Trabajo Final de Pavimentos

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO DE PAVIMENTOS METODO AASHTO93 1

PAVIMENTOS

Integrantes:



TACNA | PERU

“Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación”

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO ESCALONADO - INFORME N° 1 TEMA : DISEÑO DE PAVIMENTOS POR el método CURSO : PAVIMENTOS DOCENTE : ING. EYZAGUIRRE REYNOSO, OMAR. SEM. ACADEMICO : 2015- I CICLO : VII SECCION : B ESTUDIANTES : MUÑANTE MELGAR, LUIS ENRIQUE MANDAMIENTO NINA, LEYDI PARIA QUISPE, HERLY



INDICE

INDICE .......................................................................................................................... 4

INTRODUCCION .......................................................................................................... 5

CAPITULO 01 ASPECTOS PRELIMINARES

1.1. OBJETIVO GENERAL .............................................................. 7

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ..................................................... 7

1.3. FUNDAMENTO TEORICO ....................................................... 7

CAPITULO 02 MARCO TEORICO

2.1. ELEMENTOS DEL PAVIMENTO ............................................. 9

2.2. DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES AASHTO 93 ............ 10

2.3. VARIABLES DE DISEÑO ......................................................... 12

2.4. TRANSITO ................................................................................ 13

2.5. FACTOR DE CONFIABILIDAD ................................................ 14

2.6. DESVIACION ESTANDAR ....................................................... 15

2.7. SERVICIALIDAD ....................................................................... 16

2.8. MODULO DE RESILIENCIA ..................................................... 17

2.9. DETERMINACION DE LOS ESPESORES ............................... 18

CAPITULO 03 DISEÑO DE PAVIMENTO POR METODO AASHTO 93

3.1 DETERMINACION DEL NUMERO ESTRUCTURAL ............... 24

3.2 DETERMINACION DE MODULOS RESILIENTES Y COEFICIENTES

ESTRUCTURALES .................................................................. 31

3.3 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE DRENAJE ........... 28

3.4 DISEÑO DE ESPESORES FINAL ............................................ 29

CONCLUSIONES ......................................................................................................... 30

BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................... 31



INTRODUCCION



INTRODUCCION El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años en el estado de Illinois, con el fin de desarrollar tablas, gráficos y fórmulas que representen las relaciones deterioro-solicitación de las distintas secciones ensayadas. El diseño de pavimento se realizó por el método AASHTO 93, por lo que se determinara los espesores de la subrasante, base y, subbase.



CAPITULO 01

ASPECTOS PRELIMINARES



1. ASPECTOS PRELIMINARES:

1.1. OBJETIVO GENERAL:

Determinar el espesor de las capas de un pavimento por el método de AASHTO 93

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

• Determinar el número estructural por diferentes • Proponer el diseño del pavimento y los posibles espesores de la capa

asfáltica, base, subbase mediante el Primer Método: de los Espesores Mínimos

• Proponer el diseño del pavimento y los posibles espesores de la capa asfáltica, base, subbase mediante el Segundo Método: donde los Espesores Mínimos son referenciales

1.3. FUNDAMENTO TEORICO

El presente trabajo escalonado se realizó considerando los pasos del diseño de pavimentos flexibles de concreto asfáltico, utilizando la “Guide for Design of Pavement Structures 1993” de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Por lo general, todo pavimento flexible está conformado por: una capa de subrasante preparada y compactada a una densidad específica, una capa de sub base que puede ser omitida dependiendo de la calidad de la subrasante, una capa de base que se coloca sobre la sub base, o sobre la subrasante. Sobre la base se conforma la carpeta asfáltica que consiste de una mezcla de material bituminoso y agregados. El método AASHTO es un método de regresión basado en resultados empíricos de la carretera de prueba AASHO construida en los años 50. AASHTO publicó la guía para el diseño de estructuras de pavimento en 1972, cuyas revisiones fueron publicadas en 1981, 1986 y la versión de 1993.



CAPITULO 02

MARCO TEORICO



A. DEFINICION:

Un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste básicamente en una losa de concreto simple o armado, apoyada directamente sobre una base o subbase. La losa, debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, absorbe gran parte de los esfuerzos que se ejercen sobre el pavimento lo que produce una buena distribución de las cargas de rueda, dando como resultado tensiones muy bajas en la subrasante. Todo lo contrario sucede en los pavimentos flexibles, que al tener menor rigidez, transmiten los esfuerzos hacia las capas inferiores lo cual trae como consecuencia mayor tensiones en la subrasante, como se pude apreciar en la figura 1

B. ELEMENTOS DE PAVIMENTOS:

SUB-RASANTE:

Es la superficie que sirve de fundación al pavimento. Está constituida por el suelo y se puede representar en corte, lleno o una combinación de los dos.

