DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

-INTRODUCION PAVIMENTO FLEXIBLE-METODOS DEL INDICE DE GRUPO-METODO DE CBR-METODO AASHTO 1993

 

DIFERENCIA ENTRE PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS

CARACTERÍSTICAS DE LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES •Funciones principales.•Resistencia estructural.•Deformabilidad.•Durabilidad.•Costo.•Requerimiento de conservación.•Comodidad.

ASPECTOS RESALTANTES PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS Es prácticamente la única estructura que se diseña bajo la hipótesis que fallara en un tiempo determinado. Se diseña en un periodo de tiempo: Toma en consideración la variable “tiempo” a lo largo de un número de años preestablecidos

PAVIMENTO FLEXIBLEDefinición Estructural.

“La superestructura de una vía, construida sobre la subrasante, compuesta por la sub base, la base y la capa de rodamiento, cuya función principal es soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno, estos se distribuyen de tal forma que no produzcan deformaciones perjudiciales, así como proveer una superficie lisa y resistente al tránsito”.

Definición Funcional.“La parte superior de una carretera, pista de aterrizaje, o estacionamiento cuyo objetivo es servir al tráfico de una manera segura, cómoda, eficiente, permanente y económica.”

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE

• Tipo de Tráfico que soportarán: Autopistas, carreteras, aeropuertos, estacionamientos etc.

• Intensidad de tráfico que circulan sobre ellos : Tráfico liviano, medio, pesado.

• Proceso construcción: Mezclados sobre la vía, en planta, pavimentos en frío o en caliente.

CAPAS ESTRUCTURARES DE LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES

POSIBLES FALLAS QUE PRESENTA EL PAVIMENTO

FLEXIBLE• Falla por insuficiencia estructural:• Falla por defectos constructivos:• Falla por fatiga:• Agrietamiento:• Falla por cortante:• Agrietamiento longitudinal:

CUIDADO DE LOS PAVIMENTOS

• Régimen de agua caída• Efectos producidos por la temperatura• Agua y temperatura• Efectos del agua en el rodado • Efectos del clima en la construcción de un pavimento flexible

Modalidad 1: Pavimentos estructurados en base a capas granulares. Modalidad 2: Pavimentos estructurados en base a capas asfálticas que no aportan estructuras. Modalidad 3: Pavimento estructurado en base a capas asfalticos con espesor importante.

PAVIMENTOS FLEXIBLES

METODO DEL INDICE DE GRUPO

METODO DEL INDICE DE GRUPO Este método se basa en las características físicas del material y principalmente en su composición granulométrica y el grado de plasticidad.

Para clasificar un suelo, según este método, bastara, efectuar el análisis mecánico y determinar los límites líquidos y plásticos del material.

El método del índice de grupo, debido a Mr steele del Higway Research Board, define la resistencia del suelo por un índice de calidades.

METODO DEL INDICE DE GRUPO

Recordaremos la expresión de su fórmula definiendo sus factores determinantes que dependen del porcentaje en peso “P”, que pasa por el tamiz numero 200 (0.074 mm) y de los límites de Atterberg: Límite líquido, LL, e índice de plasticidad, IP:  

IG = 0.2 a + 0.005ac + 0.01 bd

donde:a = % que, en exceso sobre 35 y sin pasar de 75, pasa por el tamiz 200; número entero y positivo. Varía de 0 a 40.b = % que, en exceso sobre 15 y sin pasar de 55, pasa por el tamiz 200; número entero y positivo. Varía de 0 a 40.c = es la parte del límite líquido (LL) que excede de 40 sin pasar de 60; número entero y positivo. Varía de 0 a 20.D = es la parte del índice plástico (IP) que excede de 10 sin pasar de 30; número entero y positivo. Varía de 0 a 20.

DETERMINACION DEL ESPESOR

El índice de grupo del suelo, pueden determinarse respectivamente, el espesor de la capa de rodadura (incluyendo pavimento y parte superior de la base) y el cimiento (incluyendo el resto de la base y la súbase). La fijación de espesores se lleva a cabo con el grafico de la figura.

CLIMA

En este método se ha considerado que el clima es el clima americano medio, pero no se tienen en cuenta los efectos de penetración de la helada, que es motivo de dimensionamiento por separado y lleva generalmente a espesores superiores.

Se supone un buen drenaje y una compacidad en la sub rasante no inferior al 95 por 100 del proctor normal. Respecto a los efectos del tráfico es preciso considerar que la máxima carga por rueda que admite nuestro código de circulación es superior a las 4.5 ton, es pues preciso tener en cuenta por ello una corrección con aumento de la raíz cuadrada del cociente de las cargas.

