carreteras y aeropuertos”))

Mezcla de Asfalto en Caliente Mezcla de Asfalto en Caliente PP200200 = 5%, = 5%, f f = 10Hz, V= 10Hz, Vaa = 4% para la superficie y 7% = 4% para la superficie y 7%

para la base, y Vpara la base, y Vbb = 11% para ambos, tres regímenes de = 11% para ambos, tres regímenes de temperaturatemperatura 45, 60 y 75ºF (7, 15, y 24ºC 45, 60 y 75ºF (7, 15, y 24ºC ))

Localización Media anual de la temp ambiente

Graduación del asfalto

Viscosidad a 70ºF (106 poise)

New YorkCarolina del SurArizona

45ºF (7ºC)60ºF (15.5ºC)

75ºF (24ºC)

AC-5, AC-10AC-10, AC-20

AC-40

0.61.6

5

Mezcla de Asfalto en Caliente Mezcla de Asfalto en Caliente La temperatura T en la Ec. 7.27 es la La temperatura T en la Ec. 7.27 es la

temperatura media del pavimento Mtemperatura media del pavimento Mpp, que puede , que puede ser calculada de la media mensual de la ser calculada de la media mensual de la temperatura ambiente por la Ec. 3.27. temperatura ambiente por la Ec. 3.27.

MAATMAAT Media mensual de la temperatura ambiente(ºF)Media mensual de la temperatura ambiente(ºF) E E N N EE

F F E E BB

MMA A RR

A A B B RR

MMAYAY

J J UUNN

J J U U LL

AAGGOO

S S E E TT

O O C C TT

N N O O VV

D D I I CC

45ºF45ºF60ºF60ºF75ºF75ºF

242445455555

252538386161

141443436161

272745457373

424256569090

484870709191

616178789292

696981819393

656578789393

555573738686

484858587272

414154545555

Mezclas de Emulsionante AsfálticoMezclas de Emulsionante Asfáltico

1.1. Tipo ITipo I: : mezclas con agregados mezclas con agregados procesados, densamente graduados, procesados, densamente graduados, el que puede ser mezclados en una el que puede ser mezclados en una planta y tiene propiedades similares al planta y tiene propiedades similares al HMA.HMA.

2.2. Tipo IITipo II: : mezclas con agregados semi mezclas con agregados semi procesadas de trituración, de canteras, procesadas de trituración, de canteras, o carreteras.o carreteras.

3.3. Tipo IIITipo III:: mezclas con arenas o arenas mezclas con arenas o arenas limosas.limosas.

Mezclas de Emulsionante AsfálticoMezclas de Emulsionante Asfáltico El efecto de tiempo de curado sobre el El efecto de tiempo de curado sobre el

módulo de tensión es representado por:módulo de tensión es representado por:EEtt = E = Err – (E – (Err – E – Eii)(RF))(RF)

EEtt es el módulo al curado de tiempo t, E es el módulo al curado de tiempo t, Err es el módulo en el estado totalmente es el módulo en el estado totalmente curado, Ecurado, Eii es el módulo sin curado o en es el módulo sin curado o en el estado inicial, RF es el factor de el estado inicial, RF es el factor de reducción representando la cantidad de reducción representando la cantidad de curado al tiempo t.curado al tiempo t.

FIGURA 11.9 FIGURA 11.9 Factor de Reducción Factor de Reducción durante un periodo de curado de seis durante un periodo de curado de seis mesesmeses

0

0.2

0.4

0.6

0.8

11 2 3 4 5 6

Tiempo (meses)

Fact

or d

e Re

ducc

ión,

RF

11.2.11.2.44.        Efectos Ambientales.        Efectos AmbientalesSub rasante Sub rasante condiciones usadas para representar el efecto de condiciones usadas para representar el efecto de la helada en sub rasantela helada en sub rasante

MAATMAAT MódulMódulo o normal normal (psi)(psi)

Módulo en Módulo en deshielodeshielo

Mes Mes de de

inicio inicio de de

heladheladaa

Duración (meses)Duración (meses)

% % NorNormalmal

psipsi HeHe ladalada

DesDeshielohielo

RecuRecuperaperaciónción

NorNormamall

45ºF45ºF(7ºC)(7ºC)

4500450012000120002250022500

202050507070

90090060006000

1580015800

DecDecDecDecDecDec

444444

111111

555555

222222

60ºF60ºF(15.5ºC)(15.5ºC)

4500450012000120002250022500

303060608080

135001350072007200

1800018000

JanJanJanJanJanJan

222222

111111

444444

555555

Materiales Granulares Sin Materiales Granulares Sin TratamientoTratamiento

El coeficiente KEl coeficiente K11 en la Ec. 3.28 fue en la Ec. 3.28 fue incrementada por un factor de 300% incrementada por un factor de 300% para las condiciones de helada y para las condiciones de helada y reducido durante la primavera deshielo reducido durante la primavera deshielo al 25% del valor normal. La Tabla 11.11 al 25% del valor normal. La Tabla 11.11 contiene un resumen de los valores contiene un resumen de los valores mensuales de Kmensuales de K11 usados. El valor de K usados. El valor de K22 fue mantenido constante a 0.5.fue mantenido constante a 0.5.

