Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 1
Capítulo VI:
Diseño de
Pavimentos
FlexiblesIng. Johny Bendezu Acero
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 2
6.1
Consideraciones
Generales
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 3
Parámetros de Diseño
Tráfico
Materiales
Condiciones Ambientales
Mantenimiento
Calidad de construcción
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 4
6.2
Método AASHTO
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 5
Método de Diseño AASHTO
El método recomendado por la Asociación Americana de Oficiales de Carreteras y Transportes (AASHTO) se basa en los resultados de la pista de prueba ensayada a finales de 1950.
La primera guía de diseño interina se publica en 1961, revisada en 1972 y 1981. En 1986 se publica la guía revisada y ampliada.
En 1993 se publica una nueva versión con pequeñas modificaciones de la guía de diseño.
El método se base en ecuaciones empíricas de desempeño del pavimento a partir de la pista de pruebas y adaptadas para climas distintos al que originalmente fue ensayada.
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 6
Procedimiento de Diseño
Calcular el tráfico para el Periodo de diseño (W18)
Determinar la confiabilidad R y la desviación estándar total So
Establecer el módulo de resilencia efectivo de la subrasante Mr
Determinar la pérdida de serviciabilidad de diseño
Obtener el número estructural SN (ábaco o fórmula)
Establecer los espesores que satisfagan SN
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 7
Fórmula de diseño AASHTO
07.8log32.2
1
109440.0
5.12.4log
20.01log36.9log
19.5
18
RoR M
SN
PSI
SNSZW
Donde:
W18 = Número estimado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas
ZR = Desviación estándar normal.S0 = Error estándar combinado de la predicción del
tránsito y de la predicción del comportamientoPSI = Diferencia entre el índice de Servicio inicial (Po) y
el Final (Pt).MR = Módulo resiliente.SN = a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3.
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 8
Ábaco de diseño
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 9
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 10
Confiabilidad (R)
La confiabilidad en el diseño de pavimentos (R) es laprobabilidad de que el sistema estructural que forma elpavimento se comporte, durante su periodo de diseño deacuerdo a lo previsto.
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 11
Confiabilidad (R)
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 12
Variabilidad
La Desviación Estándar
Combinada (So), es un valor
que toma en cuenta la
variabilidad esperada de la
predicción del tránsito y de
los otros factores que
afectan el comportamiento
del pavimento; como por
ejemplo, construcción, medio
ambiente, incertidumbre del
modelo.
Se recomienda utilizar los valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes:
Índice de Serviciabilidad Presente
(PSI)
El Indice de Serviciabilidad Presente es la
comodidad de circulación ofrecida al usuario. Su
valor varía de 0 a 5.
Un valor de 5 refleja la mejor comodidad teórica
(difícil de alcanzar) y por el contrario un valor de 0
refleja el peor.
Cuando la condición de la vía decrece por deterioro,
el PSI también decrece.
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 13
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 14
Pérdida de Serviciabilidad
Time
Servic
eab
ilit
y (
PS
I) p0
pt
p0 - pt
Basic Equations
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 15
Pérdida de Serviciabilidad
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 16
Carpeta, Base y Sub
Base
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 17
Coeficientes de capa
Representa una medida de la habilidad
relativa del material de funcionar como
componente estructural del pavimento.
Este coeficiente expresa la relación empírica
entre el número estructural (SN) y el espesor.
1i
iiDaSN
Coeficientes de capa
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 18
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 19
Coeficiente de capa concreto
asfáltico
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 20
Coeficiente de Capa Base Granular
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 21
Coeficiente de base estabilizada
Estabilizada con asfalto Estabilizada con cemento
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 22
Coeficiente de Capa Sub-Base
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 23
Drenaje
25%
Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20
Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00
Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80
malo 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60
Muy Malo 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40
Tabla 2.4. Valores de coeficiente de drenaje (mi ) recomendados
para modificar los coeficientes estructurales de capa para base no
tratatas y sub bases en pavimentos flexibles
% del tiempo que la estructura del pavimento está
expuesta a niveles de humedad próximas a la
saturaciòncalidad del
drenaje
Calidad del
drenaje
Tiempo de remoción
del agua
Excelente 2 horas
Bueno 1 día
Regular 1 semana
malo 1 mes
Muy Malo agua no drena
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 24
Tanteo de espesores
1) a, D, m, SN, son los valores mínimos requeridos.2) Un asterisco con D o SN indica que este representa el
valor actualmente usado el cual debe ser igual o mayor que el valor requerido.
33
*
2
*
13*
3
2
*
2
*
1
22
*
12*
2
1
*
11
*
1
1
1*
1
ma
SNSNSND
SNSNSN
ma
SNSND
SNDaSN
a
SND
33322211 mDamDaDaSN
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 25
Espesores Mínimos
Tráfico en ESAL Concreto Asfáltico Base granular
Manual de Carreteras
“Suelos, Geología, Geotecnia y
Pavimentos”
Sección: Suelos y Pavimentos
MTC
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 26
Manual de Carreteras MTC
En este manual se ha optado, para el dimensionamiento de
las secciones del pavimento, por los procedimientos más
generalizados de uso actual en el país. Los procedimientos
adoptados son:
Método AASHTO Guide for Design of Pavement Structures
1993
Análisis de la Performance o Comportamiento del
Pavimento durante el periodo de diseño.
Típicamente el diseño de los pavimentos es mayormente
influenciado por dos parámetros básicos:
Las cargas de tráfico vehicular impuestas al pavimento.
