REPÚBLICA DE HONDURAS - tsc.gob.hn · ejemplo ilustrativo metodo aashto introducciÓn parÁmetros...

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SOPTRAVI REPÚBLICA DE HONDURAS SECRETARÍA DE ESTADO EN LOS DESPACHOS DE OBRAS PÚBLICAS, TRANSPORTE Y VIVIENDA DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS MANUAL DE CARRETERAS TOMO 4 DISEÑO DE PAVIMENTOS Y MANTENIMIENTO DE CAMINOS
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  • SOPTRAVI

    REPBLICA DE HONDURAS

    SECRETARA DE ESTADO EN LOS DESPACHOS DE OBRAS PBLICAS,TRANSPORTE Y VIVIENDA

    DIRECCIN GENERAL DE CARRETERAS

    MANUAL DE CARRETERAS

    TOMO 4

    DISEO DE PAVIMENTOS YMANTENIMIENTO DE CAMINOS

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    NDICE TOMO 4 - DISEO DE PAVIMENTOS Y MANTENIMIENTO DE CAMINOS

    CAPTULO I: DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

    1 - DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

    OBJETIVO

    FACTORES DE DISEOTRNSITORESISTENCIA DE LOS MATERIALESCARACTERSTICAS DE LA SUBRASANTECONDICIONES AMBIENTALES

    MTODOS DE DISEO

    MTODO DEL CUERPO DE INGENIEROSINTRODUCCINDISEO DE AEROPISTASDISEO DE CARRETERASPARMETROS DE DISEOCARTA DE DISEOEJEMPLO ILUSTRATIVO

    MTODO SHELL (1978)CONSIDERACIONES GENERALESFACTORES DE DISEOSTIFFNESS DE LAS MEZCLASRESISTENCIA A LA FATIGA DE LA MEZCLACURVAS DE DISEODEFORMACIN PERMANENTECAPAS DE BASE CEMENTADAEJEMPLO ILUSTRATIVO

    MTODO DEL ASPHALT INSTITUTECONSIDERACIONES GENERALESCARTAS DE DISEOPROCEDIMIENTO DE DISEOEJEMPLO ILUSTRATIVO

    METODO AASHTOINTRODUCCINPARMETROS DE DISEOPROCEDIMIENTO DE DISEOEJEMPLO ILUSTRATIVODISEO DE CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRNSITOEJEMPLO ILUSTRATIVO

    REFUERZO DE PAVIMENTOS FLEXIBLESCONSIDERACIONES GENERALESMTODOS DE DISEO DE REFUERZO

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    MTODOS BASADOS EN CRITERIOS DE REDUCCIN DE DEFLEXIONESALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE EVALUACIN ESTRUCTURAL DE UN PAVIMENTO EXISTENTEMTODOS BASADOS EN EL REDISEO ESTRUCTURALEJEMPLOS ILUSTRATIVOS

    CONSIDERACIONES RELATIVAS A MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTEELECCIN DEL GRADO DEL CEMENTO ASFLTICOMDULO DE RIGIDEZ DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS Y SU RELACIN CON LAS DEFORMACIONES PERMANENTESRESISTENCIA A LA FATIGACOMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFLTICASDOSIFICACIN DE CONCRETOS ASFLTICOS CONVENCIONALESENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA POR EL METODO MARSHALL DE MEZCLAS ASFALTICAS EN LAS CUALES MAS DE UN 10% DE AGREGADO PETREO EXCEDE UN TAMAO MAXIMO DE 25.4 mmMTODO AAMAS (ASPHALT-AGGREGATE MIXTURE ANALYSIS SYSTEM)

    CONSIDERACIONES RELATIVAS A ESTABILIZADOS GRANULARESCONSIDERACIONES GENERALESESTUDIO DE LAS MEZCLAS DE MATERIALES PARA UN ESTABILIZADO GRANULAR

    ANEXO: DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

    FACTORES DE DISEO

    MTODO DE DISEO SHELLSTIFFNESS DE ASFALTOS Y MEZCLAS ASFLTICASRESISTENCIA A LA FATIGA DE LA MEZCLA

    MTODO DEL ASPHALT INSTITUTE

    REFUERZO DE PAVIMENTOS FLEXIBLESMTODOS DE DISEO DE REFUERZO

    700-MATERIALES

    2-DISEO DE PAVIMENTOS RGIDOS

    CONSIDERACIONES GENERALES

    FUNCIN DE LA SUBBASE

    FACTORES DE DISEOCARACTERSTICAS DE LA SUBRASANTETRNSITOMDULO DE RESISTENCIA A LA TENSIN EN FLEXIN DEL HORMIGN

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    MTODOS DE DISEOPORTLAND CEMENT ASSOCIATION (P.C.A.)MTODO AASHTOEJEMPLO ILUSTRATIVO

    DISEO DE JUNTAS

    FALLAS MS COMUNES EN LOS PAVIMENTOS RGIDOS

    REFUERZO DE PAVIMENTOS RGIDOS

    EJEMPLOS ILUSTRATIVOS: DISEO DE ESPESORES DE REFUERZO

    DISEO DE CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRNSITO (AASHTO, 1993)

    EJEMPLO ILUSTRATIVO: PAVIMENTOS RGIDOS

    CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LA DOSIFICACIN DEL HORMIGN

    HORMIGN COMPACTADO A RODILLO

    3-CAMINOS NO PAVIMENTADOS

    CONSIDERACIONES GENERALES

    DISEO DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS

    EJEMPLO ILUSTRATIVO: CAMINOS NO PAVIMENTADOS

    TRANSITABILIDAD PERMANENTE EN CAMINOS DE TIERRA

    MEJORAS PROGRESIVAS

    DISEO DE CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRNSITO (MTODO AASHTO, 1993)

    ANEXO: DISEO DE CAMINOS NO PAVIMENTADOS

    MEJORAS PROGRESIVAS: ESTABILIZACIN DE SUELOS CON CAL

    MEJORAS PROGRESIVAS: ESTABILIZACIN DE SUELOS CON CEMENTO

    ORDENAMIENTO E INSTRUCCIONES DE LOS TRABAJOS INHERENTES A ESTUDIOS Y PROYECTOS DE CAMINOS

    1- CONSIDERACIONES GENERALES

    2- SUELOS, MATERIALES, FUNDACIONES Y PAVIMENTOS

    ORDENAMIENTO E INSTRUCCIONES DE LOS TRABAJOS INHERENTES A ESTUDIOS Y PROYECTOS DE REFUERZO O RECONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS

    1- CONSIDERACIONES GENERALES

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    2- INVESTIGACIONES SOBRE LA OBRA EXISTENTE

    3- ENSAYOS A REALIZAR

    4- TRABAJOS DE GABINETE

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    CAPTULO II: MANTENIMIENTO DE CAMINOS

    INTRODUCCIN

    ENFOQUE GENERAL

    CONCEPTOS Y TERMINOS DE LA CONSERVACIN VIAL

    PLANIFICACIN DEL MANTENIMIENTO DE CARRETERAS

    EL ESTADO DE LOS CAMINOS Y SU CLASIFICACINDeterioro Superficial

    OPERATIVO DE INVESTIGACION DE LA RUGOSIDAD EN LA REDDefinicin de los Caminos a AuscultarCalibracin del AparatoMerlin

    Pistas de Control y Realizacin de OperativoProcesamiento de la Informacin

    SISTEMA DE GESTION DE PAVIMENTOSInventario VialPrograma Indicativo de Obras de Mantenimiento

    ORGANIZACIN DE LA GESTIN DE CONSERVACIN (SOPTRAVI)Direccin GeneralUnidad de Planificacin VialCentro de Capacitacin y Transferencia de TecnologaAlmacn CentralAsesora LegalUnidad de Conservacin de Derecho de VaUnidad Ejecutora de Conservacin de la Red Vial PavimentadaUnidad Ejecutora de Plantas AsflticasSealamiento VialUnidad Ejecutora de Conservacin de Caminos No PavimentadosGerencia de MaquinariaDistrito No. 1

    POLTICAS ADOPTADAS POR LA DIRECCIN GENERALDE CONSERVACIN DE CARRETERAS Y AEROPUERTOS

    Sistema de Gestin de Pavimento

    CONSERVACIN BALANCEADA DE UN SECTOR DE LA RED VIALMantenimiento de Caminos Pavimentados

    Pavimentos FlexiblesPavimentos Rgidos

    Controles de Laboratorio para Mantenimiento de Caminos

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    Captulo I - 1

    CAPTULO I: DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

    1 - DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

    OBJETIVO

    La funcin de un pavimento asfltico es la deproveer una superficie de rodamientoadecuada al trnsito y distribuir las cargasaplicadas por el mismo sin que se sobrepasenlas tensiones admisibles de las distintas capasdel pavimento y de los suelos de fundacin.

    El paquete estructural estar conformado pordistintas capas de resistencia decreciente conlas profundidad, siendo las mismasnominadas carpetas de rodamiento, base ysubbase, apoyando todo ese conjunto sobre lasubrasante. Cada una de estas capas tieneuna doble funcin, por un lado distribuir lastensiones provenientes de la parte superior,reducindolas hasta valores admisibles paralas capas inferiores y por otro lado ser losuficientemente resistentes por s mismaspara soportar sin deformaciones permanenteslas cargas a las cuales estarn sujetas.

    Una de las formas de encarar el diseo depavimentos flexibles es mediante lavalorizacin de los ensayos que permitenconocer las propiedades mecnicas de losmateriales utilizados en las distintas capas yde la subrasante, propiedades condicionadasa las caractersticas fsicas y condicionesvolumtricas de dichos materiales durante sucomportamiento en servicio.

    FACTORES DE DISEO

    Los factores que intervienen en el clculo deespesores de las distintas capas de unpavimento flexible son los que acontinuacin se indican:C TrnsitoC Resistencia de los materialesC Caractersticas de la subrasanteC Condiciones ambientales

    A continuacin se harn unas brevesconsideraciones sobre dichos parmetros,amplindose las mismas en el ANEXOcuando fuera necesario, as como tambin seindicar en los casos en que el mtodo dediseo tratado introdujera alguna variante.

    TRNSITO

    A los efectos de realizar el anlisis de trnsitose requiere la siguiente informacin:- Trnsito medio diario anual (TMDA),actual y serie histrica.- Composicin vehicular y configuracin decargas pesadas.- Censos de cargas por eje.- Tasa de crecimiento anual.

    Para el anlisis de las cargas que solicitarna la calzada durante la vida til prevista en eldiseo se deben tener en cuenta el peso y el

  • Diseo de Pavimentos y Mantenimiento de Caminos Diciembre, 1996

    Captulo I - 2

    nmero de camiones ya que el efectodestructivo de los vehculos livianos(automviles, pick-up, autobuses) seconsidera despreciable.

    La estimacin del trnsito para diseo seefecta mediante la conversin de las cargasactuantes a un nmero equivalente depasadas de un eje tipo tomado comoreferencia de 8,2 toneladas (18.000 libras; 80kN).

