FACULTAD DE INGENIERA CIVIL DISEO DE PAVIMENTOS

FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICA DE INGENIERA CIVIL

DOCENTE: ING. WILSER A. BRIONES VARGAS

DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

INTRODUCCIN:Pavimentos compuestos por una o varias capas de mezcla asfltica en caliente (HMA), o por tratamientos superficiales; dependiendo del espesor de la capa de rodadura se clasifican en:

Tratamientos superficiales: Monocapas (TSM), bicapas (TSB), tricapas.Lechadas asflticas o slurries.Cape seals.Micropavimentos.

Pavimento como Estructura:Estructura multicapa: Diferentes capas con propiedades mecnicas diferentes.Estructura en faja: Ancho y alto son finitos, mientras que largo infinitoCargas de transito: Efecto destructivo variable, previsin de evolucin y vida til estimada, intemperizacin y degradacin de capas superiores afectan a la integridad del pavimento.Clima es un factor preponderante.Falla de Pavimento: Fatiga causada por efecto del transito (Cargas cclicas) e intemperismo.Vida til pequea.

ESTUDIO DE LA SUBRASANTESELECCIN DE LOS MATERIALES (TIPO DE PAVIMENTO)PROPORCIONAMIENTO DE LOS MATERIALES.ESTUDIO DEL TRFICO.DISEO DE LOS ESPESORES DE CADA CAPA.ANLISIS DEL CICLO DE VIDA (INCLUIDO MANTENIMIENTO Y TIPO DE EJECUCIN).

FASES DEL DISEO DE PAVIMENTOS

Pavimento como Estructura:

PAVIMENTO FLEXIBLE

II. MTODOS DE DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

II.1. Tipos:MTODOS EMPRICOSMTODOS SEMI EMPRICOSMTODOS MECANSTICOSPrimeros en desarrollarse.

Basados en parmetros que correlacionan propiedades fsicas de los materiales.

Modelos posteriores incluyen anlisis de fatiga y un modelo de diseo

Basados en el anlisis de comportamiento mecnico de los materiales.Aplican teora de capas elsticas. Realizados en computadora.

MTODOS EMPRICOS - MECANISTICOS Combinacin de Mtodos Mecanisticos y empricos.

II.2. MTODOS MAS USADOS:

MTODO EMPRICOMTODO MECANSTICOSMTODO EMPRICO - MECANSTICOSDE AASHTO 1993DE C.B.R.DE KANSASDE NDICE DE GRUPODEL INSTITUTO DEL ASFALTODE SHELLDE AASHTO 2002De Soluciones analticas (Westergaard, etc)De Soluciones numricas (elementos finitos, probabilstica, etc)MTODO AASHTO 1993

Definicin:Asociacin Americana de Oficiales de Carreteras y Transportes (AASHTO) se basa en los resultados de la pista de prueba ensayada a finales de 1950.La primera gua de diseo interina se publica en 1961, revisada en 1972 y 1981. En 1986 se publica la gua revisada y ampliada.En 1993 se publica una nueva versin con pequeas modificaciones de la gua de diseo.El mtodo se base en ecuaciones empricas de desempeo del pavimento a partir de la pista de pruebas y adaptadas para climas distintos al que originalmente fue ensayada.

VARIABLES DE DISEO:2.1. TRANSITO2.2. SERVICIABILIDAD2.3. CONFIABILIDAD2.4. PROPIEDAD DE LOS MATERIALES2.5. DRENAJE2.6. SUB RASANTE

3. PROCEDIMIENTO DE DISEO:

DETERMINACIN DE TRAFICO DE DISEO W18DETERMINAR COEFICIENTES DE DRENAJE m2 y m3ESTABLECER LA CONFIABILIDAD (ZR) Y LA DESVIACIN ESTNDAR (So)DETERMINAR SERVICIABILIDAD INICIAL Y FINALPo y PiMEDIR PROPIEDADES DE LA CARPETA , BASE Y SUB BASE, Y ESTABLECER COEFICIENTES DE CAPAa1, a2 y a3MEDIR O ESTIMAR MODULO RESILENTE EFECTIVO DE LA SUB RASANTEMrCALCULAR NUMERO ESTRUCTURALSNCALCULAR ESPESORES DE DISEO D1, D2 Y D3ANLISIS ECONMICODISEO FINAL