TABLA 11.11 TABLA 11.11 VALORES MENSUALES DE KVALORES MENSUALES DE K11 PARA BASES GRANULARESPARA BASES GRANULARES

MAAT

Normal K1

(psi)

Valores mensuales para K1 (103 psi)

Dic

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun Jul Ag

oSep

Oct

Nov

45ºF (7ºC)

80001200

0

8.012.

0

12.0

18.0

16.0

24.0

20.0

30.0

24.0

36.0

2.03.0

3.24.8

4.46.6

5.68.4

6.810.

2

8.012.

0

8.012.

0

60ºF (15.5ºC)

80001200

0

8.012.

0

8.012.

0

16.0

24.0

24.0

36.0

2.03.0

3.55.2

5

5.07.5

6.59.7

5

8.012.

0

8.012.

0

8.012.

0

8.012.

0

11.2.11.2.55.        Procedimiento de Diseño.        Procedimiento de Diseño

La Figura 11.11 hasta 11.20 son los La Figura 11.11 hasta 11.20 son los diagramas de diseño estos están basados diagramas de diseño estos están basados sobre una temperatura ambiental media sobre una temperatura ambiental media anual de 60ºF (15.5ºC)anual de 60ºF (15.5ºC), e, esto es asumido si sto es asumido si los cementos asfálticos son seleccionados los cementos asfálticos son seleccionados conforme a la Tabla 11.7, el resultado de conforme a la Tabla 11.7, el resultado de módulos de HMA podrían no cambiar módulos de HMA podrían no cambiar significativamente afectando el diseño de significativamente afectando el diseño de espesor, incluso si la temperatura es algo espesor, incluso si la temperatura es algo diferente. diferente.

Profundidad Total del HMA (Full-Depth Profundidad Total del HMA (Full-Depth HMA)HMA)

Podemos observar en la Podemos observar en la Figura 11.11. Dado el Figura 11.11. Dado el módulo de elasticidad Mmódulo de elasticidad MRR de la sub rasante y el de la sub rasante y el equivalente a 18 kip eje simple carga, ESAL, el equivalente a 18 kip eje simple carga, ESAL, el espesor total HMA incluye ambas superficies y espesor total HMA incluye ambas superficies y el curso de la base puede ser leído directamente el curso de la base puede ser leído directamente del diagrama.del diagrama.

Ejemplo 11.5Ejemplo 11.5

Dado MDado MRR = 10000 psi (69 Mpa) y ESAL = 10 = 10000 psi (69 Mpa) y ESAL = 1044, , determine el espesor de HMA para una determine el espesor de HMA para una profundidad total del pavimento de asfalto.profundidad total del pavimento de asfalto.

Solución:Solución: En la Figura 11.11, trazamos una En la Figura 11.11, trazamos una línea horizontal a Mlínea horizontal a MRR = 10 = 1044psi (69 MPa) y una psi (69 MPa) y una línea vertical desde ESAL = 10línea vertical desde ESAL = 1044. La . La intersección de estas dos líneas dan un intersección de estas dos líneas dan un espesor a HMA de 8.5 in. (216 mm).espesor a HMA de 8.5 in. (216 mm).

HMA Encima de Base de Emulsión HMA Encima de Base de Emulsión AsfálticaAsfáltica

Se muestra en lasSe muestra en las Figura Figurass 11.12, 11.13 y 11.14 11.12, 11.13 y 11.14 para tipos I, II, y III de mezclas de emulsiones para tipos I, II, y III de mezclas de emulsiones asfálticas, respectivamente. El diagrama da la asfálticas, respectivamente. El diagrama da la combinación de espesor del curso de HMA combinación de espesor del curso de HMA superficial y las emulsiones asfálticas en la superficial y las emulsiones asfálticas en la base. El mínimo espesor de HMA encima de la base. El mínimo espesor de HMA encima de la emulsión asfáltica en la base varía con el nivel emulsión asfáltica en la base varía con el nivel de tráfico y son mostradas en la Tabla 11.12. La de tráfico y son mostradas en la Tabla 11.12. La diferencia entre el espesor combinado y el diferencia entre el espesor combinado y el espesor de HMA es el espesor requerido de espesor de HMA es el espesor requerido de emulsión asfáltica.emulsión asfáltica.