    Los factores de equivalencia de cargas dedistinta magnitud se determinaron estudiandoel efecto destructivo que producen lasmismas en pavimentos de variada capacidadestructural y en algunos casos (AASHTO)para distintas condiciones de serviciabilidadfinal, llegndose a la siguiente expresin:

    Siendo P la carga por eje simple expresada entoneladas y " n " un exponente que varasegn los distintos investigadores entre 3,5 y5,0, recomendndose para el caso utilizar n =4,5.

    A los efectos de convertir los ejes tandem enejes simples se propone la expresin:

    1 repeticin de eje tandem (2P) = 1,43repeticiones eje simple (P)

    La expresin a aplicar para ejes triples, a finde convertirlos a eje simple, es la siguiente:

    1 repeticin eje triple (W) = 1,73repeticiones eje simple (W/3).

    Las consideraciones al respecto se amplan

    en el ANEXO de Trnsito.

    Generalmente la informacin existenteconsiste en algunos aforos efectuados sincontinuidad en distintos puntos de la red vial.Cuando se deba proceder al diseo de unaobra nueva o de una rehabilitacin se debeconocer la informacin indicada, ya queconstituye uno de los parmetrosfundamentales para un correcto diseo. Antela carencia total o parcial de dichainformacin se proceder a realizar en unaprimera instancia una programacin demediciones fijando las pautas apropiadas entrminos de tiempo, espacio, tipo de censo,etc. Se tratar de llevar a cabo el programacon criterio y celeridad, dentro de laslimitaciones que podran presentarse por laconsabida falta de fondos y/o de personal,situacin que afecta en general a casi todoslos pases latinoamericanos.

    De no contarse con una serie histrica deTMDA que permita estadsticamentedeterminar su tasa de crecimiento anual ( i ),se proceder a calcularla en base a datos dendole socio-econmica (crecimiento de lapoblacin y del parque automotor, P.B.I,consumo de combustibles, etc).

    Ante la carencia de censos de cargas por eje,se deber hacer un anlisis de la composicinvehicular, incluyendo la configuracin de lascargas pesadas (tipo de camin, nmero deejes, tipos de eje).

    Se destaca la importancia de conocer lamodalidad de carga adoptada por lostransportistas en la utilizacin de losvehculos pesados (% de camiones vacos,semi cargados y excedidos), como astambin la mercadera o productos

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    Captulo I - 3

    transportados en distintas regiones, rutas odepartamentos, a fin de definir factoresestacionales si correspondiera. Mediante elconocimiento de los factores mencionados sepodr estimar un factor de equivalencia paracada tipo de camin, en el caso de no poderconcretarse los censos de cargas por eje.

    Para obtener el nmero total de pasadas deejes equivalentes a 8,2 toneladas (N8,2) sedebe conocer el nmero y tipo de camiones almomento de habilitarse la carretera, su tasade crecimiento, su factor de equivalencia conrespecto al eje tomado como referencia y elperodo de vida til adoptado para el diseo;como as tambin los valores a asignar alfactor de distribucin direccional (DD) y alfactor de distribucin por carril (DL). ParaDD generalmente se adopta 0,50 (50%), yaque usualmente el transporte de cargas enambas

    direcciones es similar y para DL su valorvara de acuerdo al nmero de carriles queintegran la calzada en cada direccin, segnAASHTO los valores que se indican puedentomarse como gua.

    NMERO DECARRILES EN

    CADA DIRECCIN

    % A ADOPTARPARA DISEO

    1 100

    2 80 - 100

    3 60 - 80

    4 50 - 75

    Resultando as el nmero de ejes equivalentea 8,2 toneladas que solicitarn a la calzadadurante el perodo de vida til previsto (n)para el diseo:

    Siendo:CL= Nmero de camiones livianos en el

    ao de habilitacin (promedio diarioanual)

    FECL= Factor de equivalencia de loscamiones livianos

    CP= Nmero de camiones pesados en elao de habilitacin (promedio diarioanual)

    FECP= Factor de equivalencia de loscamiones pesados.

    i= Tasa de crecimiento anual ( % )n= Perodo de servicio adoptado para el

    diseo (en aos).

    Usualmente se consideran camiones livianos(CL) aquellos conformados por dos ejessimples o un eje simple y un tandem ycamiones pesados (CP) a aquellos conacoplado o semiremolques. Los distintostipos de camiones que se adopten para elclculo de N8,2 dependern del espectro decargas de cada carretera en particular,resultando en algunos casos la tasa decrecimiento (i) distinta para cada tipo decamin.

    Cuando se cuenta desde un inicio con toda lainformacin requerida para el clculo de N8,2

  • Diseo de Pavimentos y Mantenimiento de Caminos Diciembre, 1996

    Captulo I - 4

    , usualmente se determina un factor de equivalencia global (F.E.G), resultando as laexpresin:

    TMDAP = Nmero de camiones en elao de habilitacin (promediodiario anual).

    RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

    La determinacin de las caractersticasmecnicas de los materiales que conformarnlas distintas capas del paquete estructural y lasubrasante debe efectuarse en las condicionesms crticas de servicio.

    Adems de los ensayos requeridos paradeterminar las propiedades fsicas,volumtricas y mecnicas se deben realizarpruebas de durabilidad a fin de asegurarse lapermanencia de las propiedades evaluadas atravs del tiempo.

    En el caso de mezclas asflticas se debentener en cuenta las temperaturas en servicio,ya que en materiales viscoelsticos laresistencia vara sensiblemente con latemperatura.

    Usualmente la resistencia de los materialesque conforman las distintas capas (nocementadas, ni ligadas) y subrasante se midemediante el ensayo de C.B.R.

    El moldeo de las probetas a ensayar se debeefectuar acorde a las condiciones de humedady densidad que se especifiquen en lasexigencias de obra. Una vez moldeadas las

    probetas y antes de proceder a su penetracinse registrarn las caractersticas expansivasdel material mediante la medicin delhinchamiento que se produce al cabo decuatro das de inmersin. Se recomienda quelos suelos de subrasante no superen el 2% dehinchamiento.

    En el caso de suelos calcreos que adquierenuna reducida cementacin superficial enpresencia de agua, los CBR corresponderna los valores obtenidos en la cuarta y quintapenetracin (0,4" y 0,5")

    La tendencia moderna es utilizar ensayos msracionales vinculados con las propiedadesfundamentales de los materiales y en lascondiciones ms crticas que registran ens e r v i c i o , p u d i n d o s e c i t a r l a sdeterminaciones de mdulos resilientes,mdulos elsticos, etc. Estos ensayosrequieren equipos especiales de laboratorio,en los que adems se debe poder reproduciradecuadamente las condiciones ambientalesde temperatura y del rgimen de carga. Nodisponindose en algunos pases de dichosequipos, se utilizan las relaciones que acontinuacin se indican para vincular losmdulos mencionados con ensayos como elCBR de aplicacin generalizada.

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    Captulo I - 5

    Para subrasante:

    E3= 100 CBR [E3] = Kg/cm2E3= 130 (CBR) 0,714MR= 1500 CBR [MR] = psi

    Para bases o subbases no tratadas con agentescementantes, ni ligantes, se utiliza larelacin:

    E2 = 0,206 (h2) 0,45 E3 [h2] = mm

    Siendo:

    E3 = Mdulo elstico de la subrasante.

    Mr = Mdulo resiliente de la subrasante.

    h2 = Espesor de bases o sub-bases notratadas.

    E2 = Mdulo elstico de base o sub-base.

    En el caso de concreto asfltico, se determinaen primera instancia el "stiffness" del betnen base al baco de Van der Poel, en funcinde las caractersticas del asfalto, del tiempode aplicacin de la carga y de la temperaturaen servicio de la capa asfltica.Obtenindose a posteriori el "stiffness" de lamezcla en funcin del porcentaje de vacos yla concentracin de agregados.

    La determinacin de las caractersticas fsicasy mecnicas, as como los ensayos dedurabilidad (resistencia a la abrasin,durabilidad en SO4Na2 o SO4Mg, etc) se

    efectuarn sobre los materiales queconforman los distintos yacimientosprevistos. De acuerdo a los resultadosobtenidos, al volumen aprovechable de cadafuente y a la distancia de acarreo queinvolucren, se destinarn para laconformacin de subbase, base, tratamientosbituminosos y/o concretos asflticos. En elCaptulo que versa sobre Materiales en elacpite Agregados se indican los ensayos decontrol de calidad a realizar en cada caso, ascomo los valores exigidos en los distintosensayos segn que tipo de capa integre cadamaterial.

    C A R A C T E R S T I C A S D E L ASUBRASANTE

    El estudio de la subrasante se debe efectuarcomo en el caso del resto de las capas queconforman el pavimento, en sus condicionesms crticas de servicio.

    Una vez aprobada la traza de la nueva obra,las brigadas o comisiones de estudio desuelos y materiales podrn comenzar sustareas, siendo recomendable que se cuentecon la planialtimetra del proyecto a fin deefectuar los estudios necesarios y suficientesdonde corresponda y hasta la profundidadrequerida.

    Es fundamental la presencia de un tcnicoavezado en la materia durante todo el estudioa fin de garantizar no slo larepresentatividad de las muestras, sinotambin que las decisiones tomadas en elcampo respondan a un criterio racional yjustificado por la experiencia.

    De acuerdo a la longitud de todo el tramo y asu mayor o menor uniformidad se definir si

  • Diseo de Pavimentos y Mantenimiento de Caminos Diciembre, 1996

    Captulo I - 6

    corresponde o no dividirlo en seccioneshomogneas si fuera necesario. Para ladivisin en secciones homogneas se tendrnen cuenta las caractersticas geotcnicassimilares que registren los suelos queconforman el tramo en estudio; en base adicha sectorizacin se programar el plan demuestreo.

    Los pozos se harn hasta una profundidad de1,50 m como mnimo bajo el nivel desubrasante describindose por simpleinspeccin visual las caractersticas del suelo(color; consistencia; tipo: grava, arenoso,arcilloso o limoso; existencia de partculas detamao grande; etc), as como tambin laprofundidad de la napa fretica. Si se cuentacon la planialtrimetra, la profundidad variarde acuerdo a la misma, debiendo ser demayor magnitud en caso de desmontes, sindescuidar el estudio de las capas superioresya que dicho material de acuerdo a suspropiedades podr utilizarse o no para laconformacin de las terraceras donde fuerarequerido (compensacin longitudinal). Enlos casos en que correspondiera laconstruccin de terraplenes, de acuerdo a sualtura (definida en la planialtrimetra delproyecto) se podr determinar la profundidaddel pozo requerida.

    La distancia entre pozos ser como mximode 300 m, intercalndose otra perforacinentre aquellos que presenten distintaspropiedades a fin de limitar la presencia decada uno de ellos con mayor certeza. Dichadecisin deber tomarla el tcnico y en basea las propiedades del suelo definidas porsimple inspeccin visual en campaa.

    Dado que a cada muestra se le harn losensayos requeridos, para su clasificacin

    HRB (granulometra y lmites deconsistencia), se preparar un perfil de suelosdonde para las distintas estaciones setranscribirn los resultados obtenidos en losensayos indicados.

    Los ensayos de compactacin y de CBR serealizarn acorde al tipo de materialresultante ya que dichas condicionesvolumtricas sern las que se exigirn porpliego.

