diseño moderno de pavimentos

1

DISEDISEÑÑO O MODERNO MODERNO DEDE PAVIMENTOSPAVIMENTOSASFALTICOSASFALTICOS

Ing. ABEL ORDOIng. ABEL ORDOÑÑEZ HUAMANEZ HUAMANUNIUNI

MaestrMaestríía en Ingeniera en Ingenieríía Civila CivilDoctorado en IngenierDoctorado en Ingenieríía Geota Geotéécnicacnica

III CONGRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION III CONGRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION Lima 7Lima 7--9 de Diciembre 2006 9 de Diciembre 2006

Ing. SILENE MINAYA GONZIng. SILENE MINAYA GONZÁÁLEZLEZURP URP –– UAPUAP

MaestrMaestríía en Ing. de Transportesa en Ing. de TransportesMaestrMaestríía en Ing. Geota en Ing. Geotéécnicacnica

Terreno de fundación Compactado

Carpeta asfCarpeta asfáálticaltica

SubSub basebaseBase

rasanterasante

subrasantesubrasante

Terreno de fundación sin compactar

ESTRUCTURA TIPICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOSESTRUCTURA TIPICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOS

2

PROBLEMPROBLEMÁÁTICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOSTICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOS

1.1. COMPORTAMIENTO DE FUNDACIONCOMPORTAMIENTO DE FUNDACION

2.2. CAMBIOS VOLUMETRICOS Y EFECTO CAMBIOS VOLUMETRICOS Y EFECTO CAPILAR EN CLIMAS FRIOSCAPILAR EN CLIMAS FRIOS

3. COMPORTAMIENTO DE CARPETAS 3. COMPORTAMIENTO DE CARPETAS ASFALTICAS A TEMPERATURAS ASFALTICAS A TEMPERATURAS EXTREMASEXTREMAS

4. MEZCLAS ASFALTICAS DE ALTA 4. MEZCLAS ASFALTICAS DE ALTA RESISTENCIA ASOCIADO AL INDICE RESISTENCIA ASOCIADO AL INDICE DE PARTICULA (GRANULOMETRIA)DE PARTICULA (GRANULOMETRIA)

5. CONTRIBUCION DE CADA CAPA EN LA 5. CONTRIBUCION DE CADA CAPA EN LA DEFORMACION PERMANENTEDEFORMACION PERMANENTE

SUPERPAVE SUPERPAVE

S.M.A. S.M.A. ““STONE MASTIC ASPHALTSTONE MASTIC ASPHALT””

Por investigar Por investigar (flujo en suelos no saturados)(flujo en suelos no saturados)

AnAnáálisis Deformacionallisis DeformacionalAASHTO 2002AASHTO 2002

CBR natural CBR natural

1.1.-- Suelo de FundaciSuelo de Fundacióónn

3

A. ORDOÑEZ, 2001

PARAMETROS DE DEFORMABILIDADPARAMETROS DE DEFORMABILIDAD

MODULOS ELASTICOS EN MECANICA DE SUELOSMODULOS ELASTICOS EN MECANICA DE SUELOS

E.edo = p/ev

p

ev=∆h/ho

COMPRESION EDOMETRICAASTM D 2435

σc σc

COMPRESION TRIAXIAL

ASTM D 4767σd

σd

E.t = σd./ev

p

E = π(1-ν2)pr/2ρ

ρ

Ecbr = 9.83CBR (kg/cm2)

C.B.R.ASTM D 1883

p

PLACA DE CARGAASTM D 1194

ρ

A. ORDOÑEZ, 2001

MODULO RESILIENTE y COEFICIENTE DE BALASTROMODULO RESILIENTE y COEFICIENTE DE BALASTRO

carga, p (kg/cm2)

asentamiento, s (cm)

k = p/s (kg/cm3)

σcσc

pcarga, p (kg/cm2)

deformación vertical, ev

εp εeMr = p/εe

k = 1.4E/D

TRIAXIAL CICLICOASTM D 5311

PLACA DE CARGAASTM D 1194

A. ORDOÑEZ, 2001

Dp

εtotal

4

carga, p(kg/cm2)

εeεp

deformación vertival, εv

εeεp

carga, p(kg/cm2)

deformación vertival, εv

Comportamiento de Suelos Granulares y Limo-arcillosos

1,450

1,500

1,550

1,600

1,650

1,700

1,750

1,800

1,850

1,900

1,950

2,000

2,050

4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0

Humedad (%)

