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INSTITUTO TECNOLGICO DE OAXACA.

CIENCIAS DE LA TIERRA

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

MATERIA:

DISEO Y CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS

DOCENTE:

ING. RAQUEL LPEZ CELIS

ALUMNO:

LPEZ GARCA DIEGO ARMANDO

TRABAJO:

EJERCICIO

Hora clase:

Lunes: 17h-19h y Martes-Viernes. De 19h-20h

Grupo: CE

Oaxaca de Jurez, Oaxaca, Mayo de 2013

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CONTENIDO

MTODO AASHTO, DISEO DE LA ESTRUCTURA DE UN

PAVIMENTO ..........................................................................................3

CLCULO DE FACTOR DE CARGA EQUIVALENTE (VEHCULOS

CARGADOS) ....................................................................................... 5

CALCULO DE EJES EQUIVALENTES (ESAL) ................................. 9

MTODO DE DISEO ......................................................................... 10

CALCULO DE EL TRANSITO EN EJES EQUIVALENTES ............ 10

CONFIABILIDAD R. ......................................................................... 11

DESVIACIN ESTNDAR GLOBAL SO. .................................... 12

MDULO DE RESILIENCIA EFECTIVO. ......................................... 12

PRDIDA O DIFERENCIA ENTRE NDICES DE SERVICIO INICIAL

Y TERMINAL. .................................................................................... 13

CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL (SN) ........................ 13

DISEO FINAL DEL PAVIMENTO .................................................... 18

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MTODO AASHTO, DISEO DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO

(Anlisis del diseo final con sistema multicapa)

Los pavimentos son elementos importantes junto con otros, para el buen

funcionamiento de un sistema vial. El sistema lo componen elementos como los

vehculos, los peatones y la infraestructura. Las caractersticas del flujo de vehculos se

ven afectadas por la dimensin, el comportamiento y la cantidad de los primeros y la

calidad y el estado de la segunda. Esto significa que para lograr una mejor calidad de

vida y una armona diaria en la movilidad de la ciudad, los elementos del sistema deben

dimensionarse en la justa medida y entregar a los ciudadanos infraestructural vial

nueva y mantenida adecuadamente, correspondiente a la demanda del trnsito.1

En consecuencia es necesario que los ingenieros, estudien puntualmente los mtodos

de diseo y rehabilitacin de pavimentos para que den solucin a los problemas de

oferta vial urbana.

Ejercicio.

Datos:

*Transito Diario Promedio Anual

TASAS DE CRECIMIENTO

Automviles= 2.00%

Autobuses= 4.00%

Camiones unitarios= 4.00%

Camiones articulados= 4.00%

Factor de carga= 80.0%

1 RONDN. Hugo Alexander Quintana. Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas

Tipo de camino: A2

Periodo de diseo (aos): 15

*TDPA (veh/dia): 1,845

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Tipo de vehculo Porcentaje FACTOR DE CARGA EQUIVALENTE

VACOS CARGADOS*

A 86.45% 0.0004 0.0004

B2 0.80% 0.5790 2.599

B3 0.78% 0.1277 2.015

C2 6.40% 0.0480 2.599

C3 2.22% 0.0629 2.015

C2-R2 0.08% 0.0227 4.212

T3-S2 1.07% 0.0653 4.032

T3-S3 0.59% 0.0632 3.826

T2-S1-R2 1.04% 0.0695 10.152

T3-S1-R2 0.27% 0.0804 9.01

T3-S2-R2 0.09% 0.0751 8.426

T3-S2-R4 0.21% 0.0678 7.258

= 100.00%

*se explica en el apartado clculo de factor de carga equivalente (vehculos cargados)

CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES

a. MDULO DE RESILENCIA DE LA CARPETA ASFLTICA

400.00

b. MDULO DE RESILENCIA DE LA BASE GRANULAR (KSI)

30.00

c. MDULO DE RESILENCIA DE LA SUB-BASE (KSI)