TABLA 11.12 TABLA 11.12 MÍNIMOS ESPESORES DE MÍNIMOS ESPESORES DE HMA ENCIMA DE EMULSIONES HMA ENCIMA DE EMULSIONES

ASFÁLTICAS PARA BASEASFÁLTICAS PARA BASE

Nivel de TráficoESAL

Espesores de HMA para

mezclas tipo I (in.)

Espesores de HMA para

mezclas tipo II y III (in.)

104

105

106

107

>107

115.222

22345

HMA y Mezcla de Emulsiones asfálticas HMA y Mezcla de Emulsiones asfálticas encima de una base de agregado no tratadoencima de una base de agregado no tratado

Consiste de una superficie de HMA y una base asfáltica emulsionado y un Consiste de una superficie de HMA y una base asfáltica emulsionado y un base corriente no tratada y no aprovechable.base corriente no tratada y no aprovechable.El siguiente método fue recomendado por el Instituto del Asfalto:El siguiente método fue recomendado por el Instituto del Asfalto:

• Diseñar un espesor de HMA para un trafico, subbase , Diseñar un espesor de HMA para un trafico, subbase , • Diseñe un pavimento para el mismo trafico y condiciones de subbase Diseñe un pavimento para el mismo trafico y condiciones de subbase

usando emulsión asfáltica usando emulsión asfáltica • Divida del espesor de la base de la emulsión asfáltica en dos pasos Divida del espesor de la base de la emulsión asfáltica en dos pasos

para los espesores del HMA Base, En el primen paso se obtiene para los espesores del HMA Base, En el primen paso se obtiene sustituyendo la relación.sustituyendo la relación.

• Diseño un pavimento para el mismo trafico y la condición de subbase Diseño un pavimento para el mismo trafico y la condición de subbase usando HMA y una base no tratadausando HMA y una base no tratada

• Seleccione una porción del espesor del HMA y reemplace por la Seleccione una porción del espesor del HMA y reemplace por la mezcla emulsión asfáltica, mezcla emulsión asfáltica,

• Multiplique el espesor de encima por la relación sustituida Multiplique el espesor de encima por la relación sustituida

Programa de las fases de construcciónPrograma de las fases de construcción En la construcción se detectan los lugares débiles de la En la construcción se detectan los lugares débiles de la primera etapa y se repara en la siguiente etapa.primera etapa y se repara en la siguiente etapa.Si:Si:n1= ESAL actual de la etapa 1n1= ESAL actual de la etapa 1N1= ESAL aceptable para el espesor inicial N1= ESAL aceptable para el espesor inicial h1= espesor seleccionado para la etapa 1h1= espesor seleccionado para la etapa 1La relación del daño para la etapa 1 es:La relación del daño para la etapa 1 es:

Dr= Dr= n1n1 N1 N1

N1= N1= n1n1 Dr Dr

n1n1 =1-Dr ó =1-Dr ó N2 = N2 = n2n2 N1 1-DrN1 1-Dr

EjemploEjemplo

Un pavimento full-depth HMA con un subrasante con Un pavimento full-depth HMA con un subrasante con módulo de resilencia de10000 psi (69 MPa) estará módulo de resilencia de10000 psi (69 MPa) estará construida en dos estratos. El primer estrato es 5años con construida en dos estratos. El primer estrato es 5años con 150000 ESAL repeticiones y él segundo estrato es 15 años 150000 ESAL repeticiones y él segundo estrato es 15 años con 850000 ESAL repeticiones. Limitando el daño a 0.6 un con 850000 ESAL repeticiones. Limitando el daño a 0.6 un el final del estrato 1, determine el espesor requerido del el final del estrato 1, determine el espesor requerido del HMA para los primeros 5 años y el espesor de cubrimiento HMA para los primeros 5 años y el espesor de cubrimiento requerido acomodado al trafico adicional de los siguientes requerido acomodado al trafico adicional de los siguientes 15 años.15 años.