    Dichos ensayos no se realizarn sobre todaslas muestras, pudindose aplicar distintoscriterios para la seleccin de las mismas.

    Si bien, para cada grupo de suelos se debernhacer ensayos de compactacin y CBR, sepodrn seleccionar aqullos cuyo Indice deGrupo predomine en el conjunto o siguiendouna tendencia conservadora se elegir encada grupo aquel material que registre mayorIndice de Grupo, es decir inferior calidad.

    Los resultados obtenidos se volcarn tambinen el perfil de suelos, ubicndolos en laestacin que corresponda. Dems est decirque cuanto mayor sea el nmero de muestrasensayadas menor ser el error del valorestimado para diseo.

    Cabe aclarar que en aquellos casos en que seregistre una reducida cantidad de suelosdesechables, es conveniente proyectar suremocin y reemplazo por material aledao ocercano de mejor calidad, por lo que no seconsiderar su existencia para el diseo. Sise tratara de suelos arcillosos de altaplasticidad y consecuentemente elevadaexpansin (medida por el hinchamiento en elensayo de CBR), que se registran conmarcada frecuencia a lo largo de la traza es

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    Captulo I - 7

    recomendable proceder a su correccin concal, para lo cual se efectuarn en laboratoriolos ensayos que correspondan, a fin decomprobar si la cal reduce la sensibilidad delsuelo ante la accin del agua y en casopositivo establecer el porcentaje necesario ysuficiente a adicionar.

    Cuando el mtodo para diseo de pavimentosutilizado se base en mdulos elsticos oresilientes, se utilizarn las correlacionesindicadas en el acpite anterior (Resistenciade los materiales) y/o la que recomiende elpropio mtodo en el caso que as fuera.

    De acuerdo a lo manifestado el plan demuestreo y estudio de los suelos de la trazaconsistir en:

    C D e f i n i r d i s t a n c i a s e n t r eperforaciones.

    C Definir profundidad de laperforacin.

    C Ejecucin de las calicatas.C Medicin de los espesores de los

    distintos mantos (profundidadacotada para cada tipo de suelo que seregistre en la perforacin).

    C Extraccin de muestras de losdistintos tipos de suelos.

    C Determinacin de sus caractersticasfsicas (LL, LP, IP, granulometra).

    C Clasificacin de los suelos.C Agrupacin en conjuntos de similares

    caractersticas (igual clasificacin).C Determinacin de caractersticas

    v o l u m t r i c a s y me c n i c a s(PROCTOR y CBR %) de losmateriales ms representativos decada grupo o de los materiales deinferior calidad de cada grupo (> IGsi se usara Clasificacin AASHTO),

    siempre y cuando los mismos no sepresentaran en forma espordica.

    C Con los resultados obtenidos sepreparar el perfil de suelos,ubicando para las distintas estacioneslas caractersticas de los materialesestudiados con sus correspondientesprofundidades (espesores).

    CONDICIONES AMBIENTALES

    Dentro de las condiciones ambientales setendrn en cuenta las caractersticasclimticas y las condiciones de drenaje.

    -Caractersticas climticas Se debe conocer el rgimen de lluvias y lasprecipitaciones medias anuales, a fin depoder definir la existencia o no de perodosseco y hmedo. As como tambin laamplitud trmica diaria, y las mximasmedias y mnimas medias anualescorrespondientes a cada perodo. De acuerdoal mtodo de diseo que se aplique sondistintos los parmetros que se utilizan.

    Si bien los efectos de las heladas merecen untratamiento aparte, no sern consideradas porno existir en el pas ninguna zona que registreun clima riguroso.

    -DrenajeDe acuerdo a las caractersticas hidrolgicasde la zona, al rgimen de lluvias, a laubicacin de la traza, a la orografa, etc. seproyectar un sistema de drenaje adecuado,tanto superficial (longitudinal y transversal)como subterrneo, siendo el mismo uno delos pilares fundamentales para obtener unbuen comportamiento en servicio del camino.

    El agua superficial debe ser rpidamente

  • Diseo de Pavimentos y Mantenimiento de Caminos Diciembre, 1996

    Captulo I - 8

    evacuada y en lo relativo al drenajesubterrneo se deben tomar las precaucionesnecesarias para que tanto el nivel de napa,como las infiltraciones que pudieranregistrarse, se mantengan lo suficientementealejadas del pavimento.

    En el Tomo 6 del Manual que versa sobrehidrologa, hidrulica y drenaje elespecialista del tema hace todas lasconsideraciones al respecto.

    MTODOS DE DISEO

    Dentro de los mtodos empricos msantiguos, se destaca el aplicado por elDepartamento de Carreteras de California(1929); el espesor del pavimento se calculaen base a ensayos de CBR, definido como laresistencia a la penetracin del suelo de lasubrasante, con respecto a la de piedratriturada standard. Durante la segundaGuerra Mundial fue exhaustivamenteestudiado por el Cuerpo de Ingenieros deEE.UU. y se convirti en el Mtodo msutilizado despus de la guerra.

    Las desventajas de los mtodos empricosantiguos radican en que son aplicables slo adeterminadas condiciones de cargas, demateriales y de entorno ambiental. Si estascondiciones cambian, los diseos dejan de servlidos, por lo que nuevos mtodos fuerondesarrollados a fin de adaptarlos a lascondiciones reales. Los espesores depavimentos se calculaban slo en base de laspropiedades principales de sus componentesy subrasante (cohesin y ngulo de friccin),sin tener en cuenta la seguridad y confort delusuario; con el incremento de las velocidadesde trnsito, del flujo de cargas y de lamagnitud de las mismas, dichos mtodos

    debieron ser actualizados.

    Ante la imposibilidad de resolver losproblemas relativos al diseo estructural deuna calzada mediante la aplicacin de losviejos mtodos, no slo por las razones de unmayor flujo de trnsito y de solicitaciones decargas de elevada magnitud, sino tambin porlos requerimientos de mnima deformacin,se comenzaron a elaborar mtodos basadosen teoras elsticas (Burmister, 1943). Aposteriori se desarrollaron ecuaciones paraesfuerzos y deformaciones en sistemaselsticos de 2 y 3 capas, siendo Fox (1948) yAcum y Fox (1951) quienes introdujeron enestas formulaciones espesores y mdulosvariables en las distintas capas,considerndolas cargadas uniformemente atravs de un rea circular. La facilidad declculo brindada por las computadoraspermiti a Jones (1962) y a Kirk (1962)ampliar el rango de los valores calculados.

    Simultneamente los resultados de laspruebas obtenidas en el AASHO Road Test(1958-1960) permitieron medir el efectodestructivo (dao estructural) de las cargas detrnsito sobre distintos tipos de estructuras.Se desarroll as, mediante un anlisisestadstico, una solucin algortmica quesirvi como criterio de diseo. La frmulaobtenida relaciona el decrecimiento delIndice de Serviciabilidad (PSI) con el trnsitosoportado, representando la ecuacinformulada el mejor ajuste a las condicionesmedias de la pista experimental, en lo que serefiere a suelos, propiedades de los materialesque integraban las distintas capas, procesoconstructivo y trnsito.

    En el ao 1963 se dio a conocer el mtodoShell; basndose en las ecuaciones de

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    Captulo I - 9

    Burmister y las tablas de A. Jones sedeterminaron los valores ms crticos de lastensiones a que se encuentra sometida unaestructura vial por la accin de las cargas,para un amplio rango de condiciones.Basndose en los nuevos adelantos tcnicosy en las investigaciones que se desarrollaronparalelamente, en el ao 1978 fue publicadoun nuevo mtodo Shell de diseo depavimentos flexibles. Se incluyen en elmismo distintas condiciones climticas,diferentes tipos de mezclas asflticasclasificadas de acuerdo a su stiffness ( S ) y asu resistencia a la fatiga (F), as comotambin el procedimiento a aplicar paracalcular la magnitud de las deformacionespermanentes de la calzada durante su vidatil. En el ao 1985 se public un addendumque complementa al Nuevo Mtodo Shell, eincluye distintos niveles de confiabilidad, enforma similar al AASHTO (1986-1993).

    Dado que los resultados obtenidos en laspistas experimentales del AASHO Road Testcorrespondan a determinados tipos demateriales y a trnsito controlado, en base anumerosos estudios experimentalesefectuados a posteriori (diversos tipos demateriales y condiciones climticas), alavance de la tecnologa que permiti unamejor caracterizacin de los materiales, almejor conocimiento existente sobre laevolucin del deterioro en funcin deltrnsito y de las condiciones climticas,surgi el nuevo mtodo AASHTO paradiseo de pavimentos (1986). Siendo sultima versin (1993) similar a la de 1986,salvo algunas modificaciones que seintrodujeron en el clculo de espesores derefuerzo de un pavimento existente (sesuprimi el factor de vida remanente FRL).

    Cabe mencionar tambin las numerosas yconceptuales publicaciones del AsphaltInstitute, que en 1991 presenta una revisinde la novena edicin de su manual de diseopublicado originalmente en 1981. En dicharevisin se incluyen las cartas de diseo parad i s t in tas condic iones c l im t i casrepresentativas del pas de origen (EE.UU.),y diversos tipos de capas inferiores: full-depth; bases de agregados no tratados(distintos espesores) y mezclas preparadascon emulsiones (diversos tipos).

    En la actualidad se dispone de sistemascompletos (programas) que permiten disearpavimentos flexibles, as como tambincalcular el espesor de refuerzo requerido encasos de rehabilitacin de pavimentos enservicio. Si bien se ha facilitadoenormemente la tarea con el uso de dichosprogramas (ALIZE, ELSYM, BISAR,BISTRO, DAMA-CHEVRON, etc.), el nivelde certeza alcanzado no supera al obtenidocon los mtodos convencionales actuales,considerando el papel preponderante quejuegan los factores de diseo (inputs) enambos casos, donde sus estimaciones enalgunos de ellos siguen siendo aleatorias(estimacin de las cargas por eje, proyeccinde tasa de crecimiento, comportamiento delos materiales en condiciones de servicio,etc). De todos modos no se puede dejar dereconocer su flexibilidad operativa, quepermite en un reducido lapso compararalternativas de diseo, analizar sensibilidadcon respecto a variaciones en los distintosp a r m e t r o s , e t c ; a d e m s d efundamentalmente calcular las tensiones ydeformaciones provocadas en cualquierestructura dada por un estado de carga y porlo tanto ubicar los valores mximos(admisibles) mediante los cuales se generaron

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    las soluciones grficas de diseo: BISTRO(Shell), ALIZE 3 (Laboratorio Central dePuentes y Caminos de Francia), ELSYM(Berkeley), etc.

    A continuacin se tratarn los mtodos dediseo del Cuerpo de Ingenieros (EE.UU.)Shell, del Asphalt Institute y AASHTO, deacuerdo a la versin de los mismos que seindica (1978, 1991 y 1993 respectivamente,para los tres ltimos).

    M T O D O D E L C U E R P O D EINGENIEROS

    C INTRODUCCIN

    Dentro de los mtodos de base emprica sedestaca el Mtodo CBR que fueexhaustivamente estudiado por el Cuerpo deIngeniero de U.S.A. durante la segundaGuerra Mundial por lo que a posteriori de lamisma fue la metodologa ms aplicada.