15.00

d. FACTOR DE CONFIABILIDAD (R) 95%

e. STANDARD NORMAL DEVIATE (ZR) -1.645

f. DESVIACION ESTANDAR GLOBAL (SO) 0.38

g. MDULO DE RESILENCIA DE LA SUBRASANTE (MR,KSI)

10.00

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COEFICIENTES ESTRUCTURALES DE CAPA

CONCRETO ASFLTICO CONVENCIONAL (a1) 0.42

BASE GRANULAR (a2) 0.14

SUBBASE (a3) 0.1

COEFICIENTES DE DRENAJE DE CAPA

BASE GRANULAR (m2) 1.25

SUBBASE (m3) 1.15

CLCULO DE FACTOR DE CARGA EQUIVALENTE (VEHCULOS CARGADOS)

Para el clculo del factor de carga nos auxiliamos de la NORMA OFICIAL MEXICANA;

SOBRE EL PESO Y DIMENSIONES MXIMAS CON LOS QUE PUEDEN CIRCULAR

LOS VEHCULOS DE AUTOTRANSPORTE QUE TRANSITAN EN LAS VAS

GENERALES DE COMUNICACIN DE JURISDICCIN FEDERAL. (NOM-012-SCT-2-

2008) y del MANUAL CENTROAMERICANO PARA DISEO DE PAVIMENTOS

De los vehculos que se proporcionaron en los datos habr que calcular el factor

equivalente de carga por el que se multiplicara en la tabla al calcular los ejes

equivalentes.

Empezando por los vehculos ligeros;

El vehculo ligero (A) al no clasificar dentro de los vehculos pesados que marca en su

distribucin la NOM-012-SCT-2-2008, el factor de carga se toma igual que el factor de

carga vaco, en este caso 0.0004

Para los vehculos pesados clasificados en esta norma su configuracin de ejes puede

ser la siguiente;

*Esta tabla se muestra en la pg. 34 de la NOM-012-SCT-2-2008

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Con estos ejes se procede a calcular el factor equivalente de cada configuracin de eje,

apoyndonos de las tablas que presenta el manual centroamericano. En este caso

usamos la tablas de la pg. 6 en adelante del captulo 3 de dicho manual, se usan las

tablas que denotan numero estructural SN=5 y un ndice de serviciabilidad final de 2.5.

El SN considerado para fines de diseo es el nmero que presenta las mejores

condiciones para calcular los ejes. Y el ndice de serviciabilidad final es el deseado a

tener en un pavimento flexible, el cual expresa el lmite de servicio o vida til de tal

pavimento.

Lo primero que se hace para convertir los ejes comunes a ejes equivalentes es

estandarizar los ejes al peso equivalente de 80 KN (8.157 ton) que marca el mtodo.

Por lo anterior expuesto, el Factor Equivalente de carga (LEF) es el valor numrico que

expresa la relacin entre la perdida de serviciabilidad causada por la carga de un tipo

de eje de 80 KN y la producida por un eje estndar en el mismo eje.

Los pesos que marca la tabla (tipo de camino A) de configuracin de ejes se convierten

a kips y se busca el respectivo coeficiente que marca las tablas del manual

centroamericano en su apartado tablas de factores equivalentes de carga, las cuales

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son las similares de la Gua para el diseo de estructuras de pavimento, AASHTO,

1993

Encontrando los factores por tipo de eje, queda en la siguiente tabla con los factores

por tipo de configuracion de eje:

*tomando que 1kg=2.204 lb

Ahora procedemos a asignar a cada vehculo su respectivo valor de acuerdo a los ejes

que este tenga en su configuracin.

Ejemplo;

Un vehculo C2 tiene la siguiente configuracin.

a lo cual diremos que a un vehculo del tipo C2 cargado se le asigna un Factor

equivalente total de 2.599

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Ahora veamos un vehculo de la nomenclatura T3-S3

asignndole al camin T3-S3 un factor de 3.826

Y as se asigna a cada vehculo viendo su configuracin y el factor que le corresponde.