MÉTODO DE LA AASHTOMÉTODO DE LA AASHTO

El procedimiento del diseño recomendado por el El procedimiento del diseño recomendado por el Asociación Americana de Carreteras y Transporte Oficial Asociación Americana de Carreteras y Transporte Oficial (AASHTO) esta basada en el resultados de el ensayo de (AASHTO) esta basada en el resultados de el ensayo de carga desarrollado en Ottawa, Illinois, a finales de los carga desarrollado en Ottawa, Illinois, a finales de los cincuentas y inicios de los sesentas. El comité de la cincuentas y inicios de los sesentas. El comité de la AASHO lo primer que publicó fue una guía interina del AASHO lo primer que publicó fue una guía interina del diseño en 1961.esta fue revisada en 1972 y 1981.En 1984-diseño en 1961.esta fue revisada en 1972 y 1981.En 1984-85, el Subcomité en diseño de pavimento y un equipo de 85, el Subcomité en diseño de pavimento y un equipo de asesores revisaron y expandieron la guía bajo NCHRP asesores revisaron y expandieron la guía bajo NCHRP proyecto 20-7/24 y emitió la guía en 1986.proyecto 20-7/24 y emitió la guía en 1986.

Diseño de Variables:• El Tiempo de Restricción:

- El Periodo de desempeño - Periodo de Análisis

• El Tráfico• La Confiabilidad• Los efectos ambientales• La funcionabilidad

Ecuaciones de diseñoEcuaciones de diseño Ecuación originalEcuación original

Gt = Gt = (log Wt – log p)(log Wt – log p)

SN = a1 *D1 + a2 *D2 +a3 *D3SN = a1 *D1 + a2 *D2 +a3 *D3 En donde:En donde: Gt = el logaritmo de la proporción de pérdida de la Gt = el logaritmo de la proporción de pérdida de la

funcionabilidad con respecto al tiempo t para la pérdida funcionabilidad con respecto al tiempo t para la pérdida potencial tomada en un punto donde pt = 1.5, o Gt = log [(4.2- pt potencial tomada en un punto donde pt = 1.5, o Gt = log [(4.2- pt )/(4.2-1.5)] notando eso 4.2 es la funcionabilidad inicial para )/(4.2-1.5)] notando eso 4.2 es la funcionabilidad inicial para pavimentos flexibles;pavimentos flexibles;

221

23.32

19.5

23.321

log*33.4)log(*79.4)1log(*36.993.5log)1(

)(081.040.0

LLLSNpLSN

LL

Ecuación modificadaEcuación modificada

SN = a1 *D1 + a2 *D2 *m2 + a3 *D3*m3SN = a1 *D1 + a2 *D2 *m2 + a3 *D3*m3

07.8log32.2

)1/(10944.0)5.12.4/(2.4log

20.0)1log(36.9log 19.518

Rt

t MSN

pSNW

o

tR S

WWZ 1818 loglog

NUMERO ESTRUCTURALNUMERO ESTRUCTURALEl número estructural es una función de los espesores de capa, coeficiente de capa, y coeficiente de drenaje y puede calcularse por la ecuación

El coeficiente de CapaEl coeficiente de Capa El coeficiente de capa a1, es una medida de la habilidad

relativa de una unidad de espesor de un material dado para funcionar como un componente estructural del pavimento.

Es recomendado que el coeficiente de capa se basa en el módulo de resiliencia, lo cual es una propiedad fundamental del material.

Para el Concreto Asfáltico en la Capa Para el Concreto Asfáltico en la Capa superficialsuperficial..

En la Figura es una gráfica En la Figura es una gráfica relacionando al coeficiente de relacionando al coeficiente de capa densa de HMA con su capa densa de HMA con su módulo de resiliencia a 70 º módulo de resiliencia a 70 º F(20ºc). La cautela debería ser F(20ºc). La cautela debería ser usada en seleccionar coeficiente usada en seleccionar coeficiente capa con módulo más grande capa con módulo más grande que es de 450000 psi., ya que el que es de 450000 psi., ya que el uso de este módulo mayor está uso de este módulo mayor está acompañado por la acompañado por la susceptibilidad aumentada para susceptibilidad aumentada para la fatiga termal y agrietamiento. la fatiga termal y agrietamiento. El coeficiente de capa a1 de la El coeficiente de capa a1 de la densa capa HMA usada por la densa capa HMA usada por la AASHO Road Test es 0.44, que AASHO Road Test es 0.44, que corresponde a un modulo de corresponde a un modulo de resiliencia de 4.5x 105 psi (3.1 resiliencia de 4.5x 105 psi (3.1 Gpa).Gpa).

