DISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOS PARA CALLES Y CARRETERASCONTENIDOIntroduccinMtodos empricos de diseoMtodo AASHTO - 93Modelos INVAS - 98Mtodos emprico-mecansticos de diseoMtodo SHELL 98 (SPDM 3.0)Diseo de pavimentos sobre suelos blandosDISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOSPARA CALLES Y CARRETERASINTRODUCCIN La mayora de los mtodos de diseo depavimentostienenunaltogradodeempirismo,propio de las agencias que los han desarrolladoEs corriente obtener diferentes espesores alaplicar distintos mtodos dediseo, empleandolos mismos datos de entradaINTRODUCCINGeneralidadesGran parte de estas diferencias se debe a la falta deuna descripcin precisa y cuantitativa de lo queconstituye la falla de un pavimento de calle ocarretera, as como a los niveles de confiabilidad queconsideran los diferentes mtodosLosprocesosdediseodepavimentossepuedendividir en dos grupos: EmpricosEmprico - mecansticosGeneralidades (cont.)INTRODUCCIN Se basan en los resultados de experimentos o en laexperienciaRequieren un elevado nmero de observaciones paraestablecer relaciones aceptables entre las variables y losresultados de las pruebasNo es necesario establecer una base cientfica firmede las relaciones, en la medida en que se reconocen suslimitacionesINTRODUCCINPROCESOS EMPRICOS DE DISEOEn muchos casos resulta ms conveniente confiar enla experiencia que tratar de cuantificar la causa exactay el efecto de ciertos fenmenosEjemplos de mtodos de diseo de concepcinemprica son el de California (Hveem y Carmany), elAASHTO-93y el INVIAS-98INTRODUCCINPROCESOS EMPRICOS DE DISEO Incorporan elementos de ambos planteamientosLacomponentemecnicadeterminalasreaccionesdel pavimento, tales como esfuerzos, deformaciones ydeflexiones, mediante el uso de modelos matemticosLaporcinempricarelacionaestas reaccionesconel comportamiento de la estructura del pavimento(porejemplo, relaciona una deflexin calculadamatemticamente, con la vida real del pavimento)INTRODUCCINPROCESOS EMPRICO - MECANSTICOS DE DISEOAunque existen tcnicasmecansticas complejas declculo, los modelos elsticos lineales sujetos a cargaesttica son los ms empleados en la solucin deproblemas rutinarios de ingeniera de pavimentosEjemplos de mtodos de diseo de pavimentos queusan estos procesos son el del Instituto del Asfalto, eldeShell y el AASHTO 2002INTRODUCCINPROCESOS EMPRICO - MECANSTICOS DE DISEODISEO DE PAVIMENTOS ASFLTICOSMTODOS EMPRICOS DE DISEOMTODOS EMPRICOS DE DISEOMTODO AASHTO - 93 Se basa en los resultados AASHO Road TestEn la revisin realizada en 1986 se introdujeronfactores de confiabilidad, drenaje y aspectos climticosSu criterio de falla es el ndice de servicio final (pt)MTODO AASHTO - 93FUNDAMENTOS DEL MTODOEl trnsitoquellevaalafalladel pavimentoesfuncin del nmero estructural, de la resistencia de lasubrasante, de la prdida deseada de ndice deservicio y de la confiabilidad elegidaIncluye la posibilidad de que se reduzca el periododediseopor lapresenciadesuelosdesubrasanteexpansivosFUNDAMENTOS DEL MTODOMTODO AASHTO - 93 ServiciabilidadCapacidad de un pavimento de servir al trnsito que haceusodel enuninstantedeterminado, desdeel puntodevista del usuarioComportamiento del pavimento (performance)Tendenciadelaserviciabilidadconel