Las características de la subrasante sobre la que se
asienta el pavimento.Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 27
Manual de Carreteras MTC
Secciones Ilustrativas y Referenciales de
Estructuras de Pavimento Flexible con carpeta
de mezcla asfáltica en caliente para volúmenes
de tránsito de 75,000 EE a 30’000,000 EE en
el carril de diseño, periodo de diseño en una
etapa de 20 años
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 28
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 29
Ejemplo
Obtener el diseño estructural del pavimento, con
los siguientes datos:
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 30
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 31
Método del Instituto del
Asfalto
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 32
Método del Instituto del Asfalto
Hasta 1969 los procedimientos de diseño publicados en las 8 ediciones del Manual MS-1 fueron empíricos.
La 7ma y 8va edición se basaron el los datos de la pista de prueba AASHTO, WASHO , ensayos Ingleses y el procedimiento de diseño del Cuerpo de Ingenieros de USA.
En 1981 se publica la 9na edición del manual basado en métodos mecanísiticos empíricos a partir de los resultados del programa DAMA, en 1991 se publica una revisión de la 9na edición incluyendo gráficos de diseño para tres tipos de clima
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 33
Criterio de diseño
Se analizan criterios de falla:
Criterio de falla por fatiga: en la parte inferior de la carpeta asfáltica, se desarrollaron los gráficos de diseño para una mezcla asfáltica con 11% de asfalto en volumen y 5% de contenido de vacíos, y se considera falla cuando el 20% del área está fisurada.
Criterio de falla por Deformación Permanente: El ahuellamiento límite debe ser menor a 0.50” (12.7 mm)
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 34
Procedimiento de Diseño
Seleccionar los datos de diseño
– a) Tráfico (EAL)
– b) Modulo resilente de la subrasante (Mr)
– c) Tipo de base y superficie de rodadura
Determinar los espesores de diseño (gráficos)
Verificar los espesores mínimos
Diseño por etapas (de corresponder)
Análisis económico de diferentes alternativas
Seleccionar el diseño final
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 35
Corrección por presión de inflado
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 36
Suelo de Fundación
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 37
Módulo Resilente de Diseño
(Variación Estacional)
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 38
Modulo de Resilencia de Diseño
de la Sub rasante
Nivel de tráfico EALValor de diseño de la
subrasante, Percentil
106 87.5
LIMITES DE DISEÑO DE LA SUBRASANTE
Tabla 5.7
Ejemplo de Determinación de la Resistencia de Diseño
Resultados de Ensayos
(de menor a
mayor)
Número de
Resultados
mayores o
iguales
Porcentaje de Resultados
Mayores o iguales
2.0 8 ( 8 / 8 )* 100 = 100
2.0
5.0 6 ( 6 / 8 )* 100 = 75
5.0
7.0 4 ( 4 / 8 )* 100 = 50
7.0
8.0 2 ( 2 / 8 )* 100 = 25
9.0 1 ( 1 / 8 )* 100 = 13
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 39
Carpeta y Base
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 40
Selección de los Materiales
Condición de Temperatura
AC-5 AC-10
AR-2000 AR-4000
pen 120/150 pen 85/100
AC-10 AC-20
AR-4000 AR-8000
pen 85/100 pen 60/70
AC-20 AC-40
AR-8000 AR-16000
pen 60/70 pen 40/50
Caliente, temperatura media
naual >=24ºC (75ºF)
TABLA VI-1 SELECCIÓN DE GRADO DE ASFALTO
Grados Asfálticos
Frío, tempertura media anual
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 41
Requisitos calidad de base y sub
base granular
Ensayo Sub base Base
CBR mínimo 20 80
Límite líquido, máximo 25 25
Indice de Plasticidad, máximo 6% NP
Equivalente de arena, mínimo 25 35
Pasante mall Nº200, máximo 12 7
Tabla V-3 Requerimientos de calidad para bases y sub bases
granulares
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 42
Bases asfálticas con emulsiones
Tipo I: mezclas con asfaltos emulsionados
elaboradas con agredados procesados
densamente gradados
Tipo II: mezclas con asfaltos emulsionados
elaboradas con agregados semi-procesados,
chancados, o zarandeados
Tipo III: mezclas con asfaltos emulsionados
elaboradas con arenas o arenas limosas
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 43
Espesores
Mínimos de
capas
mm pulgadas
104 50 2
105 50 2
106 75 3
107 100 4
>107 130 5
TABLA VI-2 ESPESOR MINIMO DE ASFALTO SOBRE
BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIONES
1 Concreto asfáltico o base con emulsión Tipo I con un tratamiento
superficial pueden ser tulizados sobre bases con emultsión Tipo II y III
Nivel de Tráfico
EAL
Base Tipo II y III1
mm pulgadas
106 Tráfico pesado de camiones 125 5 o más
Para pavimentos de espesor total (full depth) o pavimentos con asfaltos
emulsificados el espesor mínimo es de 100 mm (4 pulg) aplicable en el rango
de tráfico, como se muestra en las tablas de diseño
Tráfico
EALCondición de Tráfico
Espesor Mínimo de
TABLA VI-3 ESPESOR MINIMO DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASE
GRANULAR NO TRATADA
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 44
Gráficos de Diseño
Carpeta + Base granular
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 45
Gráficos de Diseño
Carpeta + Base granular
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 46
Gráficos de Diseño
Carpeta + Base granular
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 47
Gráficos de Diseño
Carpeta + Base granular
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 48
Gráficos de Diseño
Full depth
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 49
Gráficos de Diseño
Full depth
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 50
Gráficos de Diseño
Carpeta + Base estabilizada con emulsión
Emulsión tipo I: Mezcla de emulsión con agregados procesados densamente
graduados
Emulsión tipo II: Mezcla de Emulsión con agregados semiprocesados de trituración, de bancos o carreteras
Emulsion tipo III: Mezcla de emulsión con arenas o arenas limosas
Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 51
Evaluación de diseños con el método del Instituto
del Asfalto
Top Related