    Dentro de las numerosas variantes con que elmtodo CBR se aplic a nivel mundial, sibien casi todas ellas son conceptualmentesemejantes, la del Cuerpo de Ingenieros sedestaca como la ms completa y consistente.

    Dicha metodologa se aplica tanto apavimentos de carreteras, como de aeropistas.Cabe aclarar como punto inicial que para laeleccin del CBR de diseo (subrasante) serequiere segn las Normas del Cuerpo deIngenieros, que los ensayos de compactacinsean efectuados con tres energas distintas(mtodo dinmico completo) y que lasprobetas conformadas en esas condicionesvolumtricas sean ensayadas al CBR. Enbase a un intervalo de humedad adecuado

    para trabajar en obra y a las exigencias decompactacin que se asuman (% de Densidadmxima) se determina un intervalo o rangode humedades y densidades que debenexigirse en el campo. De acuerdo al grficode CBR vs densidad para distintashumedades, se estima para los rangosexigidos que CBR corresponderan,adoptndose para el diseo un valor cercanoal lmite inferior.

    C DISEO DE AEROPISTAS

    Para aeropistas y CBR de diseo,determinado en la forma indicada, menoresque 10 12%, el Cuerpo de Ingenieros(1956) propuso la siguiente expresin paracalcular el espesor de un pavimento flexible,la misma est basada en observaciones delcomportamiento de pavimentos construidosdurante ms de 20 aos, que secorrelacionaron con los CBR (Valor SoporteRelativo VRS) registrados en los mismos,siendo:

    e: espesor total del material que se debecolocar sobre el suelo cuyo VSR seincluye en la expresin (e en cm).

    F: 0,23 lg C + 0,15C: nmero de cubrimientos para el que

    se desea disear la pista (volumen detrnsito expresado en cubrimientos).

    P: carga sencilla equivalente al sistemade llantas mltiples del avin dediseo (P en kg).

    A: rea de contacto (A en cm2).VRS: Valor Soporte Relativo de la

    subrasante adoptado para diseo.

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    La expresin es vlida para VRS menoresque 10 12%; para estos valores la ecuacinrepresenta la forma y tendencia de las curvasde diseo, a las que se lleg por mtodospuramente empricos. Ya que para valoresmayores de VRS la expresin indicada norepresenta a las curvas de diseo, deberecurrirse a las mismas para cada casoparticular. Dado que los grficos o curvas dediseo para los distintos tipos de avionescubren cualquier valor del VRS incluyendo elrango cubierto por la frmula, para laprctica basta manejarse con las curvas.

    El Mtodo en cuestin no indica con quematerial ha de conformarse el espesorrequerido. La lgica indica que debeutilizarse un material de mejor calidad que elque conforma la subrasante.

    De acuerdo a los materiales disponibles, seseleccionar un material para conformar lasubbase, con el VRS de la subbase seproceder en forma anloga volviendo autilizar la curva o grfico de diseo quecorresponda, obtenindose as el espesorrequerido para la capa base, se adjunta enfigura 1 curvas de diseo para avin Boeing727. Se deduce que se trata de un mtodo encadena, que admite un amplio conjunto devariantes de diseo.

    Generalmente no se considera el espesor dela carpeta, de modo que se cuenta con unremanente que proporciona una ciertaseguridad.

    Huelga decir que este mtodo debe sermanejado por tcnicos que adems de teneruna amplia experiencia en el comportamientode las estructuras viales, posean un profundoconocimiento de los materiales y suelos.

    C DISEO DE CARRETERAS

    De acuerdo a la metodologa propuesta por elCuerpo de Ingenieros basada en el VRS yadetallado, el espesor de un pavimento adisear puede obtenerse mediante las curvasde diseo que se transcriben en la figura 2.

    Se observa que los espesores puedenobtenerse para diferentes valores de VRS ydistintas cargas por rueda de los vehculos,seleccionadas con el criterio de cargaequivalente; dichos espesores correspondena los requeridos para 106 repeticiones de lacarga seleccionada.

    A fin de tener en cuenta el tipo ycomposicin vehicular del trnsito, serecomienda aplicar el criterio desarrolladopor Mc Leod, compatibilizado con las curvasde diseo propuestas (figura 2).

    Para la aplicacin de dicho criterio se aceptaque el espesor del pavimento varalinealmente con el nmero de las repeticionesde carga, cuando ste se expresa en escalalogartmica y que con un 25% del espesorrequerido para 106 repeticiones (valoradoptado para las curvas de diseo) elpavimento falla ante el efecto de una solarepeticin de esa misma carga.

    Asumiendo como carga equivalente porrueda a utilizar en el diseo, una carga de5.000 lb (2,27 ton), el flujo de trnsitoconformado por vehculos de distintos tiposy diversos pesos, se debe convertir a nmerode ruedas de 5000 lb (2,27ton) que produzcael mismo efecto destructivo. Como primerpaso, utilizando las curvas de la figura 2 yasumiendo un VRS=8%, se pueden estimarlos espesores totales requeridos para las

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    distintas cargas por rueda.

    A fin de construir el grfico de la figura 3dichos valores (espesores totales) setranscriben como ordenadas en la abscisa,para 106 repeticiones, ya que las curvas dediseo responden a ese nmero deaplicaciones. Luego se lleva como ordenadacorrespondiente a una repeticin, la magnitudresultante del 25% del espesor requerido parasoportar 106 repeticiones(para esos espesoresel pavimento se consider que fallaba ante elefecto de la primera aplicacin). Uniendo lospuntos que correspondan a una misma carga(para 1 repeticin y para 106 repeticiones)mediante una lnea recta, se obtendr unconjunto de rectas donde cada una de ellasrepresenta la variacin del espesor requeridocon el nmero de repeticiones para la cargaque se indica (se considera como ya semanifestara que el espesor del pavimento esfuncin lineal del nmero de repeticiones,cuando ste se expresa en escala logartmica).

    A continuacin debe fijarse un punto querepresente la condicin de diseo (punto A enla figura 3). Dicho punto corresponder a 106repeticiones (en caso contrario no serviranlas curvas de diseo de la figura 2) y a unacarga de 5000 lb (2,27 ton). Por el punto Ase trazar una horizontal que cortar a lasrectas correspondiente de las distintas cargasen diferentes puntos. La abscisa de cada unode esos puntos da el nmero de repeticionesde la carga indicada, que equivale a 106repeticiones de la carga equivalente de 5000lb (2,27 ton).

    As por ejemplo, para 4000 repeticiones de lacarga de 12.000 lb (5,5ton) equivalenprcticamente las condiciones de diseo (106repeticiones; 5000 lb). Al dividir 106 por elnmero de repeticiones de cada una de lascargas de las rectas de la figura 3, queproduzcan los mismos efectos destructivosque la condicin fijada para diseo, seobtienen los denominados factores deequivalencia para las diversas cargas. Aspor ejemplo para el caso de la carga de12.000 lb, el coeficiente de equivalencia sera1.000.000/4.000 = 250.

    De acuerdo al trnsito medio diario anual, asu composicin vehicular, a la configuracinde las cargas y a la modalidad de cargaregistrada, los factores de equivalencia paracada carga se multiplicarn por el nmero deruedas de ese tipo que vayan a transitardiariamente por el pavimento en estudio.

    El resultado de tal producto deber sumarsea todos los obtenidos para las distintascargas. La suma total dar el nmero diariode repeticiones de carga de la rueda de 5000lb (2,27 ton) que equivalen segn Mc Leod altrnsito esperado sobre el pavimento, en loque a su efecto destructivo se refiere.

    El clculo realizado deber extenderse a unperodo de vida til razonable (10 aos porejemplo), teniendo en cuenta adems una tasade crecimiento estimada para ese perodo.

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    Se obtendr as un total de repeticiones de lacarga equivalente durante los 10 aos, dichovalor deber llevarse al eje de las abscisas enla figura 3 para obtener en la ordenadacorrespondiente a la recta de carga de 5000lb el espesor total que debe considerarse parael proyecto, para un VRS = 8%.

    Con el VRS de la subbase se proceder enforma similar, debindose construir ungrfico semejante al de la figura 3 pero parael VRS que corresponda al material queconformar dicha capa; teniendo en cuentaque los espesores obtenidos para las distintascargas de la figura 2 corresponden a 106repeticiones de carga.

    Dentro de las rectificaciones y ajustesrealizados al Mtodo CBR (base de laMetodologa desarrollada por el Cuerpo deIngenieros) se destacan las que acontinuacin se consignan.

    Frmula propuesta por Peltier:

    e = espesor total (en cm)W = carga por rueda (en toneladas)M = nmero promedio de camiones con

    carga superior a 1,5 ton.

    Frmula de Kerkhoven y Dormon:

    e = espesor total en pulgadasr = radio de la superficie de contacto en

    pulgadasq = presin de la llanta en psiN = nmero de repeticiones de carga

    La NATIONAL CRUSHED STONEASSOCIATION (NCSA) bas sus teoras dediseo de pavimentos flexibles en loscriterios desarrollados por el Cuerpo deIngenieros (EE.UU).

    Los parmetros de diseo considerados son:trnsito, caractersticas de la subrasante y demateriales disponibles, efecto delcongelamiento (no se tendr en cuenta) yrequerimientos de compactacin adecuados afin de minimizar las deformacionespermanentes generadas por la densificacindel trnsito.

    Las cartas de diseo de la N.C.S.A. fueronposteriormente adoptadas por el Cuerpo deIngenieros, por tal motivo se detalla acontinuacin dicha metodologa.

    C PARMETROS DE DISEO

    Trnsito: se caracteriza mediante el Indice deDiseo (ID), dicho valor se basa en lospromedios de ejes simples equivalentes a18.000 lb (EAL) por da y por trocha, quesolicitarn a la calzada durante una vida tilde 20 aos. Se recomiendan los factores deequivalencia indicados en AASHTO para suclculo; en caso de la carencia de talinformacin, se agrupan los distintos tipos devehculos censados en tres categorias:

    Grupo 1: vehculos de pasajeros, panel,pick-up.

    Grupo 2: camiones de 2 ejes cargados,vehculos ms grandes vacoso con carga liviana.

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    Grupo 3: todos los vehculos que tienenms de 3 ejes.

    En la tabla que se adjunta a continuacin, seindican los valores del Indice de Diseo (ID)acordes a las caractersticas y categoras detrnsito.