4. Variables a considerar en este diseo4.1. Variables en funcin del tiempoPeriodo de tiempo para el diseoVida til del pavimento4.2. Variables en funcin del trnsitoESAL4.3. Confiabilidad4.4. Calidad de la Sub RasantePerdida de Serviciabilidad4.5. Calidad o ndice de ServiciabilidadServiciabilidad InicialServiciabilidad Final4.6. Propiedad de los materialesMdulo Resilente4.7. Clima - Drenaje

5. Determinacin de Espesores5.1. Formula Bsica Pavimentos Flexibles

5.2. Estimacin del ESAL5.2.1. Trnsito 5.2.2. Ejes Equivalentes y Espesores- Tipo de Vehculo- Cantidad de Vehculos (IMD)- Factor de Crecimiento- Transito de Diseo- Factor ESAL- ESAL de diseo- Factor distribucin direccional- Factor Carril

5.1. ECUACIN DE DISEODonde:W18= Nmero estimado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladasZR = rea bajo la curva de distribucin estandarizada para una confiabilidad R S0 =Desviacin estndar de las variablesPSI = Prdida de la serviciabilidad prevista en el diseoMR = Mdulo resilente.SN = Numero Estructural

5.2.1. TRANSITOFactor ms relevante en el diseo de Pavimentos.Su correcta determinacin depende de muchos factores que pueden conducir a una estimacin inadecuada del mismo.Los mtodos actuales se basan en transformar los diferentes tipos de vehculos en un eje estndar equivalente en el periodo de diseo (ESAL).Otro aspecto de mucha importancia es la determinacin de la tasa de crecimiento vehicular por tipo de vehculo.

5.2. Estimacin del ESAL

5.2.2.1. TIPO DE VEHCULOS:

De acuerdo a DG-2013, Seccin 202, vehculos de diseo, se dividen de la siguiente manera:

5.2.2. EJES EQUIVALENTES

TIPOS DE EJES:Eje Simple

Eje Doble

Eje Triple

Ejes TnKipsSimpleSimpleDobleTriple711182516254056

De acuerdo REGLAMENTO NACIONAL DE VEHCULOS VIGENTE del MTC, se dividen de la siguiente manera:

PESOS Y MEDIDAS:

5.2.2.2. CANTIDAD DE VEHCULOS

Es el promedio del nmero de vehculos que pasan por u punto durante un periodo de tiempo. podr ser ndice medio diario anual, IMDA, ndice medio diario mensual, IMDM, o ndice medio diario semanal, IMDS.

NDICE MEDIO DIARIO:

5.2.2.3. FACTOR DE CRECIMIENTO:La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el trfico de todo el periodo de diseo:

G = Factor de crecimientoY = Nmero de aosr = Tasa de crecimiento por tipo de vehculo

PERIODOS DE DISEOPeriodo de diseo o de vida til (Y)Tiempo entre la construccin del pavimento y el momento en que ste alcanza la serviciabilidad mnima

Periodo de anlisisTiempo total que cada estrategia de diseo debe cubrir. Puede comprender varios periodos de vida til

Periodos de anlisis recomendados: En funcin al tipo de carretera:

Tipo de carreteraPeriodo de DiseoUrbana con altos volmenes de trnsito 30 50 aosInterurbana con altos volmenes de trnsito20 50 aosPavimentada con bajos volmenes de trnsito15 25 aosRevestidas con bajo volumen de trnsito10 20 aosAfirmada o Lastrados5 10 aos

TASA DE CRECIMIENTO

5.2.2.4. FACTOR DE DISTRIBUCIN DIRECCIONAL (D):

A menos que existan consideraciones especiales, se considera una distribucin del 50% del trnsito para cada direccin. En algunos casos puede variar de 0,3 a 0,7 dependiendo de la direccin que acumula mayor porcentaje de vehculos cargados.