Den

sida

d S

eca

(gr/c

m3 )

Curva Densidad SecaCurva Densidad Seca--HumedadHumedadAv. La Paz Cdra.10 San MiguelAv. La Paz Cdra.10 San Miguel--LimaLima

11.7

1.971

(20.1,1.62)

Proctor Modificado

Condición Natural

5

2.2.-- CARPETA ASFALTICACARPETA ASFALTICA

ESFUERZOS EN PAVIMENTOS TIPICOSESFUERZOS EN PAVIMENTOS TIPICOS

Carpeta

Base granular

(+)(-)

σv

σH

Sub base granular

Suelo compactadoFundación

Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Típicos

6

Ensayo Ensayo de Traccide Traccióón Indirecta n Indirecta para determinar Mpara determinar MóódulosdulosResilienteResiliente de Mezclas Asfde Mezclas Asfáálticaslticas

Y

P

PY

Tracción

Compresión

X

dtP

y 6

πσ −

=

P

dtP

x 2π

σ =

P

ESTRUCTURAS SEMIRIGIDASESTRUCTURAS SEMIRIGIDAS

Carpeta

Base Estabilizada

Sub base Estabilizada

Fundación

(+)

(-) σv

σH Distribución de Esfuerzos en

Pavimentos con Base y/o Sub Base Estabilizada.

7

Ensayo Ensayo TriaxialTriaxial CCííclico clico para determinar Mpara determinar MóódulosdulosDinDináámicosmicos de Mezclas Asfde Mezclas Asfáálticaslticas

Universidad de Arizona,Universidad de Arizona, 20002000

EcuaciEcuacióón de n de WitczakWitczak -- MMóódulo Dindulo Dináámicomico( ) a4

2200200 V0580970p0028410p0017670p02923207500633E ×−×−×−×+= .....log *

( )( )

( ) ( )( )η−−−+

+−+−+

+×−

log..log............

. 3935320f3133510603313034

238384

aeff

eff

e1p0054700p0000170p0039580p002108719773

VVbVb8022080

E* Módulo dinámico de mezclas asfálticas, psiη Viscosidad de ligante en 106 poise (cualquier Tº y envejecimiento)f Frecuencia de carga en Hz.Va % de vacíos de aire en la mezcla, por volumen.Vbeff contenido de asfalto efectivo, porcentaje por volumenP34 % ret. acum. en tamiz ¾”, por peso total de agregadoP38 % ret. acum. en tamiz 3/8”, por peso total de agregadoP4 % ret. acum. en tamiz Nº4, por peso total de agregadoP200 % que pasa el tamiz Nº200, por peso total de agregado

η

8

Modelo de Mirza, 1995Modelo de Mirza, 1995

2Pen003890Pen 26012501210 )log(.)log(..log +−=η

η Viscosidad de ligante, poisesPen Penetración del asfalto a 25ºC (penetración de 3 a 300dmm)

Viscosidad del Asfalto OriginalViscosidad del Asfalto Original

AASHTO 2002AASHTO 2002

RTVTSA log log log +=η

η Viscosidad de ligante, centipoises cPTR Temperatura en RankineA y VTS Parámetros de regresión

9

-10 1,115,628.43 731,029.32 417,758.92 173,811.03 19,295.57

0 21,249.81 13,933.23 7,967.08 3,339.57 381.226

10 739.15 487.84 281.40 120.22 14.533

20 42.136 28.105 16.444 7.214 0.941

40 0.435 0.298 0.181 0.085 0.013

TºC

Viscosidad Viscosidad ηη del del liganteligante no envejecido, no envejecido, MpoiseMpoise

PEN40-50

PEN60-70

PEN 85-100

PEN 120-150

PEN 200-300

60 0.014 0.010 0.006 0.003 0.001

EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LAECUACION DE WITCZAK

Mezcla asfáltica densa convencional:

TMN 3/4”

(P34:0%, P38:30%, P4:50%, P200:5%, Vbeff:15%, Va: 4%)