    INDICE CARACTERSTICAS GENERALES EAL DIARIOS

    DE DISEO

    DI.1 TRNSITO LIVIANO (reducido nmero de vehculos ms

    pesados que los vehculos de pasajeros, regularmente no se

    registran vehculos del Grupo 2 o del Grupo 3) # 5

    DI.2 TRNSITO LIVIANO A MEDIANO (similar al DI-1,

    mximo TMDA = 1000 vehculos, incluyendo no ms de un

    5% del Grupo 2 y regularmente no se registran vehculos del Grupo 3) 6-20

    DI.3 TRNSITO MEDIANO (mximo TMDA = 3000 vehculos,

    incluyendo no ms de un 10% del Grupo 2 y Grupo 3 y 1% de

    vehculos del Grupo 3) 21-75

    DI.4 TRNSITO MEDIANO A PESADO (mximo = 6000 vehculos,

    incluyendo no ms de un 15% del Grupo 2 y Grupo 3 y 1% de

    vehculos del Grupo 3) 76-250

    DI.5 TRNSITO PESADO (mximo: 6000 vehculos, puede incluir

    25% del Grupo 2 y Grupo 3 y 10% de vehculos del Grupo 3) 251-900

    DI.6 TRNSITO MUY PESADO (ms de 6.000 vehculos, puede

    incluir ms del 25% del Grupo 2 del Grupo 3) 901-3000

    C Subrasante: para propsito de diseose recomienda adoptar el 75 percentilde los valores de CBR resultantes delos estudios realizados, si los mismosresponden a un comportamientorelativamente uniforme. Para zonasque registren valores altamentevariables, se adopta un percentilmayor (menor CBR de diseo).

    C Requerimientos de compactacin: afin de obtener una compactacinapropiada acorde a la profundidad dela estructura y as eliminar ominimizar la densificacin bajotrnsito, una parte importante de lametodologa de diseo la constituyenlas recomendaciones referentes a lamisma.

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    PROFUNDIDAD DEBAJO DE LA RASANTE TERMINADA DONDE LOSPORCENTAJES DE COMPACTACIN DEBEN SER IGUALES O MAYORES A LOS

    VALORES QUE SE INDICAN (en pulgadas)

    % DE INDICE DE DISEO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES

    COMPACTACIN* DI.1 DI.2 DI.3 DI.4 DI.5 DI.6

    MATERIALES COHESIVOS, IP > 0

    100 5 6 7 8 9 10

    95 11 12 13 14 15 16

    BASES, SUBBASES Y SUELOS SIN COHESIN, IP = 0

    100 8 9 11 12 14 15

    95 15 17 20 22 25 28

    * El porcentaje de compactacin se refiere al AASHTO T180 (ASTM D1557) o energaequivalente. De aplicarse el AASHTO T99, los valores de los porcentajes se deben incrementaren aproximadamente 5 puntos.

    C CARTA DE DISEO

    En la figura 4 se transcribe la carta de diseobsica CBR para diseo de espesores.

    A continuacin se resumen los espesores dediseo para las capas superficiales deconcreto asfltico, recomendados en base ala intensidad del trnsito.

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    Espesores recomendados para capas superiores de concreto asflticoCategora acorde a la intensidad del trnsito Mnimo espesor requeridoDI-1 1 pulgada (Tratamiento Superficial)DI-2 2 pulgadasDI-3 2,5 pulgadasDI-4 3,0 pulgadasDI-5 3,5 pulgadasDI-6 4,0 pulgadas

    Se recomienda adems que si el espesor totalde base y subbase es menor de 10 a 12pulgadas, el agregado granular no ligado seade buena calidad y provenga de piedratriturada.

    En la figura 5 se ilustran las curvas diseobsicas del Cuerpo de Ingenieros (E.E.U.U.),en base a las que se desarroll el mtodo dela N.C.S.A. (figura 4).

    C EJEMPLO ILUSTRATIVO

    Se asume un CBR de diseo (subrasante) del6%. El trnsito para el ao de su habilitacines de 5000 vehculos por da, estandoconformado por 87% de vehculos del Grupo1, 12,5% del Grupo 2 y 0,5% del Grupo 3.De acuerdo a la tabla que se adjunta, lacategora que le corresponde es de medianoa pesado (DI-4). En base a dichosparmetros y a la carta de diseo de la figura4 el total de espesor requerido a partir de lasubrasante ser de 16 pulgadas. Para eseIndice de Diseo (DI-4) le corresponde unespesor superior de capas asflticas de 3pulgadas, por lo que el diseo del paqueteestructural sera:3" de concreto asfltico7" de base granular (agregado triturado)6" de subbase granular

    MTODO SHELL (1978)

    C CONSIDERACIONES GENERALES

    El pavimento est considerado como unsistema tricapa (figura 6); la capa inferiorrepresenta a la subrasante (infinita endireccin vertical); la capa intermediarepresenta a la base o subbase sin ligante; lacapa superior representa a las capasasflticas. La estructura tipo full-depth setrata tomando un espesor cero para la capaintermedia. Cuando dicha capa estconformada por suelo-cemento, suelo-cal,base tratada con cemento, hormign pobre,etc, se hace referencia a ellos nominndoloscomo conformados por materiales"cementados".

    Como primera etapa se estiman los espesoresde la capa asfltica y de la capa no ligada(intermedia) requeridos para satisfacer elcriterio de deformacin dado. Con esteobjetivo el flujo de cargas se expresa entrminos de una carga de rueda dual de 80kN(1 kN = 102 kg). Los materiales seconsideran elsticos dentro del mbito deaplicacin de las cargas dinmicas. Lascondiciones crticas se encuentran ubicadasen el eje de simetra del sistema, siendo:

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    a) La deformacin horizontal por traccin enla parte inferior de la capa asfltica; en casoque la misma exceda los valores admisiblesproduce la fisuracin de la carpeta por laaccin repetida de las cargas de trnsito(fatiga).b) La deformacin por compresin en lasuperficie de la subrasante; siendo excesivase producir una deformacin permanente enla subrasante que se reflejara en la superficiede rodamiento.

    Cuando se presentan altas relacionesmodulares entre las capas de mezcla asflticay de base (E1/E2) la deformacin horizontalpor traccin mxima, no se ubica en la parteinferior de la capa asfltica sino ms arriba,siendo dicho nivel funcin del espesor de lacapa asfltica y de la relacin modularindicada. Esta situacin est contemplada enlos grficos incorporados al manual de diseoy es de importancia fundamental en el estudiode refuerzos.

    En base a la pautas indicadas se construyeronlas curvas de diseo seleccionandocombinaciones de espesores de capasasflticas y capas de base no ligadas para undado mdulo de subrasante, un tipo demezcla asfltica (codificada segn sustiffness S, su resistencia a la fatiga F y tipode asfalto) una temperatura ambiente mediaanual ponderada y el nmero de ejesstandard estimado, que solicitar a la calzadadurante la vida til de diseo, para que lasdeformaciones crticas no excedan los valoresadmisibles de los distintos materiales. Unacurva de diseo en particular se construyegeneralmente mediante dos curvas asociadascon los criterios indicados, como se observaen la figura 7. Una curva est relacionadacon la tensin por compresin en la

    subrasante y la otra curva (prcticamente unarecta), con la tensin horizontal por traccinen la parte inferior de la capa asfltica;correspondiendo ambas a las tensionescrticas se limitan sus trazados hasta el puntoen que se interceptan.

    Una vez seleccionadas varias alternativas dediseo que satisfagan el criterio de tensionescrticas, se debe analizar si las capas sinligante y las capas asflticas (visco-elsticas)pueden deformarse bajo las cargas deltrnsito, fenmeno que se traducira endeformaciones permanentes de la superficiede rodamiento (ahuellamiento). En general,la deformacin total del pavimento dependerdel espesor de la capa asfltica, de la tensinpromedio en dicha capa (funcin del espesory de los mdulos de las capas que conformanal paquete estructural; se obtiene de tablas) ydel stiffness de la mezcla en condiciones decarga quasi esttica (dicho factor ser funcinde la temperatura, por lo que debersubdividirse la capa a fin de tener en cuentala incidencia de sus efectos a distintasprofundidades).

    La deformacin permanente total(deformacin de capa asfltica +deformaciones estimadas en capa de base noligada) de las distintas alternativas de diseoseleccionadas (obtenidas de los grficos dediseo de espesores) debe ser evaluada. Sifuese detectada una deformacin excesiva, sedebe reformular algunas de las mezclas, yrepetir el proceso; cuando algunos de losdiseos sean juzgados como aceptables sedeben evaluar las diferentes alternativasdesde el punto de vista econmico, a fin deadoptar la solucin tcnico-econmica queresulte ptima.

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    Captulo I - 24

    C FACTORES DE DISEO

    - Trnsito

    El trnsito est representado en funcin delnmero equivalente de ejes de una cargastandard (80kN; 8.160 kg) que solicitarn alcamino durante la vida til prevista (N8,2). Si

    bien el manual provee una metodologa por elcual este nmero puede ser calculado en baseal espectro de ejes de carga estimado, seaclara explcitamente que pueden serempleados otros mtodos. Se recomienda eldetallado en el acpite relativo a Factores dediseo. Siendo:

    -Temperatura

    Las variaciones de temperatura tienen unsignificativo efecto sobre las propiedades delasfalto, por lo que ha sido desarrollado unprocedimiento para obtener, con propsitosde diseo, una temperatura media anualponderada (w-MAAT) a partir de lospromedios mensuales de la temperaturaambiente (MMAT) de una determinadaregin.

    Los valores de MMAT pueden obtenerse deoficinas meteorolgicas.

    La w-MAAT est relacionada con latemperatura efectiva de la capa asfltica ycon su mdulo efectivo, por lo que no puedeser simplemente calculada tomando elpromedio aritmtico de las temperaturaspromedios mensuales.

    La w-MAAT se obtiene a partir de losvalores de MMAT, utilizando la curva detemperaturas ponderadas indicadas en elgrfico de la figura 8.

    Para cada valor del MMAT se obtiene de la

    curva un factor ponderado, del promedioaritmtico de estos factores, se obtiene de lamisma curva el MAAT efectivo o w-MAAT.

    Entrando a dicho grfico con los promediosmensuales de la temperatura ambiente(MMAT), se determinan para los distintosmeses su correspondiente factor deponderacin.

    Con la sumatoria de dichos factores divididoel nmero de meses (EMMAT / 12) se entraen el mismo grfico (figura 8) en ordenadas,con una horizontal se intercepta la curva ypor dicho punto se baja una verticalobteniendose en abscisas la temperaturamedia anual ponderada (W - MAAT).

    En el ejemplo ilustrativo que a posteriori seadjunta se sigui dicho procedimiento.

    Cabe aclarar que para las estimaciones dedeformaciones permanentes, las temperaturasse ponderan en forma diferente.

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    -Subrasante

    El nuevo mtodo Shell incorpora como factorde diseo el mdulo de la subrasante (E3) .Dicho mdulo debe ser determinadopreferentemente "in situ" mediantemediciones de deflexiones dinmicas o depropagaciones de ondas, con cargas que seanrepresentativas de las que realmentesoportar la calzada; alternativamente puedenemplearse mtodos de laboratorio tales comoensayos dinmicos triaxiales.

    En aquellos casos en que los mtodoscitados no sean de posible aplicacin, serecomienda utilizar la siguiente relacinemprica entre el valor CBR y el mdulodinmica de la subrasante ( E3):

    E3(N/m2) = 10 7 CBR

    La relacin E3= 107 CBR (N/m2) es aplicablepara suelos cuyo CBR # 10% (embebido).

    En el caso de lutitas conformando lasubrasante, las mismas tienen un elevado IPy una elevada expansin en presencia deagua, por lo que se recomienda su remocinsi se registran en forma localizada yespordica; en el caso de que conformen todael rea en que se desarrolla la traza, serecomienda que en laboratorio se investiguesu comportamiento (LL, IP, CBR %,hinchamiento, etc.) si se adiciona cal endistintos porcentajes (2%, 3%, 4%). Conrespecto a las tobas, se tratarn comocualquier otro tipo de suelo y de acuerdo asus caractersticas mecnicas se decidir si esaplicable o no la frmula indicada.