5.2.2.5. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL (L=Fc):En una carretera de dos carriles, uno en cada direccin, el carril de diseo es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribucin por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseo es el carril exterior y el factor de distribucin depende del nmero de carriles en cada direccin que tenga la autopista. En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO:

5.2.2.6. ESTIMACIN DEL ESALEl transito proveniente de conteo vehicular debe ser dividido para el carril de diseo. El volumen de transito del carril de diseo, se convierte a determinado nmero ESAL (Equivalnete single axle load), que es parmetro usado en el diseo de la estructura del pavimento. El ESAL es un eje estndar compuesto por un eje sencillo de dos ruedas en los extremos.El ESAL pesa 18,000 lb 8.2tn 80 kN, y se considera que ejerce un efecto daino sobre el pavimento como 1

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGALa conversin del trfico a un nmero de ESALs de 18 kips (Equivalent Single Axis Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent Factor).

5.2.3. SERVICIABILIDADElegir serviciabilidad inicial ( o ) y final ( t )

o es funcin del diseo del pavimento y de la calidad de la construccin

t es funcin de la categora del camino y adoptada con criterio por el proyectista

Analizar prdida de serviciabilidad por subrasantes expansivas

Valores recomendados

Serviciabilidad inicial: o = 4.5 para pavimentos rgidos o = 4.2 para pavimentos flexibles

Serviciabilidad final: t = 2.5 para caminos muy importantes t = 2.0 para caminos de menor trnsito

Idea bsica de ServiciabilidadPSI= ndice de serviciabilidad Presente

Time(PSI)p0ptPSI = p0 - pt

NDICE DE SERVICIABILIDAD PRESENTE (PSI):El ndice de Serviciabilidad Presente es la comodidad de circulacin ofrecida al usuario. Su valor vara de 0 a 5. Un valor de 5 refleja la mejor comodidad terica (difcil de alcanzar) y por el contrario un valor de 0 refleja el peor. Cuando la condicin de la va decrece por deterioro, el PSI tambin decrece.

Serviciabilidad Inicial (pi):Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos Seccin: Suelos y Pavimentos, MTC- 2014

Serviciabilidad final o terminal (pt):Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos Seccin: Suelos y Pavimentos, MTC- 2014

Variacin de Serviciabilidad (PSI):Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos Seccin: Suelos y Pavimentos, MTC- 2014

5.2.4. CONFIABILIDADES UN PROCESO DE DISEO COMPORTAMIENTO DE UN PAVIMENTO , ES LA PROBABILIDAD DE QUE UNA SECCIN DE PAVIMENTO SE COMPORTARA SATISFACTORIAMENTE BAJO CIERTAS CONDICIONES DE TRANSITO Y MEDIO AMBIENTE DURANTE EL PERIODO DE DISEO

Definir nivel de confiabilidad

Si la construccin es por etapas:

vida til < periodo de anlisis

Descomponer confiabilidad de cada etapa para tener la confiabilidad en todo el periodo de diseo

Retapa = ( Rtotal )1/n

n : nmero de etapas previstas

Confiabilidad estructural

Solicitaciones , S < Resistencia, R

En el caso de pavimentos, la variable a analizar puede ser el nmero de repeticiones

VIDA TIL < PERIODO DE ANLISIS

NT < Nt

N ESAL, que acta sobre pavimento en su periodo de diseo (permitido, establecido en anlisis de trafico)

N ESAL, que lleva al pavimento a su serviciabilidad final(Espesor provisional de diseo)

NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS POR AASHTOTipo de caminoConfiabilidad recomendadaZona urbanaZona ruralRutas interestatales y autopistas85 99.9980 99.9Arterias principales80 99 75 99 Colectoras80 9575 95 Locales50 80 50 80

CONFIABILIDAD (R%)Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos Seccin: Suelos y Pavimentos, MTC- 2014

DESVIACIN ESTNDAR NORMAL (Zr)Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos Seccin: Suelos y Pavimentos, MTC- 2014

DESVIACIN ESTNDAR COMBINADA (So)Manual de Carreteras Suelos, Geologa, Geotecnia y Pavimentos Seccin: Suelos y Pavimentos, MTC- 2014La Desviacin Estndar Combinada (So), es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la prediccin del trnsito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento; como por ejemplo, construccin, medio ambiente, incertidumbre del modelo. La Gua AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles, valores de So comprendidos entre 0.40 y0.50, en el presente Manual se adopta para los diseos recomendados el valor de 0.45

MODULO RESILENTEMdulo de Resilencia es (MR) es una medida de la rigidez del suelo de subrasante, el cual para su clculo se emplear la ecuacin, que correlaciona con el CBR, recomendada por el MEPDG (Mechanistic Empirical Pavement Design Guide