SUB-BASE:

Es la primera capa de la estructura del pavimento que se dispone sobre la subrasante, con el fin de facilitar un buen drenaje en el pavimento y permitir la construcción del resto de la estructura. En esta capa se presenta una disipación parcial de esfuerzos.

Tiene capacidad de absorber algunos cambios de volumen de la subrasante y puede sustituir económicamente parte de la base. No siempre es utilizada en los diseños.

Se construye con material con menos exigencias y por ende mucho más económico que el utilizado en la base.



BASE:

Es la capa que se construye sobre la sub-base, y en su construcción se emplean materiales de mejor calidad y con mejores especificaciones de construcción. Su importancia radica en su capacidad estructural y de protección del resto de pavimento. Además permite la circulación de vehículos mientras se construye la capa de rodadura. Esta capa es indispensable para cualquier sistema de pavimentos, ya que en ella se presenta la mayor disipación de esfuerzos.

CAPA DE RODADURA:

Es la capa superior del pavimento y sobre ella circulan los vehículos durante la vida útil de ésta. Debe ser resistente a la abrasión generada por el tráfico y a la agresión del medio ambiente. Tiene la función de proteger la estructura, impermeabilizando la superficie del pavimento, debe ser suave y de superficie continua para que sea cómoda la circulación de vehículos sobre ella, y debe ser rugosa para asegurar la adherencia de los vehículos.

C. DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES – AASHTO 93

Este procedimiento es posiblemente el modelo de diseño más empleado, a nivel mundial, para diseño y rehabilitación de pavimentos. Está basado en los resultados del ensayo vial AASHTO desarrollado en Illinois a fines de los 50´s, siendo la versión más reciente la publicada en 1993 que contiene las últimas modificaciones incorporadas.

El método considera las siguientes variables de diseño:

Características de la subrasante o fundación. Repeticiones de cargas. Nivel de falla o comportamiento del pavimento. Confiabilidad estadística. Estructura de pavimento y materiales disponibles.



El método AASHTO 1993 utiliza el número estructural SN para cuantificar la resistencia estructural que el pavimento requiere para determinada capacidad de soporte del suelo, tráfico esperado y pérdida de serviciabilidad. Con la ecuación de diseño empírica usada en AASHTO 93 se busca el número estructural requerido por el proyecto:

log(𝑊𝑊18) = 𝑍𝑍𝑍𝑍. 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 9.36. log(𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1) − 0.20 + �log � ∆𝐼𝐼𝐼𝐼𝑆𝑆

4.2 − 1.5�

0.40 + � 1,094(𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1)5.19�

�+ 2.32. log(𝑀𝑀𝑍𝑍) − 8.07

Donde:

W18 = Número de cargas de 18 kips (80 kN) previstas. Zr = Es el valor de Z (área bajo la curva de distribución) correspondiente a la curva estandarizada, para una confiabilidad R. So = Desvío estándar de todas las variables. ∆PSI = Pérdida de serviciabilidad prevista en el diseño. Mr = Módulo de resiliencia. SN = Número Estructural

El número estructural requerido por el proyecto, SN, se convierte en espesores de carpeta asfáltica, base y sub base, mediante coeficientes de capa que representan la resistencia relativa de los materiales de cada capa. La ecuación de diseño es la siguiente:

SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 Donde:

ai coeficiente de la capa i (1/pulg.) Di espesor de la capa i (pulg.) mi coeficiente de drenaje de la capa i (adimensional)

Los subíndices 1,2 y 3 se refieren a las capas de carpeta asfáltica, base y sub base (si se aplica) respectivamente. Los coeficientes de capa dependen del módulo resiliente del suelo (Mr), se determinan empleando los conceptos esfuerzo-deformación de un sistema multicapa. Los coeficientes de capa usados en la pista de prueba AASHO son:

• Concreto asfáltico superficial, a1 0.40 - 0.44 pulg-1 • Base de piedra chancada, a2 0.10 - 0.14 pulg-1 • Sub base de grava arenosa, a3 0.06 - 0.10 pulg-1

Para una mejor descripción de las variables, éstas se han clasificado de la siguiente manera:



• Variables de diseño. Esta categoría se refiere al grupo de criterios que debe ser considerado para el procedimiento de diseño.