coeficientedecapa

HMA modulo de resiliencia

Para la Capa de BasePara la Capa de Base

La figura 7.15 de Huang muestra las gráficas que La figura 7.15 de Huang muestra las gráficas que pueden usarse para estimar el coeficiente de capa pueden usarse para estimar el coeficiente de capa a2. En lugar de esta Figura, la siguiente ecuación a2. En lugar de esta Figura, la siguiente ecuación también puede usarse para estimar a2 para la base también puede usarse para estimar a2 para la base no tratada, es la siguiente:no tratada, es la siguiente:

a2 = 0.249(logE2) – 0.977a2 = 0.249(logE2) – 0.977

TABLA 11.16 VALORES TÍPICOS DE K1 Y K2 PARA MATERIALES GRANULARES NO TRATADOS DE LA BASECONDICIÓN DE HUMEDAD

K1 K2

SECOHUMEDOMOJADO

6000-100004000-60002000-4000

0.5-0.70.5-0.70.5-0.7

TABLA 11.17 VALORES TÍPICOS DE CONDICION DE ESFUERZOS O DE LA BASEESPESOR DEL CONCRETO ASFALT.

3000 7500

15000

Menores a 22 - 44 – 6mayores a 6

201055

2515105

3020155

Para la Sub base GranularPara la Sub base Granular..

En la figura 7.16 provee la gráfica que puede usarse En la figura 7.16 provee la gráfica que puede usarse para estimar el coeficiente de capa de la sub base para estimar el coeficiente de capa de la sub base granular a3. La relación entre a3 y E3 puede ser granular a3. La relación entre a3 y E3 puede ser expresada como:expresada como:

a3 = 0.227(logE3) – 0.839a3 = 0.227(logE3) – 0.839 El coeficiente del capa a3 para la subbase granular en la El coeficiente del capa a3 para la subbase granular en la

AASHO es 0.11, lo cual es propio de un módulo elástico AASHO es 0.11, lo cual es propio de un módulo elástico de 15000 psi (104 Mpa).de 15000 psi (104 Mpa).

Parecido a los de la base granular, los valores de k1 y Parecido a los de la base granular, los valores de k1 y k2 para subbase granular pueden estar definidos por la k2 para subbase granular pueden estar definidos por la prueba (AASHTO T274) cuyo modulo de resiliencia se prueba (AASHTO T274) cuyo modulo de resiliencia se estimó de la Tabla 11.18. Aprecia de K1, K2, 0, y E3 estimó de la Tabla 11.18. Aprecia de K1, K2, 0, y E3 para la sub base evaluados por la AASHO son para la sub base evaluados por la AASHO son demostrados en Tabla 11.19.demostrados en Tabla 11.19.

TABLE 11.18 VALORES TÍPICOS DE K1 Y K2 PARA MATERIALES GRANULARES DE LA SUBBASECONDICIÓN DE HUMEDAD

K1 K2

SECOHUMEDOMOJADO

6000-80004000-60001500-4000

0.4-0.60.4-0.60.4-0.6

TABLA 11.19 VALORES DE MODULOS DE RESILENCIA DADOS POR LA AASHO ROAD TEST DE LOS MATERIALES DE LA SUBBASE

Para cond. de esfuerzo = 0(psi)

Condición de Humedad

K1 K2 5 7.5 10

Húmedo 5400 0.6 14.183 18.090 21.497

Mojado 4600 0.6 12.082 15.410 18.312

Coeficiente de drenajeCoeficiente de drenaje

Según que la calidad de drenaje y la disponibilidad de coeficientes de drenaje de humedad m2 y m3 deberían ser aplicadas para bases y sub-bases para modificar el coeficiente de capa del SN. La AASHTO, recomienda este coeficiente de drenaje todo igual a 1.La tabla 11.20 muestra los coeficientes de drenaje recomendados para materiales no tratados de la base y sub-base en pavimento flexible. La calidad de drenaje está medida por la longitud de tiempo para el paso del agua a través de la base y sub-base, y depende primordialmente de su permeabilidad. El porcentaje de tiempo durante el cual la estructura del pavimento está expuesta a la saturación de llegada a niveles de humedad que es dependiente de la lluvia anual común y las condiciones predominantes del drenaje.

Tabla 11.20 Coeficientes de drenaje Tabla 11.20 Coeficientes de drenaje recomendados para bases no tratadas y recomendados para bases no tratadas y

sub-bases en pavimentos flexibles.sub-bases en pavimentos flexibles.Calidad del Drenaje Porcentaje de tiempo que la estructura es expuesta a niveles de humedad por efecto de la Saturación