Una vez teniendo los factores de los vehculos pesados procedemos a calcular el

factor de crecimiento de cada tipo de vehculo. Esto se realiza con la siguiente formula;

Fc= ( )

( )

Donde;

Fc es el factor de crecimiento del tipo de vehculo

r es la tasa de crecimiento en decimales de cada vehculo

n es el periodo de diseo del camino a proyectar.

En nuestro caso, con los datos del ejercicio, quedara de la siguiente forma.

Para Vehculos;

Fc= ( )

( )= 6312.097

Para Autobuses y Camiones;

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Fc= ( )

( )= 7308.69

Ahora procedemos a calcular los ejes equivalentes respectivos del ejercicio.

CALCULO DE EJES EQUIVALENTES (ESAL)

Tomando en cuenta el formato que presenta el mtodo para dicho clculo se fueron

rellenando con los datos correspondientes.

En la primera columna se asigna la nomenclatura de cada tipo de vehculo a analizar.

En la segunda columna se anotan los porcentajes que componen el total de vehculos

que se espera circulen en la carretera a disear, la suma de los porcentajes ser 100%.

La tercera columna denominada transito es obtenida por una multiplicacin en la cual

intervienen las siguientes variantes.

Transito = Fc de cada vehculo * TDPA * %c/vehculo.

En la columna de distribucin del trnsito se coloca dos columnas una de cargados y

otra de vacos, aqu el transito correspondiente lo dividimos en el porcentaje de

vehculos por tipo de vehculos que se espera transiten. Esto es; se supone que un

50% de vehculos ligeros circularan vacos y 50% de ellos cargados. Para los vehculos

pesados del B2 en adelante (pesados) se supondr que un 80% del trnsito circulara

cargado y un 20% vaco. Por lo cual se realizan las multiplicaciones correspondientes.

En la columna de Factores equivalentes de carga se colocan los correspondientes

factores vacos y cargados que resultaron de los diversos clculos.

Para el trnsito de diseo se multiplican los factores equivalentes de carga por el

correspondiente porcentaje de transito cargado o vaco calculado anteriormente.

Y finalmente se hace una suma de estas dos ltimas columnas para as obtener los

ejes equivalentes de diseo del pavimento.

A CONTINUACIN SE ANEXA LA HOJA DE DICHO CALCULO.

OBTENIENDO UN TOTAL DE 5100,913 EJES EQUIVALENTES.

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MTODO DE DISEO

El diseo nmero estructural

SN v x q v g . P

determinar el nmero estructural SN requerido, el mtodo involucra los siguientes

parmetros:

El trnsito en ejes equivalentes acumulados para el perodo de diseo seleccionado,

W18.

E , R.

L v g , S .

El mdulo de res v , M .

L v y , PSI.

CALCULO DE EL TRANSITO EN EJES EQUIVALENTES

Para el clculo del trnsito, el mtodo actual contempla los ejes equivalentes totales

obtenidos anteriormente, afectndolos por dos factores que se explican a continuacin.

La ecuacin siguiente puede ser usada para calcular el parmetro del trnsito W18 en el

carril de diseo.

Dnde:

W18 = Trnsito acumulado en el primer ao, en ejes equivalentes sencillos de

8.2 ton, en el carril de diseo.

DD = Factor de distribucin direccional; se recomienda 50% para la mayora de las

carreteras, pudiendo variar de 0.3 a 0.7, dependiendo de en qu direccin va el trnsito

con mayor porcentaje de vehculos pesados.

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W

18 = Ejes equivalentes acumulados en ambas direcciones.

DL = Factor de distribucin por carril, cuando se tengan dos o ms carriles por sentido.

Se recomiendan los siguientes valores:

Aplicando la formula anterior nuestro valor de W18 sera el siguiente;

W18= 0.5*1*5100,913

Tomando el DD de 50% y al tener un camino de 1 carril por direccin se le asigna un DL

de 100%

W18= 25504,456.5

CONFIABILIDAD R.

