1

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

DE LAS FUERZAS ARMADAS

UNEFA

PORTUGUESA SEDE GUANARE.

PROPUESTA DE PAVIMENTO FLEXIBLE PARA LA OPTIMIZACIÓN DE

LA VIALIDAD EN EL SECTOR1 C/P AVENIDA LIBERTADOR DEL¨BARRIO 19

DE ABRIL¨

GUANARE; AGOSTO 2015

INTEGRANTES: C.I.

Rosa Montilla 24688959

Juan Manzanilla 25825105

Carmen Rosales 23779749

Luis Rodríguez 24025014

Grupo: 02

PROFESOR

Maurielo Rodríguez

INGENIERÍA CIVIL

INTENSIVOS

ASIGNATURA PAVIMENTOS

2

Índice General

Capítulo V . . . . . . . . 6

5 La Propuesta Tecnológica . . . . . . 6

5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción . . . 7

6 Anexos . . . . . . . . 32

7 Conclusiones . . . . . . . 34

9 Referencias Bibliográficas . . . . . 35

3

Tabla de cuadros

Cuadro 1: Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades del país

. . . . . . . . 63

Cuadro 2: Nomenclatura de tránsito pesado . . . . 65

Cuadro 3: Factor de distribución por sentido. . . . 66

Cuadro 4: Factor de utilización por canal . . . . 67

Cuadro5: Tasa de crecimiento . . . . . 69

Cuadro 6: Periodo de diseño . . . . . 70

Cuadro 7: Valor relativo de soporte critico estimado en porcentaje de

Pavimento para sub-rasante compactable 95% . . . 73

Cuadro 8: Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones

Funcionales . . . . . . . 78

Cuadro 9: Propiedades Marshall exigidas para el diseño de mezclas en laboratorios .

.. . . . . 84

Cuadro 10: Relaciones de clima en Venezuela . . . 90

Cuadro 11: Capacidad de drenaje para remover la humedad . 91

Cuadro 12: Valores recomendados para coeficientes estructurales de capa de bases y

sub-rasantes, en pavimento flexible . . . 92

Cuadro 13: Datos para el diseño de pavimento . . . 94

Cuadro 14: Espesores mínimos en pulgadas en función de los ejes equivalentes

. . . . . . . 97

Tabla Gráficos

Fig. 1 Encuesta . . . . . . . 53

4

Fig. 2 Encuesta . . . . . . . 54

Fig. 3 Encuesta . . . . . . . 55

Fig. 4 Encuesta . . . . . . . 56

Fig. 5 Encuesta . . . . . . . 57

Fig. 6 Curva granulométrica . . . . . 59

Fig. 7 Tipos de suelos en Venezuela . . . . 72

Fig. 8 Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica . . . 85

Fig. 9 Coeficiente estructural de la capa base . . . 86

Fig. 10 Coeficiente estructural de la capa sub-base . . . 87

Fig. 11 Zona climática de Venezuela . . . . 89

Fig. 12 Modelo grafico de los espesores de las capas del

Pavimento . . . . . . . 96

5

PROPUESTA DE PAVIMENTO FLEXIBLE PARA LA OPTIMIZACIÓN DE

LA VIALIDAD EN EL SECTOR1 C/P AVENIDA LIBERTADOR DEL¨BARRIO 19

DE ABRIL¨

DATOS.

La vía es Urbana

Carretera de 1 canal por sentido.

Periodo de diseño: de 15 a 20 años.

Transito de diseño

Un conteo de vehículos se efectúa mediante un lapso ideal de un (1) año, de esta

forma se elimina todo tipo de error por condiciones estacionales del flujo de los mismos.

Cuando el conteo se realiza en estaciones de cobertura 1, o en peajes,

automáticamente al correr del año se va registrando el volumen acumulado de vehículos.

En otras ocasiones o puntos de medición, no es ni práctico ni económico, el que se

disponga de este lapso de tiempo. Lo ideal entonces, es realizar una medición de un mes

continuo. En caso de que esto tampoco sea posible, la medición debería ser de una (1)

semana completa, en forma tal que se obtenga un registro de lunes a domingo. Si tampoco

esto fuese posible, debería al menos disponerse de un registro de un día laboral y de un día

de fin de semana (sábado o domingo). Si en alguno casos ni siquiera esto fuese posible, el

conteo debe ser realizado en un día (24 horas) continuas, preferiblemente en un día

laborable. Pudiera darse el caso de que ni aún pudiese contarse en un lapso de 24 horas; en

este caso debe irse a un conteo de doce horas. Si ni aun pueden contarse en estas 12, debe

irse a ocho (8) horas, y a veces solo podrá contarse durante una hora.