• Criterio de comportamiento. Representa el grupo de condiciones de fronteras especificado por el usuario, dentro del que un alternativa de diseño deberá comportarse.

• Propiedades de los materiales para el diseño estructural. Esta categoría cubre todas las propiedades de los materiales del pavimento y del suelo de fundación, requeridas para el diseño estructural.

• Características estructurales. Se refiere a ciertas características físicas de la estructura del pavimento, que tienen efecto sobre su comportamiento.

Grafico N° 01 Nomograma para la determinación del SN

Fuente: AASHTO Guide for design of pavement structures. Washington D.C., 1993

D. VARIABLES DE DISEÑO

VARIABLES DE TIEMPO

Se consideran dos variables: período de análisis y vida útil del pavimento. La vida útil se refiere al tiempo transcurrido entre la puesta en operación del camino y el momento en el que el pavimento requiera rehabilitarse, es decir, cuando éste alcanza un grado de serviciabilidad mínimo. El período de análisis se refiere al período de tiempo para el cual va a ser conducido el análisis, es decir, el tiempo que puede ser cubierto por cualquier estrategia de diseño. Para el caso en el que no se considere rehabilitaciones, el período de análisis es igual al período de vida útil; pero si se considera una planificación por etapas, es decir, una estructura de pavimento seguida por una o más operaciones de rehabilitación, el período de análisis comprende varios períodos de vida útil, el del pavimento y el de los distintos refuerzos.



Período de Diseño El período de diseño se refiere al tiempo desde que la estructura de pavimento entra en servicio hasta antes que necesite algún trabajo de rehabilitación.


TRÁNSITO

El diseño considera el número de ejes equivalentes (ESAL) para el período de análisis (W18) en el carril de diseño. A partir de conteos vehiculares y conversión a ejes equivalentes, el diseñador debe afectar el ESAL en ambas direcciones por factores direccionales y de carril (si son más de dos), aplicando la siguiente ecuación:

W18 = DD ×DL × w 18 Donde:

DD: factor de distribución direccional DL: factor de distribución por carril w 18 : tráfico total en ambas direcciones para el período de diseño

El factor de distribución direccional DD generalmente es 0.5 (50%) para la mayoría de las carreteras; sin embargo, este puede variar de 0.3 a 0.7 dependiendo de la incidencia de tráfico en una dirección. Los factores de distribución por carril, DL, recomendados por AASHTO se muestran en la siguiente tabla

Nº carriles en una dirección %ESAL en carril diseño

1 100 2 80-100 3 60-80 4 50-75


Condiciones de Carreteras Período de Análisis Vías urbanas con alto volumen 30-50 Vías rurales con alto volumen 20-50

Pavimentadas con bajo volumen 15-25 Superficie granular con bajo volumen 10-20



a) Factor equivalente de carga (LEF, por sus siglas en ingles) La conversión se hace a través de los factores equivalentes de carga (Fec), que es el número de aplicaciones ESALs aportadas por un eje determinado. Así, el Fce es un valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de serviciabilidad causada por la carga de un eje estándar de 18 Kips y la carga producida por otro tipo de eje.

b) Factor camión (TF, por sus siglas en ingles) 𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳𝑳 =

𝑵𝑵° 𝒅𝒅𝒅𝒅 𝑳𝑳𝑬𝑬𝑬𝑬𝑳𝑳𝑬𝑬 𝒅𝒅𝒅𝒅 𝟖𝟖𝟖𝟖 𝒌𝒌𝑵𝑵 𝒒𝒒𝒒𝒒𝒅𝒅 𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒅𝒅𝒒𝒒𝒑𝒑𝒅𝒅 𝒒𝒒𝒖𝒖𝒖𝒖 𝒑𝒑𝒅𝒅𝒑𝒑𝒅𝒅𝒑𝒑𝒅𝒅𝒖𝒖 𝒅𝒅𝒅𝒅 𝑬𝑬𝒅𝒅𝒑𝒑𝒔𝒔𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒖𝒖𝒔𝒔𝒑𝒑𝒅𝒅𝒖𝒖𝒅𝒅𝑵𝑵° 𝒅𝒅𝒅𝒅 𝒅𝒅𝒆𝒆𝒅𝒅𝑬𝑬 𝑿𝑿 𝒌𝒌𝑵𝑵 𝒒𝒒𝒒𝒒𝒅𝒅 𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒅𝒅𝒒𝒒𝒑𝒑𝒅𝒅𝒖𝒖 𝒔𝒔𝒖𝒖 𝒎𝒎𝒑𝒑𝑬𝑬𝒎𝒎𝒖𝒖 𝒑𝒑𝒅𝒅𝒑𝒑𝒅𝒅𝒑𝒑𝒅𝒅𝒖𝒖 𝒅𝒅𝒅𝒅 𝑬𝑬𝒅𝒅𝒑𝒑𝒔𝒔𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒖𝒖𝒔𝒔𝒑𝒑𝒅𝒅𝒖𝒖𝒅𝒅