    El ensayo de CBR se debe realizar sobremuestras preparadas con la densidad y

    hmeda adecuadas a las condiciones deservicio. Como una primera aproximacin sepueden emplear las relaciones empricasindicadas en la figura 9 (GRFICO E).

    En el caso de temperaturas rigurosas debentomarse las precauciones adecuadas paraprevenir la penetracin de las heladas,obvindose su tratamiento por el clima clidopredominante en el pas.

    En las consideraciones generales sobrefactores de diseo, se indica como procederpara evaluar las caractersticas de lasubrasante.

    -Materiales no ligados

    El mdulo elstico efectivo de las capas debase y subbase no ligadas depende de susespesores y del mdulo de la subrasante.Cualquier capa no ligada debe ser capaz dedesarrollar una resistencia adecuada, por loque el mdulo mnimo requerido a diferentesniveles en las capas no ligadas (base ysubbase) est indicado en los grficos dediseo correspondientes. El mdulo delmaterial no ligado se estima utilizando elgrfico E de la figura 9.

    -Materiales Bituminosos

    A los efectos del diseo estructural laspropiedades ms significativas de las mezclasasflticas son dos: el stiffness de la mezclapara perodos breves de carga (S) y suresistencia a la fatiga (F) cuyos conceptos seamplan en el ANEXO de Diseo dePavimentos Flexibles.

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    Los grficos para diseo de espesores hansido preparados para mezclas concaractersticas tpicas de stiffness (S1 y S2),y de resistencia a la fatiga (F1 y F2),utilizando cementos asflticos cuyapenetracin sea 50 y 100 aproximadamente.Del resultado de distintas combinacionessurgen 8 cdigos de mezclas (S1-F1-100; S1-F2-100; etc) que representan las mscomnmente empleadas en la construccin depavimentos.

    C STIFFNESS DE LAS MEZCLAS

    Solamente el rango superior de valores delstiffness de las mezclas (Sm de 108, a 5 1010N/m2 o de 103 a 5 105 kg/cm2) sonaplicables tanto al diseo estructural como aldiseo de espesores basados en los criteriosde deformaciones en el Mtodo Shell.

    Los grficos de diseo de espesores han sidopreparados para dos curvas de stiffnesscaractersticos, siendo designadas S1 y S2 yaque las mismas no estn directamenteasociadas con alguna mezcla en particular.En la figura 10 (Grfico M-1 del Manual) seindica la representacin grfica de Sm=f(Sb),para el rango superior indicado. Para mayorpracticidad esta relacin ha sido convertidaen stiffness de mezcla vs temperatura demezcla (figura 11; grfico M-2 del Manual)para un tiempo de carga de 0,02 segundos(corresponde a una velocidad de 50 a 60km/h) y dos asfaltos tpicos cuyascaractersticas se indican en la misma figura,correspondiendo las mismas al asfaltooriginal pero teniendo en cuenta el normalendurecimiento que ocurre durante elmezclado.

    En aquellos casos en que los asfaltos seanclasificados por su viscosidad, el proyectistadeber referirse al que corresponda, ya quenormalmente se incluye la penetracin quecorresponde a cada grado.

    Si el asfalto tendr o no un posteriorendurecimiento durante su comportamientoen servicio depender de la porosidad de lamezcla. En las mezclas densas,impermeables, el endurecimiento esdespreciable; en las mezclas abiertas (alto %de vacos) el diseo deber ser controladopor el efecto de un mayor grado deendurecimiento del asfalto.

    De acuerdo a los tipos de mezclas disponiblesel proyectista deber decidir que cdigo demezcla (S1 o S2) y que tipo o grado de asfaltoson representativos de las propiedades "insitu" de la mezcla a considerar, siendo: S1: Tipo de mezcla densa, con un trmino

    medio de contenido de agregados,asfalto y vacos (expresados envolumen)

    S2: Tipo de mezcla de granulometraabierta, con alto contenido de vacosy bajo contenido de bitumen otambin mezclas densas conrelativamente bajo contenido deagregados y alto contenido de asfalto.

    C RESISTENCIA A LA FATIGA DELA MEZCLA

    Mediante mediciones realizadas enlaboratorio sobre diferentes mezclasasflticas, se seleccionaron dos conjuntos decurvas de fatiga caractersticas (F1 y F2) conpropsito de diseo.

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    Captulo I - 29

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    Captulo I - 30

  • Manual de Carreteras - Tomo 4 Diciembre, 1996

    Captulo I - 31

    Para ilustrar el comportamiento de lasdistintas mezclas, se graficaron lasrelaciones entre las deformaciones, elstiffness de la mezcla y la resistencia a lafatiga expresada como nmero deaplicaciones de tensiones (figura 12, grficoM-3 y figura 13, grfico M-4) para capasasflticas tipo F1 y F2 respectivamente. En lafigura 14 se muestra para diferente nmerode aplicaciones de tensiones (106 y 108), enun mismo grfico, las curvas F1 y F2; comoen el caso de stiffness estas curvas no estnasociadas directamente con ninguna mezclaasfltica en particular.

    Como gua puede adoptarse que: F1 = mezclas con un moderado contenido deasfalto y vacos.F2 = mezclas con un contenido de vacosrelativamente alto.

    Para cada mezcla probable disponible para unproyecto debe ser seleccionada una de lascurvas caractersticas F1 o F2.

    Resumen del procedimiento a seguir paradiseo:1-. TrnsitoClculo del nmero (N 8,2) de cargas de ejesstandard de 80 kN que solicitarn a la calzadadurante el perodo de diseo previsto.2-. TemperaturaTabular las temperaturas ambiente mediasmensuales del lugar (MMAT), obtener losfactores de conversin del grfico que seadjunta (figura 8) y determinar w-MAAT.3-. SubrasanteDeterminar el mdulo dinmico efectivo "insitu" (E3) o estimar dicho mdulo empleandoel grfico E (figura 9).4-. Materiales no ligadosEstimar el mdulo efectivo (E2) mediante el

    grfico E (figura 9) de acuerdo a laspropiedades de los materiales disponibles.5-. Materiales bituminososEstimar las propiedades de las mezclasdisponibles y seleccionar la curvarepresentativa de su stiffness (grficos M-1 oM-2) (figura 10 y 11), de la resistencia a lafatiga (grfico M-3 o M-4) (figura 12 y 13),y el tipo de asfalto a emplearse (penetracin50 o 100). Seleccionar as el cdigo demezcla correspondiente (S1-F1-50 porejemplo).

    Alternativamente mediante medicionesdirectas o en base al stiffness del bitumen(para un tiempo de carga de 0,02 segundos ytemperaturas entre 0o y 60o C) se podrdeterminar el stiffness de la mezcla deacuerdo a su composicin volumtrica, valorque se podr comparar con el obtenido en losgrficos M-1 o M-2 (figura 10 y 11).

    C CURVAS DE DISEO

    Los grficos estructurales o de espesores hansido construdos en forma tal que sesatisfagan los criterios de deformacionesadmisibles. Los parmetros a considerar son:

    - Tipo de mezcla asfltica representada por sucdigo de mezcla (S1-F1-50 por ejemplo),siendo ocho el total de cdigos.

    - Clima representado por w-MAAT (4;12; 20y 28oC).

    - Vida de servicio representada por el nmerode ejes equivalentes de 80kN (N8,2) quesolicitarn a la calzada durante el perodo dediseo, siendo los valores considerados desde104 a 108.

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    Captulo I - 32

    - Mdulo de la subrasante E3(2,5 x 107; 5,0 x107 ; 108 y 2 x 108 N/m2).

    Todos los grficos estn basados en unnmero de parmetros fijos y solamente unparmetro variable. Se indica a continuacinla conformacin de cada serie de grficos:

    Serie HN (1-128): constituyen los grficosprincipales de diseo; en ellos se representael espesor total de capas asflticas (h1) comouna funcin del espesor total de capas noligadas (h2), para un cdigo de mezclas (S1o 2-F1 o 2-50 o 100) un mdulo de subrasante(E3) y un w-MAAT definido, siendo N8,2 lavariable para esta serie. (figura 15 - ChartHN 45).

    Serie HT (1-72): estos grficos son similaresa los HN, pero el parmetro variable es w-MAAT (figura 16 - chart HT 7)

    Serie TN (1-48): A fin de facilitar lainterpolacin entre el nmero N8,2 y losvalores de w-MAAT, se suministra esta seriede grficos, en los cuales se representa elespesor total de las capas asflticas (h1) enfuncin de w-MAAT, tomando a N8,2 comoparmetro variable (figura 17, Chart TN 34).

    Serie EN (1-48): En esta serie el espesor totalde mezcla asfltica se grafic en funcin delmdulo de la subrasante, siendo N8,2 elparmetro variable (figura 18, Chart EN 44).

    En aquellos casos en que los valoresasignados a los parmetros de diseo difierande los representados se trazarn las curvas deinterpolacin requeridas.

    En lo que concierne a las capas de base ysubbase no ligadas, en los grficos de las

    series HN y HT se indica el mdulo dinmicomnimo que debern tener, por medio delneas punteadas casi verticales. Las mismasdan la subdivisin de la capa base no ligadade acuerdo a los valores mnimos de losmdulos (en 108 N/m2).

    En muchos casos es conveniente laconstruccin de un diseo tipo full-depth,siendo este tipo de diseo menos sensible alas variaciones del mdulo de la subrasante,ms adecuado para construcciones por etapasy adems se elimina el problema de laestimacin de la deformacin permanente delas capas de base sin ligante. La serie CT (1-4) est conformada por grficos quecorresponden a aquellos casos donde elespesor de la capa asfltica est slogobernado por el criterio de la deformacinde la subrasante. En la figura 19 (CT 1) semuestra uno de los grficos de la serie paradiseo de full-depth, en ella se observa quelos dos parmetros de diseo, nmero de ejesstandards de 80 kN (N8,2) y el mdulo de lasubrasante (E3) se han combinado mediantela relacin:

    Este valor puede obtenerse por clculo omediante el grfico de la figura 20 (GrficoP).

    La aproximacin que dan los cuatro grficosque integran la serie para diseo de full-depthse considera suficiente (aproximadamente 10mm).

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    Captulo I - 37

    C DEFORMACIN PERMANENTE

    Las distintas alternativas de diseo obtenidaspor el procedimiento indicado satisfacen loscriterios de deformaciones crticas. Teniendolas capas asflticas un comportamientoparcialmente viscoso podrn sufrirdeformaciones permanentes, la mayor parteen forma de ahuellamiento.

    Debe destacarse que la deformacinpermanente en cualquiera de las capas debase y subbase no ligadas puede contribuirconsiderablemente en la deformacin final dela superficie de rodamiento, por lo que debeanalizarse una estimacin de esa deformaciny sumarla a la de las capas asflticas.

    A los efectos de determinar la deformacinpermanente se deben cumplir los siguientespasos:

    1-. Subdivisin de la capa asfltica parala evaluacin de diferentestemperaturas en base a la profundidady al tipo de mezcla.