El conteo se llevó a cabo de una manera visual; Aun cuando lo ideal es que el conteo

vehicular –clasificado o no– se realice mediante el empleo de equipos, en el caso de que

esto no sea posible, por razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se podrá recurrir

al sistema de contar los vehículos mediante la simple observación visual del paso del flujo

vehicular.

El conteo visual permite no solo determinar el total de vehículos que circulan por el

punto de medición, sino que se obtiene un “conteo clasificado” ya que se contabiliza el

número de cada tipo de vehículo que pasa por esa sección durante el tiempo de la

medición.

6

Obtenido el conteo vehicular, se procede a determinar el promedio diario de tránsito

(PDT) y con ello poder apreciar el promedio diario de tránsito en el año inicial (PDTo),

con la ecuación prescrita de la siguiente manera:

PDTo=2254+2221+2327+2242+ 2310 +2378 +2393 7

=161257

PDTo= 2304

Calculo de las Repeticiones de los Ejes Equivalentes

Son las cargas equivalentes totales en el periodo de diseño que se requieren para

realizar un diseño de pavimento. El método actual contempla los ejes equivalentes

sencillos de 18,000 lb (8.2 ton) acumulados durante el período de diseño, por lo que no ha

habido grandes cambios con respecto a la metodología original de AASHTO. El diseño de

transito gira en base a dos ecuaciones que son:

Ecuación 1:

REE= EEo × F

Donde:

REE: Son las repeticiones de ejes equivalentes o cargas equivalentes totales.

EEo: Cargas equivalentes en el año inicial.

F: Factor de crecimiento.

Ecuación 2:

EEo= PDTo × %Vp × FC × fd × fc× Nd

Donde:

EEo: Cargas equivalentes en el año inicial.

PDTo: Promedio diario de tránsito en el año inicial.

%Vp: Porcentaje de vehículos pesados.

FC: Factor camión.

Fd: Factor de distribución por sentido.

fc: Factor de utilización de canal.

Nd: días del año.

Calculo del Factor Camión

El siguiente cuadro nos permite estimar el Factor Camión ponderado total por estado,

y la cual es muy útil cuando se realizan estimaciones de inversión en planes regionales de

pavimentación, o en cualquier otro trabajo de planificación.

7

Cuadro 1 Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades del país

Entidad

Factor Camión promedio

ponderado

Amazonas 1.29

Anzoátegui 2.05

Apure 1.42

Aragua 3.77

Barinas 1.42

Bolívar 6.69

Carabobo 3.93

Cojedes 1.42

Delta Amacuro 1.29

Dtto. Federal 3.61

Falcón 3.03

Lara 1.42

Mérida 1.29

Miranda 3.61

Monagas 2.05

Nueva Esparta 1.25

Portuguesa 1.42

Sucre 2.05

Trujillo 1.47

Fuente: grupo 2

Según cuadro N° 1 se asume un Fc para el estado Portuguesa de 1.42

Porcentaje de Vehículos Pesados

Este se obtiene mediante el volumen de tránsito pesado (VTP), que en nuestro

caso es la sumatoria de todos los vehículos que se consideran pesados, que van

seleccionados como todos aquellos que poseen seis ruedas, es decir desde aquellos

vehículos con un eje trasero de cuatro ruedas, y/o tres o más ejes individuales. Se clasifican

de acuerdo a diferentes categorías señaladas en la siguiente Tabla, donde se indica tanto la

nomenclatura que utiliza la Oficina de Planificación del Transporte Terrestre (O.P.T.T) del

Ministerio de Infraestructura, como la establecida en la Norma COVENIN 2402-86

8

Cuadro 2. Nomenclatura de Tránsito Pesado

Fuente: grupo 2

Con este resultado se obtiene el porcentaje de vehículos pesados

% Vp= 1.2%

Factor de Distribución por Sentido (fd)

Es el que nos permite medir el total del tránsito que circulará en el sentido de diseño,

y sus valores son los que se indican en el siguiente cuadro:

Modo de medición del Valor del fd

9

PDT

En ambos sentidos 0.50

Por sentido de circulación 1.00

Por tal motivo, analizando el tránsito en los dos sentido de circulación se debe

tomar el valor correspondiente de la tabla, en este caso es de fd= 0.50

Factor de Utilización por Canal (fc)

Es el que nos permite asignar al canal de diseño, la fracción del total de vehículos

que circulará por este canal y su valor se selecciona de acuerdo al siguiente cuadro, en

Venezuela tradicionalmente sus valores han sido los siguientes para el tránsito ya asignado

al sentido de circulación. Por lo tanto, para el diseño propuesto se incluirá el valor de fc=

100, que en porcentaje seria fc= 1.00.

Cuadro 4 Fc

Nº de carriles en cada

sentido

Porcentaje de w18 en

el carril de diseño

1 100

2 80 – 100

3 60 – 80

4 o más carriles 50 – 75

Días del año

Se tomaran todos los días del año que en total suman 365 días.