El factor camión (FC) da una manera de expresar los niveles equivalentes de daño entre ejes, pero para el cálculo de ESALs es conveniente expresar el daño en términos del deterioro producido por un vehículo en particular, es decir los daños producidos por cada eje de un vehículo son sumados para dar el daño producido por ese vehículo. Así nace el concepto de factor camión que es definido como el número de ESALs por vehículo. El factor camión, puede ser computado para cada clasificación general de camiones o para todos los vehículos comerciales como un promedio para una configuración dada de tránsito, pero es más exacto considerar factores camión para cada clasificación general de camiones.

FACTOR DE CONFIABILIDAD (R): La confiabilidad es la probabilidad de que el pavimento se comporte satisfactoriamente durante su vida útil o período de diseño, resistiendo las condiciones de tráfico y medio ambiente dentro de dicho período. Cabe resaltar, que cuando hablamos del comportamiento del pavimento nos referimos a la capacidad estructural y funcional de éste, es decir, a la capacidad de soportar las cargas impuestas por el tránsito, y asimismo de brindar seguridad y confort al usuario durante el período para el cual fue diseñado. Por lo tanto, la confiabilidad está asociada a la aparición de fallas en el pavimento.



Niveles sugeridos de confiabilidad, R


DESVIACIÓN ESTÁNDAR (ZR):

Desviación estándar, ZR

Confiabilidad R, %

Desviación Estándar Normal, ZR

50 0.000 60 -0.253 70 -0.524 75 -0.674 80 -0.841 85 -1.037 90 -1.282 91 -1.340 92 -1.405 93 -1.476 94 -1.555 95 -1.645 96 -1.751 97 -1.881 98 -2.054 99 -2.327

99.9 -3.090 99.99 -3.750

• Fuente: AASHTO Guide for design of pavement structures. Washington D.C., 1993

La variabilidad en el diseño, en la construcción afecta en gran medida la bondad de un diseño, por ejemplo:

• La variación en las propiedades de los materiales a lo largo del pavimento, produce como resultado una variación en el desarrollo de fallas y rugosidades en ese pavimento. Las fallas localizadas en zonas débiles, dan como resultado disminución en la vida útil del pavimento.

Clasificación Funcional Nivel recomendado de confiabilidad

Urbano Rural Interestatal y otras vías 85-99,9 80-99,9

Arterias principales 80-99 75-95 Colectores 80-95 75-95

Local 50-80 50-80



• La variación de la ubicación de los pasadores en las juntas y

profundidad de colocación de la armadura da como resultado una variación en el desarrollo de fallas y rugosidades.

• La variación entre los datos de diseño del pavimento y los reales puede significar un aumento o disminución de la vida útil del mismo.

Es por esto que se necesario una variable (So – Desviación Estándar) que acote la variabilidad de todos éstos factores dentro de unos límites permisibles, con el fin de asegurar que la estructura del pavimento se comporte adecuadamente durante su período de diseño.

SERVICIALIDAD La serviciabilidad se usa como una medida del comportamiento del pavimento, la misma que se relaciona con la seguridad y comodidad que puede brindar al usuario (comportamiento funcional), cuando éste circula por la vialidad. También se relaciona con las características físicas que puede presentar el pavimento como grietas, fallas, peladuras, etc, que podrían afectar la capacidad de soporte de la estructura (comportamiento estructural). El PSI califica a la superficie del pavimento de acuerdo a una escala de valores de 0 a 5. Claro está, que si el usuario observa agrietamientos o deterioros sobre la superficie del camino aún sin apreciar deformaciones, la clasificación decrece. El diseño estructural basado en la serviciabilidad, considera necesario determinar el índice de serviciabilidad inicial (P0) y el índice de serviciabilidad final (Pt), para la vida útil o de diseño del pavimento.

