INTRODUCCION

Las carreteras son un factor muy importante en el desarrollo socio econmico de las regiones y pasesEl trasporte es un elemento de gran influencia en a economa de las zonas urbanas y rurales, y la servicibilidad de las carreteras contribuye al desarrollo socio econmico de los sectores de la poblacin, por ello es necesario de una adecuada planificacin en los proyectos viales para que puedan garantizar y facilitar el mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes. Dicha serviciabilidad es funcin directa del estado superficial y estructura del pavimento. Por eso es de gran importancia que se cuente con una red vial eficiente , que permita la comunicacin entre sus diferente ncleos urbanos y ruralesEn medida a esto desarrollaremos el mtodo de pavimentacin segn ASSHTO 1993 el cual describe con detalle los procedimientos para el diseo de la seccin estructural de los pavimentos flexibles y rgidos de carreteras. En el caso de los pavimentos flexibles, el mtodo establece que la superficie de rodamiento se resuelve solamente con concreto asfltico y tratamientos superficiales, pues asume que tales estructuras soportarn niveles significativos de trnsito (mayores de 50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2 ton durante el perodo de diseo), dejando fuera pavimentos ligeros para trnsitos menores al citado, como son los caminos revestidos o de terracera.

1.- PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO AASHTO-93 Los procedimientos involucrados en el mtodo de diseo, versin 1993, estn basados en las ecuaciones originales de la AASHO que datan de 1961, producto de las pruebas en Ottawa, Illinois, con tramos a escala natural y para todo tipo de pavimentos. La versin de 1986 y lado 1993 se han modificado para incluir factores o parmetros de diseo que no haban sido considerados y que son producto dela experiencia adquirida por ese organismo entre el mtodo original y su versin ms moderna. El diseo est basado primordialmente en identificar o encontrar un nmero estructural SN para el pavimento flexible que pueda soportar el nivel de carga solicitado.A continuacin se describe las variables que se consideran en el mtodo AASHTO:

1.1- MDULO DE RESILIENCIA Para el diseo de pavimentos flexibles se deben utilizar valores medios resultantes de los ensayos de laboratorio, las diferencias que se puedan presentar estn consideradas en el nivel de confiabilidad R. Durante el ao se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante, las cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo, para evaluar esta situacin es necesario establecer los cambios que produce la humedad en el mdulo resiliente. Con este fin se obtienen mdulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del ao, en base a los resultados se divide el ao en periodos en los cuales el MR es constante. Para cada valor de MR se determina el valor del dao relativo, utilizando el baco de la Figura VI.1 la siguiente expresin:

Con los resultados de los daos relativos se obtiene el valor promedio anual. El mdulo de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el diseo. Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacin se puede estimar el valor del MR en funcin del CBR. RELACIN C.B.R. MDULO DE RESILIENCIA Con los valores del CBR se pueden obtener los mdulos resilientes utilizando las siguientes relaciones: CBR < 15% (Shell) MR (MPa) = 10 CBR K = Tiene una dispersin de valores de 4 a 25 MR (psi) = 1500 CBR K = Tiene una dispersin de valores de 750 a 3000 MR (MPa) = 17,6 CBR0,64 El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982, obtuvo las relaciones siguientes:

1.2-PERIODO DE DISEO Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseo, para el cual se determinan las caractersticas del pavimento, evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo, con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de diseo elegido, a un costo razonable. Generalmente el periodo de diseo ser mayor al de la vida til del pavimento, porque incluye en el anlisis al menos una rehabilitacin o recrecimiento, por ende ste ser superior a 20 aos. Los periodos de diseo recomendados por la AASHTO se muestran en la tabla Periodos de Diseo en Funcin del Tipo de Carretera.

1.3-INDICE DE SERVICIABILIDADEs la condicin necesaria que debe tener un pavimento para brindar a los usuarios un manejo seguro y cmodo en un determinado tiempo. En sus inicios esta condicin se evalu por medio de la opinin de los conductores, siendo sus respuestas expresadas en una escala de 5 a 1.

En la actualidad una prueba mas objetiva de este ndice se realiza a tra ves de una ecuacin matemtica, la cual se basa en la enumeracin de fallas del pavimento:Donde: Sv: Variacin de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacin a la rasante inicial (Rugosidad en el sentido longitudinal) Cf : Suma de las reas fisuradas en y de las grietas longitudinales y transversales en pies lineales, por cada 1000 de pavimento.P: rea bacheada en de pavimentoRD: Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas. Mide la rugosidad transversal.