Luego de encontrar los datos de la ecuación número dos, resolvemos de la

siguiente manera para encontrar los ejes equivalentes en el año inicial de diseño:

EEo= PDTo × %Vp × FC × fd × fc × Nd

EEo= 2304 ×1 .2100

× 1.42 × 0.50 × 1.00 × 365

EEo= 7164.98

10

Con este resultado podemos calcular las repeticiones de ejes equivalentes que se

muestran en la ecuación 1 son:

REE= EEo × F

Como bien podemos observar, calculamos de manera individual el factor de

crecimiento (F) con la siguiente fórmula:

F=[(1 + r)n ]- 1 Ln (1+r)

Donde:

r: Tasa de crecimiento. Incremento anual del volumen de transito de una vía.

n: Periodo de diseño.

La tasa de crecimiento interanual (r),permite constituir el crecimiento del

tránsito a lo largo del período de diseño, y en el caso de que no pueda ser obtenido de los

registros históricos de tránsito, pueden emplearse los resultados de mediciones para

diseños que arrojan los resultados que se presentan en el siguiente cuadro:

Cuadro 5. Tasa de Crecimiento

Criterio estadístico Valor

Promedio 4.20%

Desviación estándar 1.80%

Valor mínimo 0.24%

Valor máximo 8.28%

Fuente: grupo 2

Basándonos en estos resultados, tomamos el criterio estadístico promedio, el

cual contiene una tasa de crecimiento de r= 4.20

Por otra parte, el periodo de diseño (n) se toma basado en los siguientes valores, que

resume los periodos de diseño recomendados por la Asociación Americana de

Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO) y la correspondiente a la tipología

de la red vial nacional:

Periodo de Diseño

Tipo de vía Según nomenclador vial Periodo de diseño

11

según AASTHO venezolano (años)

Principal Autopista urbana o rural de

alto volumen y vía troncal

30-50 (30 en autopistas

urbanas)

Secundaria Vía local 20-50

Terciaria Vía ramal, sub-ramal o

agrícola

15-25, con mínimo de

10 años

Fuente: Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte

El “Período de Diseño” no debe ser confundido con la “Vida Útil” del pavimento, ni

con el Período de Análisis; este último puede comprender varios Períodos de Diseño,

como en el caso de la pavimentación por etapas. La vialidad en estudio entra en la

categoría de vía terciaria, es decir, con periodos de diseño entre 15 a 25 años. Para

efectos de diseño, el período de diseño seleccionado para la primera vida útil del

pavimento, fue de 20 años. Debido a esta información determinamos el factor de

crecimiento:

F=(1 + 0.042)20 - 1 Ln (1+0.042)

= 31.04

Luego introducimos los valores en la ecuación 1 para obtener los resultados de

las repeticiones de los ejes equivalentes del diseño de pavimento flexible:

REE= 7164.98× 31.04

REE= 222525.14EE

El CBR para las Capas del Pavimento.

El CBR de un material está en función de su densidad, textura, humedad de

compactación, humedad después de la saturación, su grado de alteración y su

granulometría. Estos valores nos permitirán conocer el número estructural de cada capa

según sea sus especificaciones.

El CBR comúnmente se calcula mediante ensayos de suelo, como mínimo cinco

ensayos por unidad de diseño, pero teniendo en cuenta las limitaciones de la investigación

se utilizaran valores basados en características del terreno y materiales, así como de climas,

12

nivel freático y precipitación pluvial, tomando en consideración estimaciones mínimas

bajo las normas para efectos de diseño.

Capacidad de Soporte del Suelo de Fundación (CBRSR).

Tomando en cuenta lo antes expuesto, para determinar la capacidad de soporte de la

sub-rasante nos basaremos en valores de soportes críticos para las condiciones previamente

dadas debido a la zona en estudio por medio del tipo de suelo y el nivel freático. En primer

lugar obtendremos el tipo de suelo según la región en que se encuentra ubicada la vía.

Venezuela posee una gran variedad de suelos, entre otros factores, de la diversidad

de climas, relieves, rocas y especies vegetales que la caracterizan. Por esta razón, se han

realizado en el país diversos estudios para establecer su caracterización y según este

sistema, Venezuela cuenta con 9 de los 12 tipos de suelos contemplados que son: entisoles,

inceptisoles, vertisoles, olisoles, ultisoles, oxisoles, aridisoles, histosoles y alfisoles, como

lo muestra el siguiente gráfico:

13

Grafico7. Tipos de Suelos en Venezuela. Fuente: Geografía de suelos y

geotecnia (2004)

En el grafico se puede apreciar que la región de Barinas está constituida por los

colores amarillo y verde los cuales corresponden a tipos de suelos inceptisoles y

vertisoles respectivamente. Los inceptisoles son los suelos proporcionalmente maduros

y rocosos. Por otro lado, los suelos vertisoles. Tienen un alto grado de fertilidad y

son buenos para el pastoreo. Dado su alto contenido de arcilla.