CARGAS

Las cargas debe quedar reducida la máxima por eje a 12 tn, según fija el código, o sea 6 x cada rueda, pues, con el empleo de ruedas gemelas, en número de 8 para los ejes de gran peso que debe exigirse, se conseguirán menores presiones sobre el pavimento. Fijada la máxima carga por rueda en 6 toneladas, el aumento sobre el espesor de afirmado que nos da el grafico, será del 15%.

De la comparación de este método con el del CBR han resultado notables divergencias, pudiendo afirmarse que, en general, son superiores los espesores que se obtienen dimensionando por el índice de grupo, con un aumento de 12 a 15 cm.

Exigencias:

Drenaje de la explanada tal que la capa freática no ascienda hasta más de un metro del firme.

La explanación debe de estar como mínimo compactada al 95% del Proctor Normal.

Espesor de base + capa de rodadura:

Tráfico ligero (menos de 50 camiones al día): 15 cm. Tráfico medio (entre 50 y 300 camiones al día): 22,5 cm. Tráfico pesado (más de 300 camiones al fía): 3º cm

 Espesor de sub-base

E = 11/4* IG - 1/16* IG2 cm

DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLESMETODO AASHTO

¿Qué es el método AASHTO?

La metodología AASHTO-93 ,esta basada en la estimación del modulo resilente mediante mediciones de deflexiones con el equipo FWD.

FWD : Falling Weight Deflectometer , el cual es un equipo de mediciones de deflexiones , basado en impulsos de carga , las cuales son trasmitidas al pavimento por un mazo que golpea a una cierta altura y peso un plato de ensayo colocado sobre pavimento.

Se desarrolló este programa con el fin de resolver las ecuaciones de los nomogramas de diseño de pavimentos del método AASHTO de 1993 para calcular:

El número estructural (SN) para pavimentos flexibles. El espesor de la losa de concreto hidráulico |D| para

pavimentos rígidos. El número de ejes equivalentes de 18,000 libras (W18) 8.2

tn. que puede soportar

ESQUEMA DEL COMPORTAMIENTO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RÍGIDOS

PAVIMENTO FLEXIBLE

Carga

Superficie derodadura Grandes

Deformaciones

Capa de Base

Capa de Subbase

Capa de Subrasante

Grandes tensionesen Subrasante

Carga

Superficie de rodadura

Pequeñasdeformaciones

Capa de Subbase

Capa de Subrasante

Pequeñas tensionesen Subrasante

PAVIMENTO RÍGIDO

PAVIMENTO

FLEXIBLE

PAVIMENTO RÍGIDO

COMPETENCIAS TÉCNICAS EN ASEGURAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD EN

OBRAS VIALES

Se utiliza para determinar el efecto destructivo, dependiendo de las cargas y tipo de ejes de los vehículos que circulan por la víaESAL’s (Equivalent simple axial load)Son el número de pasadas de ejes trasformados en un número de ejes tipo, que de acuerdo a directivas AASHTO es un eje simple de 18 Kips, 8.2 Tn u 80 kN.

W18 (EJE EQUIVALENTE)