C C R, trata de llegar a cierto grado de certeza en el

mtodo de diseo, para asegurar que las diversas alternativas de la seccin estructural

que se obtengan, durarn como mnimo el perodo de diseo. Se consideran posibles

variaciones en las predicciones del trnsito en ejes acumulados y en el comportamiento

de la seccin diseada

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En nuestro caso el asignado es

R= 95%

Los valores de R recomendados por tipo de camino son los siguientes;

DESVIACIN ESTNDAR GLOBAL So.

Este parmetro est ligado directamente con la Confiabilidad (R), habindolo

determinado, en este paso deber seleccionarse un valor So D v E

G , v , q

variaciones en el comportamiento del pavimento y en la prediccin del trnsito.

So= 0.38

MDULO DE RESILIENCIA EFECTIVO.

La parte fundamental para caracterizar debidamente a los materiales, consiste en la

obtencin del Mdulo de Resiliencia, con base en pruebas de laboratorio, realizadas en

materiales a utilizar en la capa subrasante con muestras representativas (esfuerzo y

humedad) que simulen las estaciones del ao respectivas. El mdulo de resiliencia

obtenido alternadamente por correlaciones con propiedades del suelo,

tales como el contenido de arcilla, humedad, ndice plstico, etc.

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EL MODULO DE RESILENCIA QUE SE UTILIZARA PARA OBTENER UN SN TOTAL

SERA EL ASIGNADO A LA CAPA SUBRASANTE

PRDIDA O DIFERENCIA ENTRE NDICES DE SERVICIO INICIAL Y TERMINAL.

El cambio o prdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se

define en el mtodo con la siguiente ecuacin:

PSI = ndice de Servicio Presente

PSI = po pt

Dnde:

PSI = Diferencia entre los ndices de servicio inicial u original y el final o terminal

deseado.

Po = ndice de servicio inicial (4.5 para pavimentos rgidos y 4.2 para flexibles).

Pt = ndice de servicio terminal, para el cual AASHTO maneja en su versin 1993

valores de 3.0, 2.5 y 2.0, recomendando 2.5 3.0 para caminos principales y 2.0 para

secundarios.

En nuestro caso al ser un pavimento flexible tomaremos un valor de 4.2 de ndice inicial

y al ser un tipo de camino A2 un valor final de 2.5

CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL (SN)

Una vez obtenidos los ejes equivalentes y las diferentes variantes que se necesitan en

el clculo, procedemos a calcular el nmero estructural SN total de la estructura de

nuestro pavimento, y para esto hacemos referencia a la publicacin tcnica 104,

PAVIMENTOS FLEXIBLES. PROBLEMTICA, METODOLOGAS DE DISEO Y

TENDENCIAS del Instituto Mexicano del Trasporte. En su figura 4.1 de la pgina 74 de

dicha publicacin expresa la siguiente formula, de la cual habr que despejar el SN y

as obtener el que necesitamos para fines de clculo de espesores.

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De la cual sustituyendo datos se obtienen los siguientes SN1, SN2 Y SN3, este ltimo

es el total que se busca.

Como ya se al principio del mtodo, nmero SN

subrasante o cuerpo del terrapln es lo primero a calcularse. De la misma manera

obtenerse el nmero estructural requerido sobre las capas de la subbase y

base, utilizando los valores de resistencia aplicables para cada uno. Trabajando con las

diferencias entre los nmeros estructurales que se requieren sobre cada capa, el

espesor mximo permitido de cualquier capa puede ser calculado. Por ejemplo, el

nmero estructural mximo permitido para material de la capa de subbase, debe ser

igual al nmero estructural requerido sobre la subbase restado del SN requerido sobre

la subrasante.