De esta manera, el estado BARINAS posee una combinación de suelo

inceptisole – vertisole, lo cual lo hace un suelo rocoso maduro y arcilloso, quiere decir

que está en una proporción de arena no plástica y arcilla activa que presentan unos

parámetros de valores de soporte críticos que se pueden apreciar en la siguiente tabla

14

Cuadro 7. Valor relativo de soporte critico estimado en porcentajes de

pavimentos para sub-rasantes compactadas 95%

Fuente: Adaptación de suelos sub-rasantes de “Road Note 31”, tercera edición,

Transport and Road ResearchLaboratory,HerMajesty’sStationery Office, Londres, 1977

(ref 8).

De acuerdo con la variación estacional debe elegirse el nivel freático más alto

para efectos de cálculo por ser el más desfavorable, que será el de 0.6 metros, así pues, a

través de este nivel freático se determina un promedio de los porcentajes mínimos

tolerables a la compactación del 95% en sub-rasantes de las categorías de arena no

plástica y arcilla activa de valor de soporte relativo obteniendo lo siguiente:

Arena no plástica= 8 -10

Arcilla activa= 2 – 3

Promedio= 8 + 22

= 5

Capacidad de soporte de la sub-base (CBRSB).

Para efectos de diseño se puede usar el porcentaje mínimo de CBR que según

Hugh A. Wallace y J. Rogers Martin en su libro AsphaltPavementEngineer,

recomiendan un CBR mínimo de 20% para las capas de sub-base, sin embargo,

15

experiencias en nuestro país han demostrado que una sub-base granular con materiales

apropiados y construida de manera adecuada dan como resultado valores de CBR

superiores a 30%, como lo indica la norma COVENIN 1124-11. Por consiguiente, se

propone un CBR mínimo de 30% para la capa de sub-base.

CBR= 30%

Capacidad de Soporte de la Base (CBRBS).

Para la base granular se puede utilizar en la estructura de pavimento un CBR

mínimo de 80% para una densidad mínima del 95% según lo indicado en la norma

COVENIN 1124-11 0-07 para bases y sub-bases, recalcando que para efectos de diseño

debemos trabajar con valores mínimos establecidos.

CBR= 80%

Cálculos de los Módulos Resilentes para las Capas del Pavimento.

El método AASHTO 93 establece ecuaciones correlativas para determinar el modulo resilente de cada capa de la estructura del pavimento en función del CBR y esto debido a la ausencia del manejo de equipos en muchos países para la determinación de este parámetro. Estas ecuaciones para el caso del suelo de fundación fueron corregidas por el Dr. Augusto Jugo para ser aplicadas en Venezuela.Por lo tanto, se lleva a cabo con las siguientes ecuaciones del método AASTHO:

Módulo Resilente del Suelo de Fundación (Sub-rasante).

CBR ideal (de diseño)

CBRdis= [CBRsat*messatu+1.5*CBRsat*(12-messatu)*1/12]

Mes seco=5.5

Mes humedo=3.0

Mes saturado=3.5

7

16

Messatu+meshumed=3.5+3.0=6.5=

CBRdis=5*7+1.5*5*(12-7)*1/12

CBRdis= 6,04

Cálculos de los Módulos Resilentes para las Capas del Pavimento.

El método AASHTO 93 establece ecuaciones correlativas para determinar el

modulo resilente de cada capa de la estructura del pavimento en función del CBR y esto

debido a la ausencia del manejo de equipos en muchos países para la determinación de este

parámetro. Estas ecuaciones para el caso del suelo de fundación fueron corregidas por el

Dr. Augusto Jugo para ser aplicadas en Venezuela.Por lo tanto, se lleva a cabo con las

siguientes ecuaciones del método AASTHO:

Módulo Resilente del Suelo de Fundación (Sub-rasante).

CBR ≤ 7.2%

Mr = 1500 × CBR= 1500*6 = 9000

A modo de diseño se determinó anteriormente que el CBR de la sub-rasante debe ser

6%, por ser el valor del resultado del estudio de suelo y por consiguiente tenemos que la

ecuación a usar será la del CBR≤ 7.2%

7.2% < CBR ≤ 20%

Mr. = 3000 × CBR0,65=3000*60,65= 9614.34

CBR > 20%

Mr = 4326 × ln(CBR) + 241=4326*ln (6) +241 = 7992. 15

Módulo Resilente para Bases y Sub-bases.