incrementoenelnmero de aplicaciones de carga por ejePeriodo de comportamiento (periodo de diseo)Lapso que transcurre desde que un pavimento es construidoo rehabilitado, hasta que alcanza su serviciabilidad terminalDEFINICIONESMTODO AASHTO - 93Concepto de serviciabilidad comportamientoLaserviciabilidaddeunpavimentoseexpresaentrminos de su ndice de Servicio Presente (ISP)CONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93CONSIDERACIONES DE DISEOConcepto de serviciabilidad comportamientoFrmula del ndice de Servicio Presente (ISP) parapavimentos asflticossv = Varianza de la pendiente del perfil longitudinal(c + p) = rea con grietas clases 2 y 3 ms rea parchada por cada 1000 pies2RD = Ahuellamiento medido con una regla de 1.20 metrosMTODO AASHTO - 93Ecuacin de comportamiento07 . 8 ) )(log 32 . 2 () 1 (10944 . 05 . 1 2 . 4log20 . 0 )) 1 )(log( 36 . 9 ( ) )( (19 . 518 +++((

A+ + + =R RMSNISPSN So z LogWCONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93W18=nmerodeaplicacionesdeejessimplesequivalentesde18kip(80 kN) hasta el tiempo t en el cual se alcanzaISP = ptSN = nmero estructuralAISP = pi- pt= diferencia entre los ndices de servicio inicial y terminalMR = mdulo resiliente de la subrasante ( libras/pg2)So = desviacin estndar total de la distribucin normal de los erroresasociados con las predicciones de trnsito y de comportamientodel pavimento (0.44-0.49)zR=parmetro estadstico asociado con distribuciones normales dedatos, que considera la probabilidad de que el ndice de serviciodel pavimento sea superior a pt durante el periodo de diseoCONSIDERACIONES DE DISEOSignificado de los trminos de la ecuacinMTODO AASHTO - 93REPRESENTACIN GRFICA DE LA ECUACINMTODO AASHTO - 93NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS POR AASHTOUrbana RuralAutopistas 85 - 99.9 80 - 99.9Arterias principales 80 - 99 75 - 95Colectoras 80 - 95 75 - 95Locales 50 - 80 50 - 80Clasificacin funcional de la vaNivel recomendado de confiabilidad (%)CONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93RELACIONES ENTRE CONFIABILIDAD Y ZREN UNA DISTRIBUCIN NORMALConfiabilidad (%) 50 75 80 85 95 99 99.9zR0 0.674 0.842 1.037 1.645 2.327 3.08CONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93Mdulo resiliente efectivo (MR) Es el mdulo resiliente promedio que se traduce en undao del pavimento (Uf) igual al que se alcanzara si seusaran valores modulares estacionales:Se divide el ao en periodos con diferente MR conbase en la humedad del suelo o en la variacin de lasdeflexiones medidas en pavimentos construidos sobreel mismo sueloCONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93Se determina el dao relativo por periodoUf= 1.8 x 106* MR-2.32Se calcula el dao relativo promedioSe halla el mdulo resiliente efectivo a partir deldao relativo promedio, usando la mismaecuacinMdulo resiliente efectivo (MR)CONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93CONSIDERACIONES DE DISEOVARIACIN DEL MDULO DURANTE EL AOMTODO AASHTO - 93CONSIDERACIONES DE DISEOVARIACIN DEL MDULO DURANTE EL AOMTODO AASHTO - 93AJUSTE DEL MRDE LA SUBRASANTE POR LAS VARIACIONES ESTACIONALESMTODO AASHTO - 93 La resistencia del pavimento se representa por SN, el cual esfuncin del espesor de las capas, de los coeficientesestructurales de ellas