Velocidad 25, 70 y 95 kph

Frecuencias 15, 50 y 70 Hz

Asfalto PEN 60-70, 85-100 y 120-150

10

0

5

10

15

20 40 60 80 100

Velocidad, Km/h

Mód

ulo

Din

ámic

o E*

(x10

5) p

si

20ºC 30ºc40ºC 50ºC

Asfalto PEN 60-70

0

5

10

15

20

25

20 40 60 80 100

Velocidad, Km/h

Mód

ulo

Din

ámic

o E*

(x10

5) p

si


Asfalto PEN 85-100

11

0

5

10

15

20

25

30

20 40 60 80 100

Velocidad, Km/h

Mód

ulo

Din

ámic

o E*

(x10

5) p

si


Asfalto PEN 120-150

3.3.-- ANALISIS DEFORMACIONAL DE LA ANALISIS DEFORMACIONAL DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

12

La deflexión admisible puede ser calculada con alguna de las siguientes ecuaciones empíricas:

Instituto del Asfalto:

CONREVIAL:

Criterio de California, CA de 5”:

N es el número de ejes equivalentes usado en el diseño. Aplicando las ecuaciones a 0.8x106 ejes equivalentes se tiene: 101, 109 y 66 (1/100 mm) de deformación admisible, respectivamente.

3.1 DEFLEXION ADMISIBLE3.1 DEFLEXION ADMISIBLE

2383.064.25 −= NDadm

( ) 25.0/15.1 NDadm =

165.0237.6 −= NDadm

ModelamientoModelamiento de Estructuras Tde Estructuras Tíípicaspicas

Variable

20 cm

25 cm

15 cm

Fundación

Suelo compactado

Sub base granular

Base granular

Carpeta asfálticaCAPA DE PAVIMENTO CARACTERÍSTICAS

CARPETA ASFALTICA: 2,4 Y 6”

Mr=450,000 psiν=0.35 (ref. 2)

BASE GRANULAR, CBR=100%

Mr= 30,000 psiν=0.35 (ref. 2)

SUB BASE GRANULAR CBR=40%

Mr= 17,500 psiν=0.35 (ref. 2)

SUELO COMPACTADOCBR=20%

Mr= 12,000 psiν=0.45 (ref. 2)

FUNDACIONCBR=4%

Mr=6,000 psiν=0.45 (ref. 2)

TIPO DE EJE SIMPLE STANDARD

RADIO DE CONTACTO 4.52 PULG

PRESION DE CONTACTO 5 kg/cm2

13

6”

2”4”

Base granular

Sub base granular


Carpeta

σv

Esfuerzos Verticales o de CompresiEsfuerzos Verticales o de Compresióónn Estructura Estructura TTíípicapica

εV (subrasante) : 3.75%

Deflexiones:Carp. Asfáltica Dinámica Estática

2 pulg. 0.83 mm 8.3 mm4 pulg. 0.65 mm 6.5 mm6 pulg. 0.54 mm 5.4 mm

Deformaciones por TracciDeformaciones por Traccióón en Esn en Estructuratructura TTíípicapica

Carpeta

Base granular

Sub base granular


εt

6”2”

4”

14

ModelamientoModelamiento de Estructuras de Estructuras SemirigidasSemirigidas

1”

20 cm

20 cm

65 cm

Fundación natural de arcilla

arcilla+arena

Sub base : suelo+cal

Base:Suelo+cemento

Carpeta asfálticaCAPA DE PAVIMENTO CARACTERÍSTICAS

CARPETA ASFALTICA E*=300,000 psiν=0.35

BASE:SUELO+CEMENTO Mr= 700,000 psi4ν=0.15

SUB BASE:SUELO+CAL Mr= 60,000 psiν=0.20

ARCILLA+ARENA Mr= 24,000 psi5ν=0.25

FUNDACIONCBR=3%

Mr=4,500 psiν=0.45 (ref. 2)

TIPO DE EJE SIMPLE STANDARD

RADIO DE CONTACTO 4.52 PULG

PRESION DE CONTACTO 5 kg/cm2

Fundación natural de arcilla

arcilla+arena

Sub base : suelo+cal

Base:Suelo+cemento

Carpeta asfáltica

Deflexión =3mmεv(sub-rasante) = 0.01%εH (+)=0.006%σv(fundación)=0.04kg/cm2

σv

σH

Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Semirigidos

AnAnáálisis Deformacional en Eslisis Deformacional en Estructuratructurass SemirSemiríígidasgidas

diseño moderno de pavimentos

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