Para un CBR menor a 80%:

CBR < 80% =>Mr= 385.08 × CBR + 8660

6

17

Para un CBR mayor o igual al 80%

CBR ≥ 80% =>Mr= 321.05 ×CBR + 13327

Por consiguiente efectuando las evaluaciones correspondientes según sea el caso

tenemos los siguientes resultados:

Mrbase

MrSB= 385.08 × 30 + 8660

MrB= 20212.40psi

MrSub-Base

MrBS= 321.05 × 70 + 13327

MrSB= 35800.50psi

Desviación Normal del Error Estándar (So).

Es la combinación en la estimación de los parámetros de diseño y el

comportamiento del pavimento, por lo cual este parámetro está ligado directamente con

la Confiabilidad; habiéndolo determinado, en este paso deberá seleccionarse un valor So

“Desviación Estándar Global”, representativo de condiciones locales particulares, que

considera posibles variaciones en el comportamiento del pavimento y en la predicción

del tránsito. Valores de “So” en los tramos de prueba de AASHO no incluyeron errores

en la estimación del tránsito; sin embargo, el error en la predicción del comportamiento

de las secciones en tales tramos, fue de 0.25 para pavimentos rígidos y 0.35 para los

flexibles, lo que corresponde a valores de la desviación estándar total debidos al tránsito

de 0.35 y 0.45 para pavimentos rígidos y flexibles respectivamente. En Venezuela se

tiene una estimación para pavimentos flexibles según el método AASTHO de:

18

0.40 < So < 0.50Se recomienda usar 0.45

Confiabilidad del Diseño (R).

La confiabilidad de un pavimento es la probabilidad de que una sección diseñada

se comportara satisfactoriamente bajo las condiciones de tránsito y ambientales durante

el periodo de diseño. Con el parámetro de Confiabilidad “R”, se trata de llegar a cierto

grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de

la sección estructural que se obtengan, durarán como mínimo el período de diseño. Se

consideran posibles variaciones en las predicciones del tránsito en ejes acumulados y en

el comportamiento de la sección diseñada.

Cuadro 10. Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones funcionales

Clasificación funcional Nivel recomendados por AASTHO

para carreteras

Interestatal o autopista 80 – 99.9

Red principal o federal 75 – 95

Red secundaria o estatal 75 – 95

Red rural o local 50 – 80

Fuente: grupo 2

Por ser la vialidad en estudio una red vial urbana por lo tanto se toma la relación entre50 – 80, por lo tanto para efectos de diseño tomamos la menor confiabilidad R= 50%.

Índice de Servicialidad (∆PSI).

La servicialidad es la condición de un pavimento para proveer un manejo seguro

y confortable a los usuarios en un determinado momento. La mejor forma de evaluarla

es a través del índice de servicio presente el cual varía desde 0 hasta 5. La filosofía

básica del diseño es el concepto del comportamiento y capacidad de servicio, el cual

proporciona un medio para diseñar un pavimento con base en un volumen especifico de

transito total, y con un nivel mínimo de servicialidad deseado, al final del periodo de

19

diseño.Se sugiere que el criterio para definir el índice de servicio terminal o mínimo de

rechazo esté en función de la aceptación de los usuarios de la carretera. El cambio o

pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se define en el

método con la siguiente ecuación:∆PSI= Po – Pt

Po=Índice de servicio inicial (4.5 para pavimentos rígidos y 4.2 para flexibles).Cada

entidad podrá elegir un valor apropiado para sus condiciones, por lo tanto, en Venezuela

debido al exceso de cargas que no se pueden controlar, está entre 3.80 y 4.00.

Pt= Es el índice más bajo que pueda tolerarse antes de realizar una medida de

rehabilitación. Se define como el índice de servicio terminal, para el cual AASHTO

maneja en su versión1993 valores de 3.0; 2.5 y 2.0, recomendando 2.5 o 3.0 para

caminos principales y 2.0 para secundarios, siendo este último el correspondiente a la

vía del sector Brisas del Este.

Calculo del Numero Estructural (SN).

El SN es un número abstracto que expresa la resistencia estructural de un

pavimento requerido, para una combinación dada del soporte del suelo (Mr), del tránsito

total (W18), de la servicialidad terminal y de las condiciones ambientales. Para el

diseño del pavimento flexible se deben tener los datos para identificar el número

estructural, donde este se obtiene mediante un tanteo simultáneo para verificar que:

W18REE

≥ 1 tomando una tolerancia de 1 a 1.20

Tomando en consideración esta base teórica que inculca el método AASTHO

podemos resumir de manera técnica y estratégica lo siguiente:

W18REE

≥ 1 despejando W18 ≥ REE

W18 = REE

20

De esta manera podemos introducir directamente el valor de las repeticiones de

los ejes equivalentes calculados anteriormente usando el programa de la ecuación

AASTHO (1993), desarrollado por el Ingeniero Civil Manizales en el año 2004, para

que arroje de forma definitiva y exacta el numero estructural por cada escalón de la

superestructura multicapa sin necesidad de realizar tanteos alternativos y de esta manera

conservar la pureza logística del diseño.