    2-. Clculo de la viscosidad efectiva delasfalto en cada una de las subcapasasflticas.

    3-. Determinacin de las caractersticasde deformacin de las mezclasalternativas.

    4-. Conversin de los datos de trnsito(se emplea otro mtodo deponderacin).

    5-. Determinacin del stiffness de lamezcla.

    6-. Determinacin de los factores dedistribucin de tensiones para obtenerla tensin promedio.

    7-. Determinacin de la deformacinpermanente estimada en la capa

    asfltica.8-. Estimacin de la deformacin

    permanente total.

    1-. Subdivisin de la capa asfltica

    Considerando que las capas superiores estnsujetas a los mayores cambios de temperaturay son construdas con tipos de mezcladiferentes a los empleados en las capasinferiores, que generalmente se conformancon el mismo tipo de mezcla, la subdivisinen subcapas responde a: h 1-1 = 40 mm; h 1-2 =40 mm; h1-3 $ 80 mm; siendo h1-1 la capasuperficial. Cabe aclarar que los diseos quepresenten el mismo espesor de capa asfltica,pero fueron proyectados con capasconformadas con distintos tipos de mezclason considerados como diseos alternativosdiferentes.

    El Manual incluye planillas adecuadas paratranscribir los espesores y cdigos de mezclade las subcapas de las diferentes alternativasde diseo (PLANILLA D - figura 21).

    Para los cdigos de mezcla slo se indican elstiffness (S1 o S2) y la penetracin (50 o 100)ya que la resistencia a la fatiga (F) puede notenerse en cuenta para la determinacin de ladeformacin permanente (S1-50; S2-100; etc).

    2-. Viscosidad efectiva

    Se determinar la temperatura y viscosidadefectiva de cada subcapa de asfalto. Dichasvariables dependen de la temperaturaambiente (MMAT) y del tipo de asfalto, perono del tipo de mezcla por lo que slo esnecesario considerar las caractersticas delbitumen (penetracin 50 o 100; I.P. = 0) conque se realizaron las mezclas. El manual

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    Captulo I - 38

    incluye planillas especialmente preparadaspara transcribir la informacin y los clculospara la capa superior (h1-1; PLANILLA E) ylas restantes (h1-2 y h1-3; PLANILLA F).Como as tambin la Tabla de Datos C dondese incluyen temperaturas ambiente efectivas(MAATeff) y las correspondientesviscosidades efectivas para la subcapa 1-1(VISCyeff1-1) para asfaltos de penetracin 50y 100, para 20 lugares de diversas

    caractersticas climticas (figura 22, 23 y 24respectivamente)

    2-a) Viscosidad efectiva del asfalto en lasubcapa 1-1.

    Si el clima de la zona considerada es similaral de alguna de las localidades indicadas(Tabla C), la viscosidad efectiva para lasubcapa 1-1, as como la temperatura mediaanual efectiva, se extraen de dicha tabla.

    PLANILLA DSubdivisin de las capas asflticas

    (1) Diseos alternativos 1 2 3 4 5 6

    (2) Descripcin de la mezcla (3) Cd. mezcla (4) Espesor total capa asfltica h1, mmMezcla asfltica densa para base S1-F1-50 260 150Mezcla asfltica densa para base S1-F1-100 330 170Arena - asfalto pobre S1-F2-50 270 200

    (5) Descripcin de la mezcla (6) Cd. mezcla (7) Espesor sub-capa asfltica h1-1, mmConcreto asfltico denso S1-F1-50 40 40 40 40Concreto asfltico denso S1-F1-100 40 40

    (8) Descripcin de la mezcla (9) Cd. mezcla (10) Espesor sub-capa asfltica h1-2, mmMezcla asfltica densa para base S1-F1-50 40 40Mezcla asfltica densa para base S1-F1-100 40 40Arena - asfalto pobre S1-F2-50 40 40

    (11) Descripcin de la mezcla (12) Cd. mezcla (13) Espesor sub-capa asfltica h1-3, mmMezcla asfltica densa para base S1-F1-50 180 70Mezcla asfltica densa para base S1-F1-100 250 90Arena - asfalto pobre S1-F2-50 190 120

    (14) Espesor total capa de base no ligada h2, mm 0 400 0 400 0 400

    Pasos nmeros (7) y (10) h1-1 es siempre 40 mm; h1-2 es tambin 40 mm excepto cuando h1 es menor que 50 mm. En estecaso los parmetros para la sub-capa 1-2 se obtienen suponiendo un espesor de 40 mm, pero en la estimacin final de ladeformacin permanente debe emplearse el espesor real (ver paso (7) en la planilla J).Cuando en una sub-capa se encuentran diferentes tipos de mezcla, deber emplearse el promedio de las propiedades de losmateriales. Figura 21

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    Captulo I - 39

    PLANILLA EDeterminacin de la viscosidad efectiva del asfalto para la sub-capa asfltica 1-1

    Espesor h1-1 = 40 mm

    (1) Cdigo de la mezcla S1-F1-50 (2) T800 pen' oC: 59 (3) IP: 0

    (4) Mes (5) MMAT,oC

    (6) Grfico V-1: VISCmeff 1-1,Ns/m2

    (7) 1/VISCmeff 1-1, m2/Ns

    Enero 8 110000000 0Febrero 8 110000000 0Marzo 12 24000000 0Abril 16 4200000 0Mayo 19 1200000 0Junio 22 350000 0.000003Julio 26 60000 0.000017

    Agosto 28 22000 0.000045Septiembre 22 350000 0.000003

    Octubre 19 1200000 0Noviembre 12 24000000 0Diciembre 6 250000000 0

    (8) Sumatoria {1/VISCmeff 1-1}m2/Ns 0.00007(9) VISCyeff 1-1, Ns/m2 200000(10) Grfico V-1: MAAT eff oC 23(11) Grfico T: T yeff 1-1 oC 35.5

    VISCyeff 1-1 para grados alternativos de asfalto

    (12) Cdigo de lamezcla

    (13) T800 pen', oC

    (14) Ip (15) Tyeff 1-1 - T800 pen oC

    (16) Grfico V-2: Viscyeff 1-1, Ns/m2

    S1-F1-100 53 0 -17.5 70000S1-F1-70 56 0 -20.5 100000

    Pasos nmeros (4) - (9) para asfaltos con penetracin 50 o 100 y PI=0 La VISC yeff 1-1 puede obtenerse directamente de la tabla C si el clima es adecuadoPaso numero (9) VISC yeff 1-1 = 12 / (Sumatoria {1/VISC meff 1-1 }), Ns/m2Pasos nmeros (13)-(16) para asfaltos con penetracin 50 o 100 y PI = 0La VISC yeff 1-1 puede obtenerse directamente del Grfico V-1 entrando con MAAT eff

    Figura 22

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    Captulo I - 40

    PLANILLA FDeterminacin de las viscosidades efectivas del asfalto para las sub-capas asflticas 1-2 y

    1-3Sub-capa 1-2: espesor h1-2 = 40 mm

    (1) Cdigo de la mezcla S1-F1-50 S1-F1-100(2) T800pen, oC; Ip 59 0 53 0(3) Planilla E: MAATeff, oC 23(4) Grfico T: Tyeff 1-2, oC 32.5(5) Tyeff 1-2 -T800pen, oC -26.5 -20.5(6) Grfico V-2: VISCyeff 1-2,Ns/m2

    500000 100000

    Sub-capa 1-3: espesor h1-3 = variable(para diferentes cdigos de mezcla usar bloques separados)

    Diseos alternativos 1 2 3 4 5 6

    (7) Cdigo de mezcla S1-F1-50 T800pen, oC; Ip 59 0(9) Planilla D: h1-3, mm 180 70(10) Grfico T: Tyeff 1-3, oC 29.5 30.5(11) Tyeff 1-3 - T800pen, oC -29.5 -28.5(12) Grfico V-2: VISC yeff 1-3Ns/m2

    1000000 800000

    (13) Cdigo de mezcla S1-F1-100 (14) T800 pen, oC; Ip 53 0(15) Planilla D: h1-3, mm 250 90(16) Grfico T:Tyeff 1-3, oC 29 30(17) Tyeff 1-3 - T800 pen, oC -24 -23(18) Grfico V-2: VISCyeff 1-3,Ns/m2

    300000 200000

    (19) Cdigo de la mezcla S1-F2-50 (20) T800 pen, oC; Ip 59 0(21) Planilla D: h1-3, mm 190 120(22) Grfico T: Tyeff 1-3, oC 29 30(23) Tyeff 1-3 - T800 pen, oC -30 -29(24) Grfico V-2: VISC yeff 1-3,Ns/m2

    1000000 9000000

    Figura 23

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    Captulo I - 41

    TABLA DE DATOS CTemperatura ambiente efectiva (MAATeff) y viscosidad efectiva del asfalto (VISCyeff 1-1)

    para la sub-capa asfltica 1-1 para 20 localidades

    Localidad MAATeff, oC VISC yeff 1-1, Ns/m2Cemento Asfltico (50 pen) Cemento Asfltico (100 pen)

    Anchorage 10 60000000 10000000Bahrain 30 10000 4000Bangkok 28 20000 8000Beirut 24 150000 50000Chicago 19 1500000 400000Frankfurt 15 7000000 1500000Houston 25 90000 30000Kuala Lumpur 28 20000 8000Lagos 27 40000 15000London 14 10000000 2000000Madrid 19 1500000 400000Marseille 20 8000000 200000Melbourne 16 5000000 1000000Nairobi 18 2000000 500000New Delhi 30 10000 4000New York 19 1500000 400000Paris 17 3000000 700000Rome 21 500000 150000Stockholm 14 10000000 2000000Tokyo 22 400000 100000

    Figura 24

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    Captulo I - 42

    Si dicha tabla no incluye ciudades con climassimilares a los de la zona considerada, sesigue el siguiente procedimiento:

    Se transcriben en la planilla E los valoresMMAT correspondiente al lugar. Del grficoV-1 (figura 25) se obtiene la viscosidad paracada MMAT (VISCmeff1-1) para el tipo deasfalto que corresponda (50 o 100),transcribindose en la misma planilla (E) losvalores de viscosidad obtenidos y sus valoresrecprocos. La viscosidad efectiva para el ao(VISCyeff1-1) se obtiene mediante la sumatoriade los valores recprocos de VISCmeff1-1,dividiendo a 12 por dicha sumatoria.Mediante el grfico V-1 (figura 25) entrandocon la VISCyeff1-1 se obtiene el valor MAATeff-Del grfico de la figura 26 (grfico T) seobtiene la temperatura efectiva (Tyeff) en basea MAATeff para la subcapa 1-1 (h1-1 = 40mm).

    El procedimiento para asfaltos con distintosvalores de penetracin o I.P., resulta mscomplejo. Una vez obtenida la temperaturaefectiva para un ao de la subcapa 1-1 (Tyef1-1), se registran el Indice de Penetracin (IP) yla temperatura a la cual la penetracin es 800(0,1 mm), T800pen. Esta temperatura (T 800pen)se resta de la Tyeff1-1 y con este resultado y elIP que corresponda se obtiene mediante elgrfico de la figura 27 (grfico V-2) laVISCyeff1-1.