Clasificación

Tiempo de remoción del

agua

Menor a 1%

1 - 5 % 5 – 25% Mayor a 25%

Excelente 2 horas 1.40 – 1.35 1.35 – 1.30 1.30 – 1.20 1.20

Buena 1dia 1.35 – 1.25 1.25 – 1.15 1.15 – 1.00 1.00

Regular 1 semana 1.25 – 1.15 1.15 – 1.05 1.00 – 0.80 0.80

Pobre 1 mes 1.15 – 1.05 1.05 – 0.80 0.80 – 0.60 0.60

Muy Pobre Nunca 1.05 – 0.95 0.95 – 0.75 0.75 – 0.40 0.40

11.3.5 Selección de los espesores de 11.3.5 Selección de los espesores de capas.capas.

Una vez que el número de diseño estructural Una vez que el número de diseño estructural (SN) para una estructura inicial de pavimento es (SN) para una estructura inicial de pavimento es determinado, es necesario seleccionar un grupo determinado, es necesario seleccionar un grupo de espesores de aquellos que nos provee el SN, de espesores de aquellos que nos provee el SN, como se muestra en la ecuación 11.35como se muestra en la ecuación 11.35 , que , que sean mayores que los requerimientos del SNsean mayores que los requerimientos del SN

Espesores mínimos.Espesores mínimos.Trafico (ESAL)Trafico (ESAL) Concreto AsfálticoConcreto Asfáltico Agregado de la baseAgregado de la base

Menor a 50,000Menor a 50,000 1,01,0 44

50,001 - 150,00050,001 - 150,000 2,02,0 44

150,001 – 500,000150,001 – 500,000 2,52,5 44

500,001 – 2,000,000500,001 – 2,000,000 3,03,0 66

2,000,001 – 7,000,0002,000,001 – 7,000,000 3,53,5 66

Mayor a 7,000,000Mayor a 7,000,000 4,04,0 66

**Nota: Los Espesores mínimos están expresados en in.**Nota: Los Espesores mínimos están expresados en in.

Procedimiento general para determinar Procedimiento general para determinar los espesores de capalos espesores de capa

El procedimiento para el diseño del espesor comienza El procedimiento para el diseño del espesor comienza generalmente en la parte superior de este, como se generalmente en la parte superior de este, como se muestra en la figura 11.28 y como se describe a muestra en la figura 11.28 y como se describe a continuación:continuación:

SN1 SN2

SN3 D1 E1 a1

E2 a2 m2

E3 a3 m3

D2

D3

Procedimiento general para determinar los Procedimiento general para determinar los espesores de capaespesores de capa

1.1. Usando E2 como Mr, se determina de la figura Usando E2 como Mr, se determina de la figura 11.25 el número estructural SN1, requerido 11.25 el número estructural SN1, requerido para proteger la base y procesar el espesor de para proteger la base y procesar el espesor de capa 1:capa 1:

111

aSND (11.47)(11.47)

Procedimiento general para determinar los Procedimiento general para determinar los espesores de capaespesores de capa

2.2. Usando E3 como Mr, se determina de la figura Usando E3 como Mr, se determina de la figura 11.25 el número estructural SN2, requerido 11.25 el número estructural SN2, requerido para proteger la sub-base y hallar el espesor para proteger la sub-base y hallar el espesor de capa 2:de capa 2:

2*21*122

maDaSND

(11.48)(11.48)

Procedimiento general para determinar los Procedimiento general para determinar los espesores de capaespesores de capa

3.3. Basado en el módulo de residencia del suelo Basado en el módulo de residencia del suelo que soporta el pavimento, determinamos de la que soporta el pavimento, determinamos de la figura 11.25 el número estructural total SN, figura 11.25 el número estructural total SN, requerido y hallado para el espesor de la capa requerido y hallado para el espesor de la capa 3:3:

3*32*2*21*133

mamDaDaSND

(11.49)(11.49)

11.3.7 Comparación entre los métodos 11.3.7 Comparación entre los métodos del AASHTHO y del Instituto del Asfaltodel AASHTHO y del Instituto del Asfalto

. El método de diseño de la AASHTO aplica el . El método de diseño de la AASHTO aplica el concepto de seguridad a través del uso de concepto de seguridad a través del uso de valores por defecto de todas las variables, valores por defecto de todas las variables, incluyendo el módulo de resilencia efectivo de la incluyendo el módulo de resilencia efectivo de la subrasante. subrasante.

El método del Instituto del Asfalto no considera El método del Instituto del Asfalto no considera el concepto de seguridad y usa un módulo de el concepto de seguridad y usa un módulo de resilencia normal con valores menores a 60 y resilencia normal con valores menores a 60 y 87.5% de todos los valores examinados, 87.5% de todos los valores examinados, dependiendo del nivel de tráfico. dependiendo del nivel de tráfico.