Números Estructurales de las Capas del Pavimento.

SN de la Base.

El número estructural de la capa base se calcula con el módulo resilente de la base:

Este número estructural se calcula consecutivamente con el módulo resilente de la sub-

base, quedando evidencia de esto en la siguiente demostración:

21

Luego se procede a calcular de igual manera el número estructural para el suelo de

fundación o sub-rasante.

SN de la sub-rasante.

Al igual que los demás números estructurales, el de la sub-rasante se obtiene

introduciendo el valor del módulo resilente correspondiente obtenido del mismo suelo

de fundación, como se puede notar:

22

Así de esta manera, se puede proceder a realizar los cálculos de los espesores de las

capas del pavimento propuesto en la investigación.

Calculo de Espesores de las Capas del Pavimento.

Luego de obtener el número estructural SN para la sección estructural del

pavimento, utilizando la ecuación general básica de diseño, donde se involucraron los

parámetros anteriormente descritos(tránsito, R, So, MR , ΔPSI ), se requiere ahora

determinar una sección multicapa que en conjunto provea de suficiente capacidad de

soporte equivalente al número estructural de diseño original. La siguiente ecuación

puede utilizarse para obtener los espesores de cada capa, para la superficie de

rodamiento o carpeta, base y sub-base, haciéndose notar que el actual método de

AASHTO, versión 1993, involucra coeficientes de drenaje particulares para la base y

sub-base. Para el cálculo de los espesores de las capas el método AASTHO propone la

siguiente ecuación:

SN = a1D1m1 + a2D2m2 + a3D3m3

23

Donde:

a1, a2 y a3 = Son coeficientes estructurales de capa representativos de carpeta asfáltica,

base y sub-base respectivamente.

D1, D2 y D3 = son los espesores de la carpeta asfáltica, base y sub-base

respectivamente, en pulgadas.

m1, m2 y m3 =son los coeficientes de drenaje para la carpeta asfáltica, base y sub-base,

respectivamente.

Empezaremos a determinar cada variable de la ecuación para poder introducirlos

en la misma.

Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica.

Se determina a través de la Estabilidad Marshall en libras, la cual se obtiene

mediante el ensayo de la estabilidad Marshall de la mezcla asfáltica, tomando en

consideración distintas propiedades de la misma. La estabilidad es una de las

propiedades más importantes que debe buscarse en una mezcla asfáltica, ya que de ella

dependerá en gran parte el que la mezcla que se diseñe logre un comportamiento

adecuado en obra, garantizando una mezcla que no se deforme o desplace ante las

cargas pesadas, y que sea resistente ante el efecto de la repetición de cargas (REE o

Wt18) a la cual un pavimento se ve sometido durante su vida deservicio. En vista de no

poseer con los recursos necesarios para realizar los ensayos de la Estabilidad Marshall,

el cuadro 12 resume los criterios de la Norma INVEAS 2002 en cuanto a las

propiedades que debe cumplir una mezcla asfáltica densa:

Cuadro 11. Propiedades Marshall Exigidas para el Diseño de Mezclas en

Laboratorio

24

Fuente: grupo 2

En vista de esto, para efectos de diseño se toma un valor mínimo exigido de

estabilidad Marshall para transito bajo de 1600. Con este valor se consigue el

coeficiente a1 interceptado en el nomograma proporcionado por el método AASTHO

para estimar el coeficiente estructural de la carpeta asfáltica de la siguiente manera:

Grafico 8.Coeficiente Estructural de la carpeta asfáltica. Fuente: AASTHO

93

Se observa que el coeficiente a1 equivale aproximadamente a 0.40.

25

Coeficiente Estructural de la Capa Base.

Este coeficiente se determina por medio de la capacidad de soporte de la base

(CBRBS) y para conseguir el valor del coeficiente debemos utilizar el grafico que se

presenta:

Grafico 9.Coeficiente Estructural de la Capa Base Fuente: AASTHO 93

Para un CBR de 80% se obtiene aproximadamente un valor de coeficiente a2 de

0.12.

Coeficiente Estructural de la Capa Sub-base (A3).

Se determina mediante la capacidad de soporte de la sub-base (CBRSB),

impuesta para este diseño y para ello se utiliza el siguiente gráfico:

26

Grafico 10.Coeficiente Estructural de la Capa Sub-base (A3).Fuente: AASTHO 93

Para un CBR de 30% se obtiene aproximadamente un valor de coeficiente a3 de

0.10.

Coeficiente de Drenaje (m).

