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Diseño Moderno de Pavimentos Diseño EmpíricoExperimental de Pavimentos Asfálticos

Es una medida que incorpora algún grado de certeza en el proceso de diseño para asegurar que los diferentes parámetros alcancen el período de análisis. La tabla 7.5 presenta los niveles recomendados de confiabilidad para diferentes clasificaciones funcionales.

Interestatal y otras vías 85-99,9 80-99,9Arterias principales 80-99 75-95Colectores 80-95 75-95Local 50-80 50-80

La desviación estándar normal está en función de la confiabilidad del proyecto, R. En la tabla 7.6 se muestran los valores de desviación estándar correspondiente a diferentes niveles de confiabilidad.

El medio ambiente puede afectar el comportamiento del pavimento de diferentes maneras. Las variaciones térmicas y humedad, afectan la resistencia, durabilidad y capacidad de transporte de carga. Otro impacto medioambiental importante es el efecto directo del congelamiento, deshielo y desintegración en la subrasante.

La serviciabilidad se define como la calidad de servicio del pavimento. La primera medida de la serviciabilidad es el Indice de Serviciabilidad Presente, PSI, que varía de 0 (carretera imposibles de transitar) a 5 (carretera perfecta). El PSI se obtiene midiendo la rugosidad y daño (agrietamiento, parchado y deformación permanente) en un tiempo en particular durante la vida de servicio del pavimento. La rugosidad es el factor dominante para estimar el PSI del pavimento.

S. MINAYA & A. ORDOÑEZ 111Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerenciawww.construccion.org.pe / Email: [email protected] / Telefax: 421-7896


Confiabilidad Desviación Estándar R, % Normal, ZR50 -0.00060 -0.25370 -0.52475 -0.67480 -0.84185 -1.03790 -1.28291 -1.34092 -1.40593 -1.47694 -1.55595 -1.64596 -1.75197 -1.88198 -2.05499 -2.32799.9 -3.09099.99 -3.750

La guía AASHTO 93 usa la variación total del índice de serviciabilidad ( PSI) como criterio de diseño, que se define como: (7.4)t0 ppPSI

Donde:p0 índice de serviciabilidad inicial pt índice de serviciabilidad final, que es el más bajo índice tolerable antes de la rehabilitación.

Las propiedades mecánicas del suelo de la subrasante se caracterizan en AASHTO 93 por el módulo resiliente, MR. El módulo resiliente mide las propiedades elásticas reconociendo sus características no lineales. El módulo resiliente se correlaciona con el CBR, mediante la siguiente ecuación: MR [psi] = 1500 x CBR ........ (7.5 a) MR [kPa] = 10342 x CBR ........ (7.5 b)

Esta ecuación es razonable para suelos de gradación fina con CBR menores que 10%.



El número estructural requerido se convierte a espesores de concreto asfáltico, base y sub base, por medio de coeficientes de capa y utilizando la ecuación 7.2.

Se asigna un coeficiente de capa a cada material de la estructura de pavimento. El coeficiente de capa expresa una relación empírica entre el número estructural, SN, y el espesor.La figura 7.3 muestra la carta sugerida por AASHTO 93, para definir el coeficiente estructural de concreto asfáltico de gradación densa basado en su módulo elástico (EAC) a 68°F. Este módulo elástico es el Módulo Dinámico Complejo, E*, obtenido de ensayos cíclicos.

Las figuras 7.4, 7.5 y 7.6 muestran las cartas utilizadas para definir el coeficiente estructural, a2, de base granular, base tratada con asfalto y base tratada con cemento, respectivamente. Toma en cuenta cuatro diferentes ensayos de laboratorio. .- La figura 7.7 muestra la carta que puede ser usada para calcular el coeficiente de capa, a3, para una sub base granular a partir cuatro diferentes ensayos de laboratorio, incluyendo el módulo resiliente de la sub base ESB.

El método AASHTO asume que la resistencia de la subrasante y base permanecerá constante durante la vida de servicio del pavimento. Para que esto sea cierto, la estructura de pavimento debe tener drenaje apropiado. La calidad de drenaje se incorpora al diseño, modificando los coeficientes de capa. El factor que modifica el coeficiente de capa se representa por . El posible efecto del drenaje en el concreto asfáltico no se considera. La tabla 7.6 presenta las definiciones generales correspondientes a los diferentes niveles de drenaje.

Excelente 2 horasBueno 1 día

Regular 1 semanaPobre 1 mes

Muy pobre el agua no drena



(1) Escala derivada de correlaciones obtenidas en Illinois (2) Escala derivada de proyectos de la NCHRP (3)



(1) Escala derivada de correlaciones obtenidas en Illinois, Louisiana y Texas (2) Escala derivada de proyectos de la NCHRP (3)



)Figura 7.7.- Variación de coeficiente de capa de sub base granular (a3con la variación de los parámetros de resistencia



La tabla 7.7 muestra los coeficientes recomendados dependiendo de la calidad de drenaje y el porcentaje de tiempo anual en que la estructura del pavimento podría estar expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación.

Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20Bueno 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 0.80Pobre 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60

Muy pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

Efectúe el diseño de un pavimento flexible nuevo para un período de diseño de 10 años, considerando un nivel de serviciabilidad inicial de 4 y final de 2. El módulo resiliente de la subrasante es 15.5 ksi. Asuma que el tráfico acumulado proyectado es de 3.41x106 ESAL en el carril de diseño. Considere que se trata de una vía de gran importancia. Adopte los parámetros que crea conveniente para la solución del problema.

Período de diseño, n 10 años Mód. resiliente subrasante, MR 15,500 psi ESAL de diseño, W18 3.41x106PSI 4.0 o 2.0 PSIf

Comportamiento dela serviciabilidad

100

4PSI

2

t (años)



Confiabilidad, R 95% (valor promedio de 80 a 99.9%, tabla 7.5) Desv. Est. Normal, ZR -1.645 (tabla 7.6) 0.45 (AASHTO 1993 recomienda valores entre 0.40 Error Estándar, So y 0.50 para pavimentos flexibles)

Según el nomograma de la figura 7.2 se tiene: Este valor debe ser ajustado aplicando la ecuación 7.1 de cuyo resultado se obtuvo que:

Las condiciones de drenaje asumidas para el proyecto son buenas y el porcentaje de tiempo en que la estructura del pavimento es expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación son 1-5% y 5-25% para las capas de base granular y sub base granular, respectivamente. De las tablas 7.6 y 7.7 se tiene: =1.1Drenaje de base granular m2=1.0Drenaje de sub base granular m3

Coeficientes de Capas: = 0.44 pulg (figura 7.3) Carpeta asfáltica E=450,000 psi a -11 = 0.14 pulg (figura 7.4) Base granular CBR=100% a -12MR = 30,000 psi = 0.10 pulg (figura 7.7) Sub base granular CBR=25% a -13MR = 13,600 psi AASHTO 1993 propone dos metodologías para determinar los espesores de las capas que compondrán la estructura del pavimento. El primer método es por espesores mínimos y la segunda donde los espesores mínimos son referenciales.

La guía recomienda los siguientes espesores en función del tránsito: Tabla 7.8. Tabla 7.8: Espesores mínimos recomendados

ESAL Concreto asfáltico Base granular > 50,000 1.0 (o tratamiento superficial 450,001 – 150,000 2.0 4150,001 – 500,000 2.5 4500,001 – 2’000,000 3.0 62’000,001 – 7’000,000 3.5 6> 7’000,000 4.0 6



Según la tabla 7.8 los espesores mínimos recomendados, para el tránsito son: =3.5 pulg. Espesor de carpeta asfáltica D1=6.0 pulg. Espesor de base granular D2

Reemplazando estos valores en la ecuación 7.2:33322211 m D a m D a D aSN

1.0D 10.01.10.614.05.344.04.3 3

lgpu 10Dlgpu 36.9D

33

El pavimento tendrá las siguientes dimensiones:

Subrasante

Carpeta

Base granular

Sub base granular

3.5”

6” 10”

Otras alternativas de éste primer método son: = 4 pulg 2º tanteo: D1 = 6 pulg SN = 3.484 D2D3 = 8 pulg

3º tanteo: D1 = 3.5 pulg = 8 pulg SN = 3.512 D2 = 8 pulg D3

donde los espesores mínimos son referenciales a) Se asume que la carpeta asfáltica se cimentará sobre la base granular con módulo resiliente de 30,000 psi:

Carpeta

BG; MR=30,000 psi

Según el nomograma de la figura 7.2 y aplicando la ecuación 7.1 se obtuvo que: S. MINAYA & A. ORDOÑEZ 121Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia

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SN =2.86requerido 1

Como se sabe: SNrequerido 1 =a1D1

11 requerido1 a

SNDpulg 5.644.0

86.2D1

b) Ahora se asume que la base granular se cimienta sobre la sub base granular con módulo resiliente de 13,600 psi:

SBG; MR=13,600 psi

CarpetaBase granular

Según el nomograma de la figura 7.2 y aplicando la ecuación 7.1 se obtuvo que: =3.4SNrequerido 2

=a D + a m DComo se sabe: SNrequerido 2 1 1 2 2 2 2D1.114.05.644.04.3pulg 5.3D2

c) Ahora se asume que la sub base granular se cimienta sobre la subrasante con módulo resiliente de 15,500 psi:

Subrasante; MR=15,500 psi

Sub base granular


Según el nomograma de la figura 7.2 y aplicando la ecuación 7.1 se obtuvo que: =3.4 SNrequerido 3

=a DComo se sabe: SNrequerido 3 1 1 + a m D2 2 2 + a3m D3 3



3D0.110.05.31.114.05.644.04.3pulg 0D3

El diseño final será:

Subrasante


6.5”

3.5”

De los dos métodos recomendados por el Métodos AASHTO 1993, el segundo método siempre da valores mas altos. Esto nos lleva a analizar la estructura por el primer método. Sin embargo, esto no nos exime de realizar el segundo análisis. De la práctica en nuestro país, general se recomienda en el diseño 2 pulg de carpeta asfáltica. Con este valor se puede realizar el cálculo de los otros espesores, aplicando el primer método.


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