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

ΔPSI = Po − Pt Donde:

Po: índice de serviciabilidad inicial Pt: índice de serviciabilidad final, que es el más bajo índice tolerable antes de la rehabilitación.



a) Índice de serviciabilidad inicial (Po)

El índice de serviciabilidad inicial (Po) se establece como la condición original del pavimento inmediatamente después de su construcción o rehabilitación. AASHTO estableció para pavimentos rígidos un valor inicial deseable de 4.5, si es que no se tiene información disponible para el diseño.

b) Pérdida de serviciabilidad

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.

El índice de serviciabilidad final (Pt), ocurre cuando la superficie del pavimento ya no cumple con las expectativas de comodidad y seguridad exigidas por el usuario. Los factores que influyen mayormente en la pérdida de serviciabilidad de un pavimento son: tráfico, medio ambiente y edad del pavimento Los efectos que causan éstos factores en el comportamiento del pavimento han sido considerados en este método. El factor edad (tiempo) no está claramente definido. Sin embargo, en la mayoría de los casos es un factor negativo neto que contribuye a la reducción de la serviciabilidad. El efecto del medio ambiente considera situaciones donde se encuentran arcillas expansivas o levantamientos por helada. Así, el cambio total en el PSI en cualquier momento puede ser obtenido sumando los efectos dañinos del tráfico, arcillas expansivas y/o levantamientos por helada.

MÓDULO DE RESILIENTE EFECTIVO DEL SUELO (Mr):

Este ensayo fue desarrollado a los efectos de estudiar una propiedad del material que describa mejor el comportamiento del suelo bajo cargas dinámicas de ruedas. Una rueda que se mueve imparte un pulso dinámico a todas las capas del pavimento y a la subrasante. Como respuesta a este pulso dinámico, cada capa de pavimento sufre una deflexión. El pulso de solicitudes varía desde un valor muy bajo hasta un máximo en un breve período, en función de la velocidad del vehículo.



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 MR [kPa] = 10342 x CBR

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

DETERMINACIÓN DE LOS ESPESORES DE CAPAS:

Dónde:

• a1, a2 y a3 son los coeficientes estructurales ó de capa, de la superficie de rodadura, base y sub-base respectivamente.

• m2, m3 son los coeficientes de drenaje para base y subbase. • D1, D2, D3 son los espesores de capa en pulgadas para la superficie

de rodadura, base y sub-base respectivamente.

COEFICIENTES ESTRUCTURALES

a1= coeficiente estructural de la carpeta asfáltica.

a2 = coeficiente estructural de la base.

a3= coeficiente estructural de la sub base.

Los coeficientes estructurales se pueden determinar haciendo uso de los Grafico N° 02, 03, 04 y 05, proporcionados por AASHTO 93.



Grafico N° 02 Carta para calcular el coeficiente estructural de Concreto asfáltico de gradación densa


Grafico N° 03 Variación de coeficiente de capa de base granular (a2)

con la variación de los parámetros de resistencia




Grafico N° 04 Variación de coeficiente de capa de bases tratadas con asfalto (a2)


Grafico N° 05 Variación de coeficiente de capa de bases

tratadas con asfalto (a2)




Grafico N° 06 Variación de coeficiente de capa de sub base granular (a3) con la variación de los parámetros de resistencia


Coeficiente de drenaje: El proceso mediante el cual el agua de infiltración superficial o agua de filtración subterránea es removida de los suelos y rocas por medios naturales o artificiales, se llama drenaje. El drenaje es uno de los factores más importantes en el diseño de pavimentos. El agua es el causante principal del deterioro de la estructura del pavimento, porque origina muchos efectos devastadores en él; siendo el peor, la pérdida de soporte del pavimento.

Para minimizar los efectos del agua sobre los pavimentos se debe:

• Prevenir el ingreso del agua al pavimento (drenaje superficial). • Proveer de un drenaje para remover el agua rápidamente (drenaje

subterráneo). • Construir un pavimento suficientemente fuerte para resistir el efecto

combinado de carga y agua.