Antes de disear el pavimento se deben elegir los ndices de servicio inicial y final. El ndice de servicio final p0 depende del diseo y de la calidad de la construccin. En los pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO, el pavimento nuevo alcanz un valor de p0 = 4.2El ndice de servicio final pt representa al ndice ms bajo capaz tolerable por el pavimento, antes de que sea necesario su rehabilitacin .El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio del proyectista, se sugiere que para carreteras de mayor trnsito un valor de pt > 2.5 y para carreteras de menor trnsito p0 = 2.0

1.4-PERDIDA O DISMINUCION DEL INDICE DE SERVICIABILIDADLos valores antes descritos permiten expresar la disminucin del ndice de servicio, la cual representa una reduccin gradual de la calidad de servicio de la carretera, causada por el deterioro del pavimento. Entonces: PSI = p0 - ptDonde:PSI: ndice de Servicio PresentePSI: Diferencia entre los ndices de servicio inicial y el final deseadop0: ndice de servicio inicialpt: ndice de servicio final1.5. ANLISIS DE TRFICOEl trfico es uno de los parmetros ms importantes para el diseo de pavimentos. Para obtener este dato es necesario determinar el nmero de repeticiones de cada tipo de eje durante el periodo de diseo, a partir de un trfico inicial medido en el campo a travs de aforos. El nmero y composicin de los ejes se determina a partir de la siguiente informacin: Periodo de diseo. Distribucin de ejes solicitantes en cada rango de cargas. Trnsito medio diario anual de todos los vehculos TMDA. Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehculo. Sentido del trfico. Nmero de carriles por sentido de trfico. Porcentaje del trnsito sobre el carril ms solicitado. ndice de serviciabilidad. Factores de equivalencia de carga.TRNSITO MEDIO DIARIO ANUAL:El TMDA representa el promedio aritmtico de los volmenes diarios de trnsito aforados durante un ao, en forma diferenciada para cada tipo de vehculo.CLASIFICACIN DE LOS VEHCULOS: Automviles y camionetas Buses Camiones de dos ejes Camiones de ms de dos ejes Remolques SemiremolquesTASA DE CRECIMIENTORepresenta el crecimiento promedio anual del TMDA. Generalmente las tasas de crecimiento son diferentes para cada tipo de vehculo.PROYECCIN DEL TRNSITOEl trnsito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmtica con un crecimiento constante o exponencial mediante incrementos anuales.MODELOS DE CRECIMIENTO

En el grfico se observa que la proyeccin aritmtica supone un crecimiento ms rpido en el corto plazo y se subestima el trnsito en el largo plazo.En base a las estadsticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al trnsito generado por una carretera.

DISTRIBUCIN DIRECCIONALA menos que existan consideraciones especiales, se considera una distribucin del 50% del trnsito para cada direccin. En algunos casos puede variar de 0,3 a 0,7 dependiendo de la direccin que acumula mayor porcentaje de vehculos cargados.FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRILEn una carretera de dos carriles, uno en cada direccin, el carril de diseo es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribucin por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseo es el carril exterior y el factor de distribucin depende del nmero de carriles en cada direccin que tenga la autopista. En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO:

1.6. NMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALs)Se calcula para el carril de diseo utilizando la siguiente ecuacin:

donde:pi : Porcentaje del total de repeticiones para el i-simo grupo de vehculos o cargas.Fi : Factor de equivalencia de carga por eje, del i-simo grupo de eje de carga.P : Promedio de ejes por camin pesado.TPD : Trnsito promedio diario.FC :Factor de crecimiento para un perodo de diseo en aos.Fd : Factor direccional.FC : Factor de distribucin por carril.EJEMPLOPerodo de Diseo = 20 aos Tasa de Crecimiento anual = 2%Pt = 2,5 Fd = 0,5 FC = 0,8 SN = 4

1.7-NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACION ESTANDAREste parmetro establece un criterio que relaciona el desempeo del pavimento ante los requerimientos exteriores. Se define como la probabilidad que tiene el pavimento diseado para actuar correctamente durante toda su vida de proyecto, ante las cargas y el ambiente, o la probabilidad que las fallas y deformaciones estn bajo el nivel permisible.Para elegir el valor de este parmetro se toma en cuenta la importancia del camino, la confiabilidad de resistencia de cada capa y el trnsito de diseo predicho.