18

ESALO – PAVIMENTO FLEXIBLETIPO DE VEHICULO CÓDIGO IMDA EJE CARGA

CARGAS KIPS F FLEXIBLE EALF FLEXIBLE

VL 3228 SIMPLE 1 2.204 0.0005 1.701209443228 SIMPLE 1 2.204 0.0005 1.70120944

2E 5 SIMPLE 7 15.43 1.2654 6.3268337445 TANDEM 10 22.04 2.2118 11.05896783

3E 8 SIMPLE 7 15.43 1.2654 10.122933998 TANDEM 16 35.26 1.3659 10.92755638

C2E 20 SIMPLE 7 15.43 1.2654 25.3073349720 SIMPLE 10 22.04 2.2118 44.23587133

C3E 15 SIMPLE 7 15.43 1.2654 18.9805012315 TANDEM 16 35.26 1.3659 20.48916822

C4E 3 SIMPLE 7 15.43 1.2654 3.7961002463 TANDEM 23 50.69 1.2324 3.697255725

T2S2 4 SIMPLE 7 15.43 1.2654 5.0614669954 TANDEM 10 22.04 2.2118 8.8471742664 TANDEM 16 35.26 1.3659 5.463778192

T2S3 5 SIMPLE 7 15.43 1.2654 6.3268337445 TANDEM 10 22.04 2.2118 11.058967835 TANDEM 23 50.69 1.2324 6.162092875

T3S2 2 SIMPLE 7 15.43 1.2654 2.5307334972 TANDEM 16 35.26 1.3659 2.7318890962 TANDEM 16 35.26 1.3659 2.731889096

T3S3 18 SIMPLE 7 15.43 1.2654 22.7766014818 TANDEM 16 35.26 1.3659 24.5870018618 TANDEM 23 50.69 1.2324 22.18353435

2T2 2 SIMPLE 7 15.43 1.2654 2.5307334972 TANDEM 16 35.26 1.3659 2.7318890962 TANDEM 23 50.69 1.2324 2.464837152 TANDEM 23 50.69 1.2324 2.46483715

2T3 5 SIMPLE 7 15.43 1.2654 6.3268337445 TANDEM 10 22.04 2.2118 11.058967835 TANDEM 16 35.26 1.3659 6.82972274

313.21

trailer

BUS

CAMIÓN

SEMI TRAILER

VEHICULOS LIGEROS

19

ESALLas cargas de ejes simples equivalente para r = 0.024 y n = 20 fueron calculados con la fórmula:

20

CÁLCULO DE PAVIMENTO FLEXIBLEDISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

METODO AASHTO 1993

PROYECTO : MEJORAMIENTO VIAL FECHA :SECCION 1 : km - km

1. REQUISITOS DEL DISEŇO

a. PERIODO DE DISEÑO (Años) 10b. NUMERO DE EJES EQUIVALENTES TOTAL (W18) 1.45E+06c. SERVICIABILIDAD INICIAL (pi) 4.2d. SERViCIABILIDAD FINAL (pt) 2.0e. FACTOR DE CONFIABILIDAD (R) 85% STANDARD NORMAL DEVIATE (Zr) -1.036 OVERALL STANDARD DEVIATION (So) 0.45

2. PROPIEDADES DE MATERIALES

a. MODULO DE RESILIENCIA DE LA BASE GRANULAR (KIP/IN2)b. MODULO DE RESILIENCIA DE LA SUB-BASEc MODULO DE RESILIENCIA DE LA SUBRASANTE (Mr, ksi) 10.20

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CÁLCULO DE PAVIMENTO FLEXIBLE3. CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL (Variar SN Requerido hasta que N18 Nominal = N18 Calculo)

SN Requerido Gt N18 NOMINAL N18 CALCULO3.04 -0.08894 6.16 6.16

3. ESTRUCTURACION DEL PAVIMENTO

a. COEFICIENTES ESTRUCTURALES DE CAPA Concreto Asfáltico (a1) 0.32 Base granular (a2) 0.14 Subbase (a3) 0.12b COEFICIENTES DE DRENAJE DE CAPA Base granular (m2) 0.80 Subbase (m3) 0.80

ALTERNATIVA SNreq SNresul D1(cm) D2(cm) D3(cm)1 3.04 3.09 5 30 302 3.04 0.00

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MÓDULO DE RUPTURA DEL CONCRETO (Mr)

Resistencia a la flexión (tracción) del concreto.Mr 488.5

MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO (Ec)

Ec

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EJEMPLOEn la elaboración efe un expediente técnico se realiza el diseño de un pavimento flexible usando el método AASHTO para una carretera interestatal urbana, con el procedimiento de la guía AASHTO de 1993, para soportar una ESAL de diseño de 2 x 106, Se estima que el agua tarda aproximadamente una semana en drenarse desde el interior del pavimento, y que te estructura del pavimento será expuesto a niveles de humedad que se acercan a la saturación, el 30% del tiempo. El valor CBR del material de la capa base es de 100%, el valor del CBR del material de capa de sub base es de 22%, el CBR del material de la sub rasante es de 6%. El modulo de resilencia del concreto asfáltico es de 450,000 lb/pulg2. Considerando un nivel de confiabilidad del 99%, y un índice de mantenimiento Inicial de 4.5 y el índice de mantenimiento final de 2.5. Considerar la desviación estándar de 0.49. Se pide: Determinar la estructura adecuada del pavimento flexible, indicando en

forma ordena los pasos que han seguido en la solución del problema.

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DATOS

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1.- CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL

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2.- ANALISIS DEL DISEÑO POR CAPAS

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CALCULO DEL COEFICIENTE a1

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CALCULO DEL COEFICIENTE a2

30

CALCULO DEL COEFICIENTE a3

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CALCULO DEL D1

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CALCULO DEL D2

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CALCULO DEL D3

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GRACIAS