Calidad de drenaje Retiro de agua dentro de: Excelente 2 horas Bueno 1 día Regular 1 semana Pobre 1 mes Muy pobre el agua no drena




% de tiempo en que la estructura del pavimento es expuesta a niveles de humedad próximos a la

saturación Calidad de drenaje Menos que

1% 1-5% 5-25% Mayor que

25%

Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20

Bueno 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 0.80

Pobre 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




CAPITULO 03

DISEÑO DE PAVIMENTOS AASHTO 93



1. Determinación del número estructural de diseño (SN)

a. Nivel de serviciabilidad: De acuerdo con las consideraciones de la AASHTO para carreteras de pavimento asfáltico, se recomienda una serviciabilidad inicial Po = 4.5 y una serviciab[lidad final Pt = 2.5, obteniéndose una diferencia de nivel de serviciabilidad de ΔlPS = 4.5 - 2.5 = 2.0.

b. Nivel de confiabilidad: Para carreteras se sugieren valores del nivel de confianza entre el 85.0 y el 99.9%. Para nuestro caso se considera un nivel de confianza del 95%, para el cual la desviación normal estándar es: Zr = -1 .645.

c. Error normal combinado: Para pavimentos flexibles el error normal combinado de la predicción del tránsito y comportamiento para construcciones nuevas es de So = 0.45.

d. Resistencia de la subrasante: Para una capacidad de soporte expresada en términos de CBR del 9.0%, para valores de CBR menores al 10%, se estima que el módulo resiliente de la subrasante (Mr) es:

Mr(psi) = 1,500 CBR = 1500 x 9 = 13,500 psi

Calculo de SN mediante ecuación básica

Entonces, reemplazando los valores de las variables en la ecuación básica de diseño se obtiene como número estructural de diseño de SN = 3.81.

log(𝑊𝑊18) = 𝑍𝑍𝑍𝑍. 𝑆𝑆𝑆𝑆 + 9.36. log(𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1) − 0.20 + �log � ∆𝐼𝐼𝐼𝐼𝑆𝑆

4.2 − 1.5�

0.40 + � 1,094(𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1)5.19�

�+ 2.32. log(𝑀𝑀𝑍𝑍) − 8.07

Datos: 𝑾𝑾𝟏𝟏𝟖𝟖: 5911844.7; 𝒁𝒁𝒑𝒑: -1.645; 𝑬𝑬𝒑𝒑: 0.45; ∆𝑰𝑰𝑰𝑰𝑬𝑬: 2.0; 𝑴𝑴𝒑𝒑: 13,500 psi; 𝑬𝑬𝑵𝑵: Número estructural indicativo del espesor total del pavimento

log(5911844.7) = −1.645(0.45) + 9.36. log(𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1) − 0.20 + �log � 2.0

4.2− 1.5�

0.40 + � 1,094(𝑆𝑆𝑆𝑆 + 1)5.19�

�+ 2.32. log(13,500) − 8.07

𝑬𝑬𝑵𝑵 = 𝟑𝟑.𝟖𝟖𝟏𝟏

Calculo de SN mediante software “Ecuación AASHTO 93”

Mediante el software “Ecuación AASHTO 93” SN = 3.81.



Calculo de SN mediante Nomograma

Grafico N° 01 Carta de Diseño de Pavimentos Flexibles AASHTO 1993

Fuente: Guía para diseño de estructuras de pavimentos, AASHTO, 1993



2. Determinación de los módulos resilientes y coeficientes estructurales De acuerdo con la metodología AASHTO, para determinar los coeficientes estructurales se requiere determinar los módulos resilientes de las diferentes capas de la estructura propuesta. Estos módulos deben ser determinados mediante ensayos de laboratorio. Pero por razones didácticas se asumirán valores para dichos módulos, mientras que la estimación de los coeficientes estructurales de cada capa se realizará de acuerdo a lo propuesto por AASHTO 93.

a. Características de rigidez de las capas

• Capa asfáltica

Módulo dinámico de la mezcla (Smix) para académicas asumiremos como módulo dinámico de la mezcla:

Smix = Eca = 3.2x109 N/m2 = 3,200 MPa = 32,640 kg/cm2 = 464,239 psi

• Base granular Para el presente caso se asumirá que el resultado de laboratorio del módulo resiliente correspondiente al material de base por utilizar será:

Ebg= 240 MPa = 2,460 kg/cm2 = 35,000 psi

• Subbase granular Para el presente caso se asumirá que el resultado de laboratorio del módulo resiliente correspondiente al material de subbase por utilizar será:

Esbg = 124 MPa = 1,265 kg/cm2 = 18,000 psi

b. Coeficientes estructurales de las capas Determinados los módulos resilientes de las diferentes capas, se procede a estimar los coeficientes estructurales de estas.

