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Pavimentos-Ing. Johny Bendezu Acero 1

Capítulo VI:

Diseño de

Pavimentos

FlexiblesIng. Johny Bendezu Acero


6.1

Consideraciones

Generales


Parámetros de Diseño

Tráfico

Materiales

Condiciones Ambientales

Mantenimiento

Calidad de construcción


6.2

Método AASHTO


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.


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


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.


Ábaco de diseño


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.


Confiabilidad (R)


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.



Pérdida de Serviciabilidad

Time

Servic

eab

ilit

y (

PS

I) p0

pt

p0 - pt

Basic Equations


Pérdida de Serviciabilidad


Carpeta, Base y Sub

Base


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



Coeficiente de capa concreto

asfáltico


Coeficiente de Capa Base Granular


Coeficiente de base estabilizada

Estabilizada con asfalto Estabilizada con cemento


Coeficiente de Capa Sub-Base


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


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


Espesores Mínimos

Tráfico en ESAL Concreto Asfáltico Base granular

Manual de Carreteras

“Suelos, Geología, Geotecnia y

Pavimentos”

Sección: Suelos y Pavimentos

MTC


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


Ejemplo

Obtener el diseño estructural del pavimento, con

los siguientes datos:



Método del Instituto del

Asfalto


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


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)


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


Corrección por presión de inflado


Suelo de Fundación


Módulo Resilente de Diseño

(Variación Estacional)


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


Carpeta y Base


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


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


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


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


Gráficos de Diseño

Carpeta + Base granular



Full depth



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


Evaluación de diseños con el método del Instituto

del Asfalto

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