5.2.5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: SUBRASANTE

MR del suelo y materiales de base para obtener coeficientes estructuralesSe utilizan ensayos individualesSe selecciona de acuerdo a las caractersticas del trnsito:

Lmites de diseo de la subrasanteNivel de trnsito EALValor percentil de diseo1e4 menosEntre 1e4 y 1e6Ms de 1e6607587.5

5.2.6. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: BASESLa base es una capa de alta densidad y estabilidad

Distribuye los esfuerzos creados por las cargas de trnsito

Se especifica su granulometra y otros parmetros

Especificaciones EG 2003

DEFINIR COEFICIENTES DE CAPA, ai

5.2.7. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: SUBBASESLa resistencia no es tan importante como en la base

Est a mayor profundidad y por tanto, la influencia de las cargas es menos

La mezcla de materiales no debe ser necesariamente densa

Sin embargo, se debe evitar capas de gradacin abierta que pueda contaminarse por intrusin de finos

Se especifican requerimientos de permeabilidad y erosin interna:D15Subbase / D15Subrasante > 5D15Subbase / D85Subrasante < 4

Mdulo dinmico ( MD ) del concreto asfltico

Coeficiente estructural de capa de mezcla asfltica relacionados con otros ensayos:Mdulo dinmico ( MD ) Estabilidad de Marshall

5.2.8. DRENAJE

Determinar la calidad del drenaje

Tiempo en que las capas granulares estn sometidas a niveles de humedad prximos a la saturacin

Seleccin de coeficientes mi

5.3. DETERMINACIN DE ESPESORES

Usando bacos

Usando Software

Primero se obtiene el nmero estructural requerido, SNreq

Luego:

SN = a1 D1 + a2 m2 D2 + a3 m3 D3SN SNreq

ai : coeficiente de capa en pulg-1mi : coeficiente de drenajeDi : espesor de capa en pulgadas

No hay solucin nica!!

Numero Estructural Requerido (SNR):Los datos obtenidos y procesados se aplican a la ecuacin de diseo AASHTO y se obtiene el Nmero Estructural, que representa el espesor total del pavimento a colocar y debe ser transformado al espesor efectivo de cada una de las capas que lo constituirn, o sea de la capa de rodadura, de base y de sub base, mediante el uso de los coeficientes estructurales, esta conversin se obtiene aplicando la siguiente ecuacin:

En este sentido, el nmero estructural (SN) llevar las unidades de los espesores de las diferentes capas del pavimento. Esta ecuacin no tiene una nica solucin, hay prcticamente un infinito nmero de combinaciones de espesores que la pueden satisfacer, no obstante esto, se dan normativas tendientes a dar espesores de capas que puedan ser construidas y protegidas de deformaciones permanentes por las capas superiores ms resistentes. Para resolver la ecuacin se deben tomar en cuenta las siguientes expresiones.

Coeficientes Estructurales de las Capas del Pavimento ai

Estabilidad y factibilidad de construccin

Espesores mnimos sugeridos por AASHTO en funcin del trnsitoEspesores mnimos de concreto asfltico y base granularNmero de EALsConcreto asflticoBase granularHasta 5 E 45 e 4 15 e 415 e 4 5 e 55e5 2 e 62 e 6 7 e 6 Ms de 7 e 62.5 cm. (1 pulg.) TS5.0 cm. (2 pulg.)6.5 cm. (2.5 pulg.)7.5 cm. ( 3 pulg. )9.0 cm. (3.5 pulg.)10.0 cm. ( 4 pulg. )10 cm. (4 pulg.)10 cm. (4 pulg.)10 cm. ( 4 pulg.)15 cm. ( 6 pulg.)15 cm. (6 pulg.)15 cm. (6 pulg.)

Hoja calculo proceso iterativoEjemplo

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores mnimos, siendo:R = 90 %So = 0.35E18 = 10 x 106 EAL PSI = 2.0

MaterialMR (psi)aimiConcreto asflticoBase piedra partidaSubbase granularsubrasante400000300001400050000.420.140.10------0.80.7---

CapaaimiDiai.mi.Di123...SN = ai.mi.DiClculo del Nmero Estructural requerido:Si SN SNreq

basesubbasesubrasantecarpetaDiseo propuesto:42020

GRACIAS