• Coeficiente estructural de la capa asfáltica (a1): Considerando una mezcla

densa en caliente, con el módulo de la capa asfáltica se entra a la Grafico N° 02 y se determina el coeficiente estructural, a1 = 0.44/pulgada.

Grafico N° 02 Carta para estimar el coeficiente estructural de

capas asfálticas

Fuente: AASHTO Guide for design of pavement structures. Washington D.C., 1993. P. II-18



• Coeficiente estructural de la capa de base granular (a2): Tomando en consideración el módulo resiliente de la capa de base granular Ebg= 35,000 psi. se entra a la Grafico N° 03 y se determina el coeficiente estructural, a2 = 0.155/pulgada.

Grafico N° 03 Variación del coeficiente a2 con diferentes

parámetros de resistencia de la base granular

Fuente: AASHTO Guide for design of pavement structures. Washington D.G., 1993. p. 11-19.

La siguiente relación puede utilizarse, en reemplazo de la carta de diseño, para determinar el coeficiente estructural de un material de base granular (a2) a partir de su módulo resiliente (Ebg) y de la capacidad de soporte del material (CBR):

a2 = 0.249 log(Ebg)-0.977

a2 = 0.032 CBR0.32

Para bases granulares de la AASHTO se tiene: a2= 0.249.log (35,000 psi) -0.977 = 0.154/pulgada.

• Coeficiente estructural de la capa de subbase granular (a3): Tomando en

consideración el módulo resiliente de la capa de subbase granular Esbg= 18,000, se entra a la Grafico N° 04 y se determina el coeficiente estructural, a3 = 0.127/pulgada.



Grafico N° 04 Variación del coeficiente a3 con diferentes parámetros de resistencia de la subbase granular

Fuente: AASHTO Guide for design of pavement structures. Washington D.C., 1993. p. 11-21.

La siguiente relación puede utilizarse, en reemplazo de la carta de diseño, para determinar el coeficiente estructural de un material de subbase granular (a3), a partir de su módulo resiliente (Esbg) y de la capacidad de soporte del material (CBR):

a3 = 0.2271 log(Esbg)-0.839 a3 = 0.058 CBR0.19

Para subbases granulares de la AASHTO se tiene: a3 = 0.227.log (18,000 psi) - 0.839 = 0.126/pulgada.

3. Determinación de los coeficientes de drenaje

De acuerdo a las consideraciones de AASHTO, para el presente caso se considera la calidad del drenaje para la base granular como buena, y regular para la subbase granular. De lo anterior, en base a las condiciones climatológicas asumidas se tomarán los siguientes coeficientes de drenaje: Para la base granular, m2 = 1.0 Para la subbase granular, m3 = 0.8



4. Diseño de espesores

Teniendo en cuenta los espesores mínimos recomendados por la AASHTO y los coeficientes estructurales y de drenaje de las diferentes capas, se hace el chequeo del número estructural del pavimento diseñado, para comprobar que es adecuado para las condiciones consideradas. AASHTO 1993 propone dos metodologías para determinar los espesores de las capas que compondrán la estructura del pavimento. El primer método es por espesores de las capas que compondrán la estructura del pavimento. El primer método es por espesores mínimos y la segunda donde los espesores minimos son referenciales.

Primer Método: por Espesores Mínimos La guía recomienda los siguientes espesores en función del transito


Según la Tabla los espesores mínimos recomendados para el transito son: D1 = 3.5 pulg Espesor de la carpeta asfáltica D2 = 6.0 pulg Espesor de base granular

Reemplazando estos valores en la ecuación

𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝑎𝑎1𝐷𝐷1 + 𝑎𝑎2𝑚𝑚2𝐷𝐷2 + 𝑎𝑎3𝑚𝑚3𝐷𝐷3

3.63 = 0.44(3.5) + 0.155(1.0)(6.0) + 0.127(0.8)𝐷𝐷3

𝐷𝐷3 = 11.42 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝

𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟏𝟏𝟏𝟏.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑

El pavimento tendrá las siguientes dimensiones:

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟑𝟑.𝟓𝟓 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟏𝟏𝟏𝟏.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑

ESAL Concreto Asfaltico Base granular

> 50,000 50,001 – 150,000 150,001 – 500,000 500,001 – 2’000,000 2’000,001 – 7’000,000 > 7’000,000