y del coeficiente de drenajeEl nmero estructural total del pavimento est dado por :SN =Eai*Di*miCONSIDERACIONES DE DISEONmero estructural (SN)MTODO AASHTO - 93SN = a1*D1+ a2*D2*m2+ a3*D3*m3D1,2,3= espesores de capas asflticas, base y subbaserespectivamente (pulgadas)ai= coeficiente estructural de capa i, dependiente de su mdulomi= coeficientes de drenaje para capas no estabilizadas,dependiente del tiempo requerido para drenar y del tiempo enque la humedad se encuentre en niveles cercanos a la saturacinCONSIDERACIONES DE DISEONmero estructural (SN)MTODO AASHTO - 93Coeficientes estructurales de capa (ai) Los coeficientes estructurales dependen de:Resistencia del material (CBR, mdulo, etc)Calidad de la construccinEstado de esfuerzosMiden la capacidad relativa de una unidad deespesor de una determinada capa para funcionar comocomponente estructural del pavimentoCONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93Valores promedio de coeficientes estructuralesMezcla asfltica densa en caliente: 0.44/pulgadaBase de grava y piedra partida: 0.14/pulgadaSubbase granular: 0.11/pulgadaCONSIDERACIONES DE DISEOCoeficientes estructurales de capa (ai)MTODO AASHTO - 93Coeficiente estructuralFigura GG.7, volumen II, manual AASHTO ( 0.20-0.50)granular a2 = 0.249 (log EB) - 0.977estabilizada con cemento Figura GG.9, volumen II, manual AASHTO ( 0.10-0.28)estabilizada con asfalto Figura GG.10, volumen II, manual AASHTO ( 0.10-0.35)a3 = 0.227 (log ESB) - 0.839 Subbase granularBaseCAPAAsflticaCONSIDERACIONES DE DISEOCOEFICIENTES ESTRUCTURALES DE CAPA (ai)MTODO AASHTO - 93NOMOGRAMA AASHTO PARA LA DETERMINACIN DEL COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE UNA BASE GRANULARMTODO AASHTO - 93Coeficientes de drenaje (mi)CONSIDERACIONES DE DISEOSe establecen a partir de la calidad del drenaje y deltiempo que se considera que el pavimento puedeencontrarse con una cantidad de agua cercana a lasaturacinMTODO AASHTO - 93COEFICIENTES DE DRENAJE miRECOMENDADOS PARA BASES Y SUBBASES GRANULARESEjemplo:Pavimento diseado con drenaje normal (la humedad drena en unasemana)ydurantedosmesesdelao(2/12=0.17=17%)estsometidoacondiciones cercanas a la saturacin.mi = 1.00 - 0.80CONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93Determinacin de los espesores de las capasindividuales (Di) Serequieredeterminarel nmeroestructural(SN)requerido para proteger cada capa inferiorPara ello, se debe aplicar el algoritmoAASHTOusando el mdulo resiliente de cada capa por protegerCONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93| |3 3*2*1 3*32*2*12 2*1 2*21*1 1*111*1/ ) (/ ) (m a SN SN SN DSN SN SNm a SN SN DSN D a SNaSND+ => + => =>* Indica el valor realmente usado, el cual debeser igual o mayor que el valor requerido segnel algoritmoCONSIDERACIONES DE DISEODeterminacin de los espesores de las capasindividuales (Di)MTODO AASHTO - 93Determinacin grfica del SNCONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93Determinacin del SN con un programa de cmputoCONSIDERACIONES DE DISEOMTODO AASHTO - 93ESPESORES MNIMOS ADMISIBLES PARA LAS CAPAS ASFLTICAS Y LA BASE GRANULARN(106) Capas asflticas Base granular< 0.05 TSD 4.00.05-0.15 2.0 4.00.15-0.50 2.5 4.00.50-2.00 3.0 6.02.00-7.00 3.5 6.0>7.00 4.0 6.0Espesores mnimos (pulgadas)MTODO AASHTO - 93CONSIDERACIONES DE DISEOEJEMPLO DE DISEOMTODO AASHTO - 93Va rural localConfiabilidad deseada = 75 % (zR = 0.674)Trnsito esperado = 1,300,000 ejes equivalentesPrdida total de serviciabilidad = 4.2 2.0 =2.2Desviacin estndar total = 0.49Caractersticas de drenaje = AceptablesCondicin cercana a la saturacin durante 4 meses/aomi = 0.80MTODO AASHTO - 93Caractersticas de los materiales de construccinEJEMPLO DE DISEOSOLUCIN DEL EJEMPLO DE DISEOMTODO AASHTO - 93Determinacin de SN1MTODO AASHTO - 93Clculo de D1Verificacin de D14.5 pulgadas > 3.0 pulgadas O.K.Clculo de SN1*SN1*= a1 * D1*= 0.44 * 4.5 = 1.98 pulgadas) 4.5 (tomar pulgadas 4.470.441.97aSND111= = =SOLUCIN DEL EJEMPLO DE DISEOMTODO AASHTO - 93Determinacin de SN2SOLUCIN DEL EJEMPLO DE DISEOMTODO AASHTO - 93Clculo de D2Verificacin de D25.4 pulgadas < 6.0 pulgadas tomar 6.0 pulgadasClculo de SN2*SN2*= a2 D2*m2 = 0.13 * 6.0 * 0.8 = 0.624 pulgadas 5.40.8 * 0.141.98 - 2.54m aSN SND2 2*1 22= ==SOLUCIN DEL EJEMPLO DE DISEOMTODO AASHTO - 93Determinacin de SN3SOLUCIN DEL EJEMPLO DE DISEOMTODO AASHTO - 93Clculo de D3Resumen del diseopulgadas 10.10.8 * 0.1020.624) 1.98 ( - 3.43m a) SN (SN SND3 3*1*2 33=+=+ =SOLUCIN DEL EJEMPLO DE DISEOMTODOS EMPRICOS DE DISEOMTODO INVAS - 98MTODO INVIAS PARA CARRETERAS CONMEDIOS Y ALTOS VOLMENES DE TRNSITOGeneralidades Contiene un catlogo de estructuras definido conbase en el mtodo AASHTO-93 El catlogo de diseo cubre los tipos de pavimentos ymateriales usados actualmente enla prctica local eincluye nuevas tipologas de eficiencia demostrada enotros pases con caractersticas similares a lascolombianas El mtodo considera factores ambientales, de suelos,detrnsitoydedisponibilidaddemateriales, acordescon la realidad colombianaREGIONES CLIMTICASEl pas se dividi en seis regiones climticas, con base en la temperatura y la precipitacin media anualMTODO INVIAS PARA CARRETERAS CONMEDIOS Y ALTOS VOLMENES DE TRNSITORESISTENCIA DE LA SUBRASANTESedebeconsiderarel valor promedioderesistenciadel suelo predominante en cada unidad homognea y, apartir de l, se establece una categora de subrasanteMTODO INVIAS PARA CARRETERAS CONMEDIOS Y ALTOS VOLMENES DE TRNSITOTRNSITO DE DISEOREQUISITOS DE TRNSITO CONTEMPLADOS EN LA GUA DE DISEOCategoraT1T2T3T4T5T6T7T8T94.0 - 6.06.0 - 10.010.0 - 15.0Ejes equivalentes de 80kN en el carril de diseo durante el periodo de diseo del pavimento N* (106)0.5 - 1.01.0 - 2.02.0 - 4.015.0 - 20.020.0 - 30.030.0 - 40.0MTODO INVIAS PARA CARRETERAS CONMEDIOS Y ALTOS VOLMENES DE TRNSITON * 1.159 N*y 1.282, z 90%, es dad confiabili la SiN * 10 N*Rz * 0.05R===CONSIDERACIONES PARTICULARESDE DISEOSe emple la ecuacin bsica del mtodo AASHTO-93SeadoptS0=0.44, quecorrespondeaconsiderar lavariacin de la prediccin del comportamiento delpavimento, sin errores en la estimacin del trnsitoLa posibilidad de errores en la prediccin del trnsitose incorpora con la expresin (10 0.05*ZR * N)Se consider una prdida de serviciabilidad de 2.2durante el periodo de diseo del pavimentoMTODO INVIAS PARA CARRETERAS CONMEDIOS Y ALTOS VOLMENES DE TRNSITOSe adoptaron coeficientes estructurales de capaajustados a los resultados de experiencias realizadas en elpasSeadoptaron3coeficientesdedrenajeparalascapasgranulares(mi=1.0si laprecipitacin