    2-b) Viscosidad efectiva del asfalto en lasubcapa 1-2.

    Se registran los valores T800pen e IP en laplanilla F (figura 23), correspondientes a losdistintos tipos de bitumen.

    De acuerdo al MAATeff calculado

    anteriormente (figura 25 y Planilla E)mediante el grfico T (figura 26) se obtienela Tyeff1-2 para la subcapa 1-2 (h1-2 = 40 mm).Se determina para el asfalto empleado ladiferencia Tyeff1-2 - T800pen y entrando con estevalor en grfico V-2 (figura 27), de acuerdoal valor del I.P. se obtiene la VISCyeff1-2.

    En forma similar se obtiene la viscosidadefectiva para la sub capa restante, habindoseconsiderado espesores de h1-3 = 50, 100, 200,350 y 520 mm.

    3-Caractersticas de la mezcla.

    Para poder evaluar la resistencia a ladeformacin permanente de la mezcla sernecesario determinar el stiffness de la mezcla(S mix) para valores del stiffness del asfalto(S bit) del orden de 10-2 a 103 N/m2. En lafigura 28 (Grfico C) se muestran cuatrocurvas tpicas para el rango del stiffness delasfalto (Sb) indicado, que corresponde a unsector del grfico de la figura 29 que abarcastiffness desde 10-2 a 108 N/m2 (Sb). Cabeobservar que las lneas simples ubicadas en laparte de la derecha de la figura (S mix = f(Sb, Vb,Vg)) se subdividen en lneascompuestas a medida que el Sbit disminuye,indicando que el Smix depende ya de otrasvariables adems de los parmetrosindicados, estando dichas variablesrelacionadas con las caractersticas de losagregados. En el lado izquierdo del grficode la figura 29 se observa que cuando la mezcla tiende a un comportamiento viscoso,situacin que favorece a las deformacionespermanentes, la relacin entre sucomposicin y sus propiedades es mucho mscompleja.

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    Captulo I - 43

    FIG

    UR

    A 2

    5: V

    ISC

    OSI

    DA

    D E

    FEC

    TIV

    A V

    S M

    MA

    T O

    MA

    AT

    eff (

    Gr

    fico

    V-1

    )PA

    RA

    OB

    TEN

    ER V

    ISC

    mef

    f 1-1

    A P

    AR

    TIR

    DE

    MM

    AT;

    MA

    ATe

    ff A

    PA

    RTI

    R D

    E V

    ISC

    yeff

    1-1

    ;V

    ISC

    yeff

    1-1

    A P

    AR

    TIR

    DE

    MA

    ATe

    ff

    1.00

    E+03

    1.00

    E+04

    1.00

    E+05

    1.00

    E+06

    1.00

    E+07

    1.00

    E+08

    1.00

    E+09

    1.00

    E+10

    05

    1015

    2025

    3035

    CO

    NSI

    STEN

    CIA

    DEL

    ASF

    ALTO

    pen

    100

    CO

    NSI

    STEN

    CIA

    DEL

    ASF

    ALTO

    pen

    50

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    Captulo I - 44

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    Captulo I - 45

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    Captulo I - 48

    El stiffness de la mezcla (Sm) en este casodepende de varios factores adicionales, talescomo el tipo y forma del agregado,granulometra, textura, interlocking, nivel decompactacin, etc. Se hace notar quemediante el ensayo Marshall de una mezclase obtiene slo un punto de una de las lneascompuestas, por lo que si bien es una guatil para valorar la calidad de la mezcla, norefleja su real comportamiento en servicio.

    El nivel y pendiente de las curvas del grficode la figura 28 (grfico C) gobiernan laresistencia de la mezcla a la deformacinpermanente, (Sb < 107 N/m2) aceptndose laextrapolacin para determinar la pendiente dela curva como la tangente a la misma (q=y/x).

    Para que el procedimiento de clculo searepresentativo del comportamiento de lamezcla en el pavimento, se requiere medir ladeformacin de una probeta de mezclaasfltica por medio de un ensayo decompresin inconfinada a carga constante(ensayo "creep"), bajo determinadascondiciones de tensin y temperaturas,recomendndose:

    Tensin aplicada F = 1 105 N/m2Temperatura T = 40oC

    Considerando que la experiencia indica quepara una misma composicin de mezcla elensayo "creep" difiere si se emplean probetaspreparadas en laboratorio o tomadasdirectamente del camino se recomienda elsiguiente procedimiento:

    C De acuerdo a la informacin existente sobrecomposicin de mezclas y curvas "creep"obtenidas de ensayos realizados sobremuestras de pavimento, se selecciona una

    curva "creep" que se considere, en base a laexperiencia representativa de la mezcla enestudio.

    C Se dibuja la curva seleccionada en elgrfico de la figura 28 (Grfico C).

    C En base a la curva "creep" seleccionada, seestima la profundidad de ahuellamiento(estimacin inicial). Se conocer as si eldiseo es aceptable, crtico o inaceptabledesde el punto de vista de la deformacinpermanente. En los dos ltimos casos seconsiderar un diseo alternativo(equivalente desde el punto de vistaestructural) mejorando las propiedades de lamezcla, esto puede ser posible utilizando msfiller, menos asfalto, cambiando el tipo dearena, etc. La optimizacin de la mezclapuede basarse en los ensayos "creep"normalizados efectuados sobre mezclaspreparadas en laboratorio, apoyndose en lasuposicin que el grado de mejora obtenidoen laboratorio ser el mismo que el obtenidoen obra.

    A continuacin se hacen algunasconsideraciones sobre el ensayo "creep".

    El stiffness del asfalto (Sb) es una funcin dela temperatura (T), del tiempo de carga (t) yde las propiedades del asfalto (I.P y T800pen).

    El mdulo o stiffness de la mezcla (Sm) sedefine como:

    SiendoF = tensin aplicadag mix = deformacin especfica ()h/h)

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    Captulo I - 49

    )h = cambio de altura de la probeta h = altura original de la probeta

    La deformacin permanente de las mezclasasflticas depender de variables externas(estado de solicitaciones y temperaturas), yde otras inherentes a la mezcla en s, siendola principal variable intrnseca de la mezclasu composicin. En los ensayos delaboratorio se trata de evaluar las propiedadesde la mezcla excluyendo las variablesexternas, siendo el parmetro adecuado paradefinir las caractersticas de la deformacinpermanente el mdulo de la mezcla (Sm), elcual puede expresarse como una funcin delmdulo del bitumen (Sb).

    Para el ensayo "creep" si bien las tensiones ytemperaturas pueden elegirse arbitrariamente,el Manual recomienda las ya indicadas (F =1 105 N/m2 y T = 40oC). El tiempo decarga recomendable para el caso de quereroptimizar la composicin de la mezcla es de1 hora. La finalidad de los ensayos a realizares comparar las diferencias relativascuantitativamente, indicando la experienciaque despus de 1h de ensayo se puededeterminar con suficiente aproximacin larelacin lg S mix/lg Sb.

    D e b e n c o m p a r a r s e l a s c u r v a scorrespondientes a cada tipo de mezcla yseleccionar la combinacin ptima (nivelelevado con pendiente mnima).

    En la figura 30, se muestra un ensayo de"creep" de dos mezclas con distintos tipos deasfalto. En la figura 31 se han trazado curvastpicas de "creep" para diferentes tipos demezclas cuyas caractersticas se indican en lafigura.

    4- Trnsito

    El nmero total de ejes de vehculos pesados(camiones) por trocha y por da (Wd) debeconvertirse a un nmero equivalente deruedas normalizadas simples (W) con unapresin de contacto de 6 105 N/m2 quecircularn por la huella dejada por las ruedasdurante los B aos de vida de diseo. Elefecto del tipo de mezcla se expresa por unfactor ponderado A, que se obtiene medianteel grfico de la figura 32 (grfico A), a partirdel valor de la pendiente q (figura 28, GrficoC). Resultando as el nmero total depasadas de ruedas simples normalizadas:

    I = tasa de crecimiento anualn = aos de vida de diseo (B)

    Siendo el factor 1,4 empleado como un valorpromedio para el nmero de pasadas deruedas individuales (nmero total de ruedasque pasan por la huella).

    5- Stiffness de la mezcla

    Se debe determinar el stiffness efectivo decada subcapa asfltica. El Manual incluyeuna planilla (H) donde se deben transcribirlos valores de la viscosidad efectiva(VISCyeff) de cada subcapa, calculadas en lasplanillas E (subcapa 1-1) y F (subcapas 1-2 y1-3) y los valores de W calculados paratrnsito (figuras 22 y 23).

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    Captulo I - 52

    Se calculan los valores de la componenteviscosa del stiffness del asfalto (Sb visc.) y setranscriben a la misma planilla, siendo:

    Con estos valores se entra en el grfico C(figura 28) obtenindose los valores de Sm1-ique se registran tambin en la planilla H(figura 33). Los valores obtenidos (Sm1-i)son empleados directamente en la estimacinde la deformacin permanente. Dado que ladistribucin de tensiones dentro de las capasse refiere a su comportamiento elstico esnecesario conocer los valores de E1-i (Smix)en la zona en que se cumple dichocomportamiento. Con tal objetivo seregistran tambin en la planilla H los valoresde la temperatura efectiva (Tyeff1-i) que sehabrn determinado mediante el grfico T(figura 26). Estos valores son los empleadospara entrar en el grfico M-2 (figura 11) yobtener los mdulos elsticos E1-i acorde alcdigo de mezcla que corresponda (S1-100;S1-50, etc.).

    6- Tensiones promedio

    Los valores promedio de las tensiones encada subcapa asfltica dependen de seisvariables, siendo: E3 (mdulo de subrasante);h2 (espesor de capa no ligada); h1-3, (espesorde subcapa asfltica inferior) E1-3, E1-2 y E1-1(mdulos elsticos de las subcapasasflticas). Estos valores ya han sidodefinidos (Planillas D y H) y se transcriben ala Planilla J (figura 34). En el caso quealguna de las alternativas de diseo incluyauna base cementada se debe tambin registrarE2.

    La tensin promedio en cada una de las

    subcapas es el producto de la presin decontacto de la rueda normalizada para diseo(6105N/m2). y un factor de proporcionalidadZ.

    Los valores apropiados de Zi se obtienen delas Tablas de Datos Z (1-96), figura 35(Tabla Z-34), entrando en ellas con las seisvariables registradas en la Planilla J (figura34). El orden de entrada de dichas variablesdebe ser el siguiente: con E3, h2 y h1-3 seselecciona la tabla correcta. En la Tablaadoptada se ubica la co lumnacorrespondiente al E1-3, para esa columna sebusca el bloque correcto con E1-2 y finalmentecon E1-1 se llega a la linea apropiada (Z1; Z2;Z3).

    Cuando algunos de los valores de los seisparmetros de entrada no sean exactamenteiguales a los tabulados, se adoptar el valorms prximo. Los valores de Zi obtenidos setranscriben a la planilla J (figura 34). Si elespesor total de la capa asfltica esmarcadamente menor que 80mm (50 o 60mm), para estimar Z1 en la Tabla de Datos Z,se debe tomar para E1-2 el va