1.0 (o tratamiento superficial) 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

4 4 4 6 6 6



Otras alternativas de este primer método son:

2° tanteo 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟒𝟒.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟏𝟏𝟖𝟖.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑

𝑆𝑆𝑆𝑆 = 0.44(4.0) + 0.155(1.0)(6.0) + 0.127(0.8)(10.0)

𝑬𝑬𝑵𝑵 = 𝟑𝟑.𝟕𝟕𝟖𝟖 3° tanteo

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟑𝟑.𝟓𝟓 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟖𝟖.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟖𝟖.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑

𝑆𝑆𝑆𝑆 = 0.44(4.0) + 0.155(1.0)(8.0) + 0.127(0.8)(8.0)

𝑬𝑬𝑵𝑵 = 𝟑𝟑.𝟖𝟖𝟏𝟏

Segundo Método: donde los Espesores Mínimos son referenciales a) Se asume que la carpeta asfáltica se cimentará sobre la base granular con

módulo resiliente de 35,000 psi:

Según el software “Ecuación AASHTO 93” y aplicando la ecuación básica de diseño se obtuvo que:



𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 1 = 2.71 Como se sabe: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 1 = 𝑎𝑎1𝐷𝐷1

𝐷𝐷1 =𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 1

𝑎𝑎1

𝐷𝐷1 =2.710.44

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟏𝟏 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑

b) Ahora se asume que la base granular se cimienta sobre la sub base granular con módulo resiliente de 18,000 psi:


𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 2 = 3.44 Como se sabe: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 2 = 𝑎𝑎1𝐷𝐷1 + 𝑎𝑎2𝑚𝑚2𝐷𝐷2

3.44 = 0.44(6.2) + 0.155(1.0)𝐷𝐷2

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟒𝟒.𝟔𝟔 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑

c) Ahora se asume que la sub base granular se cimienta sobre la subrasante con módulo resiliente de 13,500 psi:




𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 3 = 3.81 Como se sabe: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 3 = 𝑎𝑎1𝐷𝐷1 + 𝑎𝑎2𝑚𝑚2𝐷𝐷2 + 𝑎𝑎3𝑚𝑚3𝐷𝐷3

3.81 = 0.44(6.2) + 0.155(1.0)(4.6) + 0.127(0.8)𝐷𝐷3

𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟑𝟑.𝟔𝟔 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 El pavimento tendrá las siguientes dimensiones:

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟏𝟏 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟒𝟒.𝟔𝟔 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟑𝟑.𝟔𝟔 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑



CAPITULO 04

CONCLUSIONES



Con el presente trabajo se ha llegado a las siguientes conclusiones:

• Se determinó mediante la primera metodología (de espesores minimos) el diseño del pavimento considerando los siguientes espesores:

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟑𝟑.𝟓𝟓 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la capa asfáltica 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la base

𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟏𝟏𝟏𝟏.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la sub base

• Mediante diferentes tanteos con esta metodología se pudieron dar otros posibles espesores para el diseño considerando los siguientes espesores:

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟒𝟒.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la capa asfáltica

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la base 𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟏𝟏𝟖𝟖.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la sub base

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟑𝟑.𝟓𝟓 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la capa asfáltica

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟖𝟖.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la base 𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟖𝟖.𝟖𝟖 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la sub base

Existen muchas posibles combinaciones

• Se determinó mediante la segunda metodología (donde los espesores mínimos

son referenciales) el diseño del pavimento considerando los siguientes espesores:

𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟔𝟔.𝟏𝟏 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la capa asfáltica 𝑫𝑫𝟏𝟏 = 𝟒𝟒.𝟔𝟔 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la base

𝑫𝑫𝟑𝟑 = 𝟑𝟑.𝟔𝟔 𝒑𝒑𝒒𝒒𝒔𝒔𝒑𝒑 para la sub base

• El Numero estructural SN se determinó mediante software, nomograma y de manera manual, llegando a determinar que su valor correspondía a 3.81.



BIBLIOGRAFIA



• “Nociones sobre metodos de diseño de estructuras de

pavimentos” Volumen 2 - Carlos Higuera Sandoval • “Ingeniería de Pavimentos para Carreteras” Tomo I - Alfonso

Montejo Fonseca. • “Diseño moderno de pavimentos asfalticos” Silene Minaya

Gonzales y Abel Ordoñez Huamán.

Documents

Trabajo Final de Pavimentos