Tabla 11.22 Comparación de espesores entre Tabla 11.22 Comparación de espesores entre los métodos AASHTO y del IAlos métodos AASHTO y del IA

Método AASHTO Método del IA

Espesor HMA (in)

SN ESAL Espesor HMA (in)

5.0 2.2 5.2*10 ª3 4.5

10.0 4.4 3.6*10 ª5 9.0

15.0 6.6 6.8*10 ª6 14.0

11.4 Diseño de Bermas de pavimento 11.4 Diseño de Bermas de pavimento flexible.flexible.

Según la definición de la AASHO (1968), la berma de Según la definición de la AASHO (1968), la berma de una vía “una vía “es la porción de una autopista contigua a la es la porción de una autopista contigua a la superficie de rodadura, para el estacionamiento de superficie de rodadura, para el estacionamiento de vehículos en caso de emergencia, y para el soporte vehículos en caso de emergencia, y para el soporte lateral de la base”.lateral de la base”.

Las bermas pueden proporcionar también espacio para Las bermas pueden proporcionar también espacio para vehículos que pierden el control, se pueden aprovechar vehículos que pierden el control, se pueden aprovechar también para señalización, incrementar la visual en también para señalización, incrementar la visual en zonas de corte, ser áreas para operaciones de zonas de corte, ser áreas para operaciones de mantenimiento, y una superficie adicional en caso mantenimiento, y una superficie adicional en caso tráficos en horas pico.tráficos en horas pico.

11.4.2 Factores de tráfico para el diseño 11.4.2 Factores de tráfico para el diseño de bermas.de bermas.

Los factores que afectan el diseño de las bermas son Los factores que afectan el diseño de las bermas son similares a aquellos que afectan a la vía principal. La similares a aquellos que afectan a la vía principal. La principal diferencia estará dada por el principal diferencia estará dada por el volumen de volumen de tráficotráfico, ya que en una berma el tráfico será mucho menor , ya que en una berma el tráfico será mucho menor que en la vía y mucho más difícil de predecir.que en la vía y mucho más difícil de predecir.Tres tipos de factores deberán ser tomados en cuenta para Tres tipos de factores deberán ser tomados en cuenta para el diseño de las bermas, los cuales son:el diseño de las bermas, los cuales son:

1.1. El tráfico invasivo.El tráfico invasivo.2.2. El tráfico estacionado.El tráfico estacionado.3.3. El tráfico regular.El tráfico regular.

1.0 Tráfico invasivo.1.0 Tráfico invasivo.

Cuando hay una berma pavimentada y no existe obstrucciones Cuando hay una berma pavimentada y no existe obstrucciones laterales entre la vía y esta, es probable que los vehículos laterales entre la vía y esta, es probable que los vehículos invadan la vía por varios motivos, uno de ellos es tratar de invadan la vía por varios motivos, uno de ellos es tratar de rebasar al vehículo próximo.rebasar al vehículo próximo.

Ya que las condiciones locales varían significativamente, la mejor Ya que las condiciones locales varían significativamente, la mejor manera de determinar el porcentaje de vehículos invasivos es manera de determinar el porcentaje de vehículos invasivos es hacer un estudio de un tramo de vía asfaltada, que cuente con hacer un estudio de un tramo de vía asfaltada, que cuente con bermas, y que sea representativa de la vía a diseñar.bermas, y que sea representativa de la vía a diseñar.

1.0 Tráfico invasivo.1.0 Tráfico invasivo.

100***

LoNoLcNcPc (11.52)(11.52)

En la que:En la que: Pc= Porcentaje de tráfico invasivo.Pc= Porcentaje de tráfico invasivo. Nc= Núm total de invasiones de la berma por día.Nc= Núm total de invasiones de la berma por día. Lc= Long promd entre invasiones de la berma por día.Lc= Long promd entre invasiones de la berma por día. No= Núm total de camiones que atraviesa la vía por día.No= Núm total de camiones que atraviesa la vía por día. Lo= Longitud de la zona de estudio.Lo= Longitud de la zona de estudio.

**Estudios realizados indican que el porcentaje de tráfico invasivo **Estudios realizados indican que el porcentaje de tráfico invasivo varía entre 1 a 8%.varía entre 1 a 8%.

2.0 Tráfico estacionado.2.0 Tráfico estacionado.

El tráfico estacionado es el número de cargas aplicadas El tráfico estacionado es el número de cargas aplicadas por efecto de los camiones estacionados en la berma por por efecto de los camiones estacionados en la berma por motivos de emergencia o por otras razones. motivos de emergencia o por otras razones.

Esta información puede ser provista por medio de conteo Esta información puede ser provista por medio de conteo de secciones de vía, similares al caso anterior, para de secciones de vía, similares al caso anterior, para diseños con características parecidas a la zona de diseño. diseños con características parecidas a la zona de diseño.