Para la obtención de los coeficientes de drenaje, m2 y m3, correspondientes a las

capas de base y sub-base respectivamente, el método actual de AASHTO se basa en la

capacidad del drenaje para remover la humedad interna del pavimento, por lo que se

refiere a un valor “m” de acuerdo a la calidad del drenaje y el tiempo en el año durante

el cual se espera que el pavimento este normalmente expuesto a niveles de humedad

cercanos a la saturación. Estos factores se determinan según la zona climática, Calidad

del drenaje del material usado en la base y/o Sub-base y el porcentaje del tiempo con la

27

estructura próxima a la saturación. Para determinar el coeficiente “m” se debe manejar

la siguiente información:

Grafico 11. Zonas Climáticas de Venezuela

De acuerdo a este gráfico, Barinas se encuentra en el punto VI y esto se traduce

en lo siguiente:

Cuadro 12. Relaciones de Clima en Venezuela

Zona

climática

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Meses de

condición

seca

2 6 3 4 6 5,5 6 7 10 7 5 12

Meses de

cond.

Húmeda

2 4 3 4 2 3 3 3 1,5 4 5 0

Meses de

cond.

Saturada

8 2 6 4 4 3,5 3 2 0,5 1 2 0

28

Para la calidad del drenaje del material y la capacidad para remover la humedad

nos basaremos en los siguientes parámetros.

Calidad del

drenaje del

material usado

en la base y/o

sub-base

Porcentaje del tiempo al cual está expuesta la estructura

del pavimento a niveles de humedad próxima a la

saturación

del 1% 1 – 5% 5 – 25% al 25%

Región del país

XII IX II, VII, VIII,

X, XI

I, III, IV, V, VI

Excelente 1,20 1,20 1,20 1,20

Bueno 1,20 1,20 1,10 1,00

Regular 1,20 1,10 0,90 0,80

Pobre 1,10 0,90 0,80 0,80

Muy pobre 1,00 0,85 0,80 0,80

Cuadro 13. Capacidad del Drenaje para Remover la Humedad

Calidad del drenaje Tiempo en que el agua es removida

Excelente 2 horas

Bueno 1 día

Regular 1 semana

Pobre 1 mes

Malo Agua no drena

Fuente: Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte

(AASHTO).

Para efectos de diseño usaremos la calidad del drenaje regular. En el cuadro 15

se presentan los valores recomendados para m2 y m3 en función de la calidad del

29

drenaje y el porcentaje del tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del

pavimento pueda estar expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación:

Como se puede notar la zona VI del mapa en función del clima se encuentra en

el nivel de porcentaje de tiempo mayor al 25%, por lo tanto tomamos el valor de la

calidad del drenaje regular de m= 0.80 para base y sub-base, puesto que la carpeta

obtiene el 100% de la calidad del drenaje que equivale a 1.

Para calcular los espesores de las capas del pavimento el método AASTHO

asemeja la estructura en una posición superpuesta desde la primera capa hasta la última,

usando el valor abstracto del número estructural de cada capa. Para ello se recopilaron

en orden los resultados obtenidos en el siguiente cuadro:

Cuadro 15. Datos para el Diseño de Pavimento

NOMBRE NOMENCLATURA VALOR

Numero Estructural de la Base SNBS 1.08

Numero Estructural de la Sub-base SNSB 1.45

Numero Estructural de la Sub-rasante SNSR 2.08

Coeficiente Estructural de la Carpeta

Asfáltica

a1 0.40

Coeficiente Estructural de la Base a2 0.12

Coeficiente Estructural de la Sub-base a3 0.10

Coeficiente de Drenaje de la Carpeta

Asfáltica

M1 1.0

Coeficiente de Drenaje de la Base M2 0.80

Coeficiente de Drenaje de la Sub-base M3 0.80

Fuente: Grupo N°2

30

Espesor de la Carpeta Asfáltica

Se calcula con el número estructural de la base de la siguiente manera:

SNBS= a1 × m1 × D1

D1=1. 45

0 .40 ×1= 0.63in ×2. 54 = 9.21 ≈

Ahora recalculamos el número estructural de la base y tenemos:

D1=9

2.54= 3.54in

SNBS*= 0.40 × 1.0 ×3.54 = 1.42m

Espesor de la Base

Se calcula con el número estructural de la sub-base:

SNSB= SNBS* + a2 × m2 × D2

D2= 1.13 – 1.420 .12 ×0 . 80

= 3.02 in ×2.54 cm = 7.67cm ≈

Luego calculamos el nuevo número estructural para la sub-base para equilibrar

la ecuación:

D2= 8 cm2.54

= 3.15 in

SNSB*= 1.42+ 0.12 × 0.80 × 3.15 = 1.72

SNSB**=1.72 – 1.42 = 0.30

Espesor de la Sub-base

Se calcula tomando el número estructural de la sub-rasante o suelo de fundación,

de la siguiente manera:

SNSR= SNBS* + SNSB * + a3 × m3 × D3

9 cm

8cm

31

D3 =2−1.42−0.300 .10 ×0 . 80

= 3.50 in × 2.54 = 8.89cm ≈

De esta manera hemos obtenido el

diseño de los espesores del pavimento que se

pueden apreciar en la siguiente gráfica:

Grafico 12. Modelo grafico de los espesores de las capas del pavimento. Fuente:

Grupo 2

Después de obtener el diseño comparamos los valores de los espesores con los

valores mínimos en función de las repeticiones de los ejes equivalentes para determinar

si estamos en el parámetro normativo indicado en el siguiente cuadro:

Cuadro 16. Espesores Mínimos en Pulgadas en Función de los Ejes

Equivalentes

Tránsito en ejes equivalentes

(ESAL`s)

Carpetas de Concreto

Asfaltico Bases granulares

Menor de 50.000 1,0 o T.S 4,0

50.001 – 150.000 2,0 4,0

150.001 – 500.000 2,5 4,0

500.001 – 2.000.000 3,0 6,0

2.000.001 – 7.000.000 3,5 8,0

Mayor de 7.000.000 4,0 10,0

Fuente: grupo 2

9cm

Carpeta Asfáltica = 9 cm

Base = 8 cm

Sub- Base=9 cm

32

Se puede observar en el cuadro de valores tabulados por el instituto nacional del

asfalto (INVEAS), que los valores en pulgadas correspondientes a la carpeta asfáltica y

a las bases granulares del pavimento diseñado se mantienen en un margen elevado del

estimado mínimo que deben poseer los mismos correspondientemente, es decir, la

carpeta asfáltica calculada obtuvo un espesor de 8 centímetros que serían 3.15 pulgadas,

el cual comparándolo con la tabla, el mínimo según norma para un tráfico de ejes

equivalentes de 150.001 – 500.000 es de 2.5 pulgadas u 0.98 cm, lo cual indica que el

cálculo se encuentra regido dentro de los parámetros.

Lo mismo sucede con la suma de las bases granulares que en total serian 27

centímetros y el espesor mínimo según norma para cuya cantidad de ejes equivalentes

antes mencionada es de 8 pulgadas que en conversión son 20.32 centímetros.

33

ANEXOS

34

35

Conclusiones

Lo primordial del diseño de pavimentos, es contar con una estructura sostenible y

económica que permita la circulación de los vehículos de una manera cómoda y segura,

durante un periodo fijado por las condiciones de desarrollo, tomando en cuenta todas y

cada una de las variables que se consideran en el diseño del mismo, de acuerdo a las

características del sitio. Mientras más información se tenga y ésta sea lo más precisa y

fidedigna posible, el diseño será más seguro. Evitando deterioros prematuros de la

estructura del pavimento. Si existe un mantenimiento inadecuado o no se realiza, el

deterioro será mayor.

El métodos más utilizado para el diseño de pavimentos es el método AASHTO, descrito

en este trabajo, por lo que el punto más importante es aproximar las características de

los materiales térreos del cimiento del lugar donde se esté diseñando el elemento

estructural. No es recomendable que esta metodología se aplique por igual en climas

diferentes a aquellos para los cuales fueron desarrollados sin hacerles las adecuaciones

necesarias ya que se puede incurrir en altos costos innecesarios o en errores.

Las variables de diseño que toma en cuenta el método AASHTO son el espesor,

variable que se pretende determinar, la serviciabilidad, el tránsito, que es una de las

variables más significativas y sin embargo una es una de las que más incertidumbre

presenta en el momento de estimarse, la transferencia de carga, las propiedades del

concreto, resistencia a la sub-rasante, el drenaje y por último la confiabilidad. Cada una

de éstas variables se explicaron de forma detallada en el desarrollo del este trabajo.

Otro punto importante para el diseño de pavimentos es tomar en cuenta las juntas que

son diseñadas para transferir las cargas del tráfico entre las losas, controlar el

agrietamiento longitudinal y transversal, disipar tensiones debidas a agrietamientos

inducidos debajo de las mismas juntas; todo esto con la ayuda de las pasajuntas.

36

Se desarrolló de manera concreta las fallas de los pavimentos así como también las

causas que originan estos daños entre los que destacan: levantamiento de losas, fisuras

de esquina, desplazamientos verticales diferenciales, fisuras longitudinales, el bombeo

de finos, fisura miento en D, fisuras en forma de mapa, despostilla miento en juntas,

fisuras transversales y diagonales y baches. El proceso de reparación que se realiza para

algunas de las fallas más comunes y la forma de evaluación.

Es fundamental un correcto diseño del pavimento y de la misma manera la construcción

para que los costos de mantenimiento y conservación disminuyan.

37

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