As entonces para obtener el SN3 utilizamos es MR de la capa subrasante obteniendo un SN3 = 3.69562

Para obtener el SN1 se utiliza el MR de la base granular obteniendo un SN1= 2.42517

Para obtener el SN2 se utiliza el MR de la sub-base obteniendo un SN2= 3.16757

Para entender mejor como estn distribuidos los SN 1,2 y 3 se presenta la siguiente

figura obtenida de la misma publicacin.

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Esta estructuracin ser la final siendo D1, D2 y D3 los espesores de cada capa para

fines de construccin

Ahora el mtodo seala que habr que calcularse el SN para cada capa. Es decir que

la carpeta, base y subbase tendrn un SN correspondiente, y esto se hace realizando

las diferencias entre los SN 1, 2 y 3 obtenidos anteriormente.

Quedando as la siguiente tabla.

SN1= 2.42517

SN2= 3.16757

SN3 = 3.69562

Siendo siempre la sumatoria de los SN igual al SN total que se considera.

Al tener un valor positivo en nuestro SNsb denota que si se tendr subbase adems de

que por el nmero de ejes equivalentes se requiere de una.

Obtenidos los SN de cada capa procedemos a obtener los valores de D1, D2, Y D3 de

cada capa, los cuales se obtienen de las siguientes formulas;

SNtot= a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

De donde *siendo a1, a2 y a3 y m2, m3 los expresados al principio en los datos

SNca=a1D1

SNbg=a2D2m2

SNsb=a3D3m3

Se despeja los valores de D 1,2 y 3 y se obtiene los valores tericos de estos datos

D1= 5.774 en pulgadas

D2= 4.242 en pulgadas

D3= 4.591 en pulgadas

SN capa SN teorico

Snca= SN1 = 2.42517

SNbg= SN2-SN1 = 0.7424

SNsb= SN3-SN2 = 0.52804

SNtot =3.695

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Quedando las siguiente tabla.

Ahora entra el criterio de construccin por lo cual y por fines econmicos o normativos

habr que modificar esos valores de SN y D obtenidos tericamente.

Por lo cual se expresara que habr nuevos valores y que estos sern valores

adoptados por lo cual se denotara un * (asterisco) en la parte superior de valor de SN o

D ahora obtenido siendo SN* y D* los valores finales de diseo.

Empezando por modificar el valor de la carpeta y basndose en lo que la teora del

manual centroamericano recomienda como espesores mnimos tenemos que, los

valores para la carpeta y base sern tomados de la siguiente tabla;

Tales mnimos dependen de las practicas locales y est condicionado el usarlos;

el diseador puede encontrar necesario modificar hacia arriba lo espesores

mnimos por su experiencia obtenida; estos valores son sugeridos y se

considera su uso tomando en cuenta que son capas asflticas sobre bases

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granulares son tratar. Teniendo en cuenta tambin que dichos espesores en todo

momento estn sujetos a las caractersticas de los materiales con los cuales se

va a construir.

Teniendo nosotros un nmero de ejes equivalentes entre 2 millones y 7 millones

optamos por considerar un espesor de carpeta de 10 cm siendo adems un valor de

espesor ms prctico de obtener a la hora de construir nuestra estructura de

pavimento.

Tomando los valores de la misma tabla para el espesor que se propondr para la base

granular, consideramos un espesor de 15 cm

Con estos datos se calculan ahora los valores SN* y D3* que hacen falta. Solo que

ahora partiremos a calcular a partir de un espesor D* sugerido;

Siendo ahora

SNca*= a1D1* =1.6535

SNbg* = a2D2 *m2 = 1.03346

Y el SNsb* igual a la diferencia entre el SN total y la sumatoria de SNca* + SNbg*

Quedando la siguiente tabla con los valores tericos y adoptados.

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DISEO FINAL DEL PAVIMENTO

Obtenidos los espesores nuestro diseo de la estructura de pavimento queda de la

siguiente forma;

1.6535 =

2.6869 =

=10 cm

=15 cm

= 22 cm

3.6956 =