La representacin de cmo se comporta realmente el pavimento y la curva de diseo propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden. Esto se debe a errores ligados a la ecuacin de comportamiento propuesta y a la dispersin de la informacin empleada en el dimensionamiento del pavimento. Por esto la AASHTO tomo un enfoque regresional para ajustar las curvas. Obteniendo una representacin de los errores mediante una desviacin estndar So, para comparar ambos comportamientos. El factor de ajuste entre las dos curvas es el producto de la desviacin normal ZR, por la desviacin estndar So. Los factores de ZR se observan en la siguiente tabla:

Si la construccin se realiza por etapas, la vida til ser menor al periodo de anlisis, para tal caso se considera las confiabilidades de todo el periodo de diseo, donde resulta que:

Una vez seleccionado un nivel de confianza y recaudados los resultados del diseo, se corregirn por : la confiabilidad de los parmetros de entrada y las propias ecuaciones de diseo tomadas en los tramos de prueba.Para ello , se considera un factor de correccin que representa la So, de modo simple y reducido, dicho factor prueba los datos dispersos que componen la curva real de comportamiento del pavimento.El rango de desviacin sugerido por la AASHTO se encuentra entre los siguientes valores:

1.8-COEFICIENTE DE DRENAJE Cd Para obtener el coeficiente de drenaje se debe tomar en cuenta dos parmetros que son: la capacidad de drenaje, que se calcula a travs del tiempo que toma el agua en drenar del pavimento y el porcentaje de tiempo donde el pavimento est sometido a niveles de humedad muy cercanos a la saturacin, en el transcurso del ao. Este porcentaje depende de la precipitacin media anual y de las condiciones de drenaje .La ASSHTO define 5 capacidades de drenaje, que podemos ver en la siguiente tabla.

Conforme a las capacidades de drenaje la ASSHTO establece los factores de correccin m2 () y m3(), los cuales se pueden apreciar en la siguiente tabla ,en funcin del porcentaje de tiempo en el transcurso del ao , en el cual la estructura del pavimento est expuesto a niveles de humedad prximos a la saturacin .

1.9- DETERMINACIN DEL NMERO ESTRUCTURAL SNEl mtodo est basado en el clculo del Nmero Estructural SN sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapln. Para esto se dispone de la Figura IV.2 y de la ecuacin siguiente:

donde:W18 = Trfico equivalente o ESALs.ZR = Factor de desviacin normal para un nivel de confiabilidad RSo = Desviacin estndarPSI = Diferencia entre los ndices de servicio inicial y el final deseadoMR = Mdulo de resiliencia efectivo de la subrasanteSN = Nmero estructural1.10- DETERMINACIN DE ESPESORES POR CAPASLa estructura del pavimento flexible est formada por un sistema de varias capas, por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caractersticas propias.Una vez que el diseador ha obtenido el Nmero Estructural SN para la seccin estructural del pavimento, se requiere determinar una seccin multicapa, que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al nmero estructural de diseo. Para este fin se utiliza la siguiente ecuacin que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base:

donde:a1, a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta, base y sub-base respectivamente.D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.De la misma manera se deber obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfltica (a1), de la capa base (a2) y de la sub-base (a3), utilizando los valores del mdulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas.Los coeficientes de capa a1, a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio: Mdulo Resiliente, Texas Triaxial, Valor R y CBR, tal como se muestra en las siguientes figuras:Para carpeta asfltica. (a1) Figura IV.3Para bases granulares. (a2) Figura IV.4Para sub-bases granulares. (a3) Figura IV.5Para bases estabilizadas con cemento Figura IV.6Para bases estabilizadas con asfalto. Figura IV.7Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de concreto asfltico, el mtodo no considera una posible influencia de la calidad del drenaje, por lo que en la ecuacin de diseo solo intervienen los valores de m2 y m3.En Tabla IV.8 se muestran los espesores mnimos para carpetas asflticas y bases granulares, sugeridos en funcin del trnsito.

Figura IV.4. baco para estimar el nmero estructural de la capa base granular a2. Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Figura IV.5. baco para estimar el nmero estructural de la sub-base granular a3. Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

1.11-ESPESORES MNIMOS EN FUNCIN DEL SNEn el control de los espesores D1, D2 y D3, a travs del SN, se busca proteger las capas granulares no tratadas, de las tensiones verticales excesivas que produciran deformaciones permanentes, como se muestra en el grfico siguiente.Los materiales son seleccionados para cada capa, de acuerdo a las recomendaciones del mtodo, por ende se conocen los mdulos resilientes de cada capa. Usando el baco de la figura IV.2 se determinan los nmeros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada, utilizando el mdulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo, por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y as se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfltica, de donde:

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un mdulo resiliente mayor a 40.000 psi (280 MPa). En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacin costo-eficiencia.

BIBLIOGRAFIA MONTEJO, Alonso. Ingeniera de pavimentos para carreteras tomo I. 2da ed. Bogot: Universidad Catlica de Colombia 2002.

MINAYA. Silene y ORDOEZ. Abel. Manual de diseo de pavimentos. 2da ed. Lima. 2006

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON. Manual completo de diseo de pavimentos.