2.0 Tráfico estacionado.2.0 Tráfico estacionado.

(11.53)(11.53)

En la que:En la que: Pp= Porcentaje de tráfico estacionado.Pp= Porcentaje de tráfico estacionado. Np= Núm tot de camiones estacionados en la berma por Np= Núm tot de camiones estacionados en la berma por

día.día. Lp= Long prom entre camiones estacionados en la Lp= Long prom entre camiones estacionados en la berma por berma por

día.día. No= Núm tot de camiones que atraviesa la vía por día.No= Núm tot de camiones que atraviesa la vía por día. Lo= Longitud de la zona de estudio.Lo= Longitud de la zona de estudio.

100***

LoNoLpNpPp

**Estudios realizados indican que el porcentaje de **Estudios realizados indican que el porcentaje de tráfico estacionado varía entre 0.0005 y 0.02%.tráfico estacionado varía entre 0.0005 y 0.02%.

3.0 Tráfico Regular.3.0 Tráfico Regular.

Si se anticipa que la berma funcionara como parte de zona Si se anticipa que la berma funcionara como parte de zona de tránsito del tráfico regular temporal, será considerado de tránsito del tráfico regular temporal, será considerado solo sí se toma en cuenta el solo sí se toma en cuenta el uso de la berma como uso de la berma como parte de la vía para horas punta de tráficoparte de la vía para horas punta de tráfico..

Si no hay un tráfico regular, entonces se tomará la suma del Si no hay un tráfico regular, entonces se tomará la suma del tráfico invasivo y del tráfico estacionado para determinar el tráfico invasivo y del tráfico estacionado para determinar el ancho de la berma adyacente a la vía. ancho de la berma adyacente a la vía.

11.4.3 Conceptos de diseño de 11.4.3 Conceptos de diseño de espesores.espesores.

Como se indica en el Informe de la AASHTO, Como se indica en el Informe de la AASHTO, muchos problemas deben ser resueltos aún muchos problemas deben ser resueltos aún antes de universalizar un concepto de diseño de antes de universalizar un concepto de diseño de bermas, entre estos se muestra a continuación bermas, entre estos se muestra a continuación algunos criterios:algunos criterios: Tipo de BermaTipo de Berma Configuración de la sección de la berma.Configuración de la sección de la berma. Efectos ambientales:Efectos ambientales:

Tipo de Berma.Tipo de Berma.

La Oficina Técnica de FHWA (1982) recomienda La Oficina Técnica de FHWA (1982) recomienda el uso de materiales similares para la vía y para el uso de materiales similares para la vía y para la berma. Es así que la berma. Es así que para vías asfaltadas con para vías asfaltadas con pavimento flexible, la berma deberá ser también pavimento flexible, la berma deberá ser también de pavimento flexiblede pavimento flexible, y en el caso de , y en el caso de vías de vías de pavimento rígido las bermas paralelas a esta pavimento rígido las bermas paralelas a esta deberán ser también de pavimento rígidodeberán ser también de pavimento rígido..

Caso contrario, serios problemas se presentarán Caso contrario, serios problemas se presentarán a nivel de juntas, por efecto del los diferentes a nivel de juntas, por efecto del los diferentes coeficientes de expansión térmica entre los dos coeficientes de expansión térmica entre los dos materiales, creándose mayores esfuerzos para materiales, creándose mayores esfuerzos para estasestas

Configuración de la sección de berma.Configuración de la sección de berma. El espesor de la berma puede ser uniforme o no a través El espesor de la berma puede ser uniforme o no a través

de su sección transversal, pero se sugiere el uso de de su sección transversal, pero se sugiere el uso de secciones constantes por efecto de cambios de volumen secciones constantes por efecto de cambios de volumen en ambos lados de la berma.en ambos lados de la berma.

El uso de espesores El uso de espesores pequeños en la secciónpequeños en la secciónde las bermas es de las bermas es básicamente por motivosbásicamente por motivos económicos. económicos.

Efectos ambientales:Efectos ambientales:

Debido al uso de Debido al uso de secciones delgadas, secciones delgadas, los efectos los efectos ambientales como el ambientales como el hinchamiento de la hinchamiento de la subrasante, esfuerzos subrasante, esfuerzos por congelamiento, y por congelamiento, y condiciones de condiciones de drenaje, se hace de drenaje, se hace de importancia elegir un importancia elegir un espesor adecuado espesor adecuado para el pavimento.para el pavimento.

GRACIAS!!GRACIAS!!