1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2010

7/29/2019 1.0 Introduccin al diseo de pavimentos unh 2010

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PavimentosIng. Johny Bendezu Acero

UNH-2011


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Pavimentos-Johny Bendezu A. 2

Libro de Texto : Huang, Y. H.,2004. Pavement Analysis and Design, Prentice Hall.

Referencias :

AASHTO, 1986. Guide for Design of Pavement Structures,American Association of State Highway andTransportation Officials.

Asphalt Institute. Thickness Design-Asphalt Pavement for Highways & Streets, Manual Series N1,Asphalt Institute.

Yoder, E.J., 1979, Principles of Pavement Design, Wiley, New York.

PCA,1984, Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements, Portland CementAssociation.

NCHRP.2004. Guide for Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitates Pavement Structures.

Reyes Lizcano, F.A.2003. Diseo Racional de Pavimentos, Centro Editorial Javeriano.

Montejo Fonseca, A. 2001.Ingeniera de Pavimentos para Carreteras, 2da Edicin, Universidad Catlicade Colombia.

Ullidtz P.1987. Pavement Analysis, Elservier.


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1.0Introduccin al Diseo de

Pavimentos


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1.1Conceptos

Generales


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..Si se da a dos diseadores la tarea de

disear un pavimento para una vida til de20 aos, el primero puede considerar quehizo un buen diseo si no apareci ningunagrieta en 20 aos, mientras que el segundoestar satisfecho si el ltimo vehculo pudocircular el ao 20 desde la construccin

AASHTO Test Report 5, 1962


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Qu es el pavimento?

Estructura conformada por una o variascapas de materiales apoyadosntegramente sobre el terreno, se diseany construyen tcnicamente conmateriales apropiados preparadas para

soportar las cargas repetidas del transito,en diferentes condiciones climticas, sinagrietarse o deformarse excesivamente ycon capacidad de transmitirlas a los suelosde sub--rasante y de fundacin, sin

provocar hundimientos o asentamientosexcesivos, dentro de un rango deserviciabilidad y durante el periodo detiempo para el cual fue diseado laestructura del pavimento.



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Qu es el diseo de pavimentos?

Es el proceso por el cual los componentes estructurales(carpeta, losa, base, sub base, subrasante) de un segmento decarretera son determinados tomando en consideracin lanaturaleza de la sub-rasante, las consideraciones ambientales,

densidad y composicin del trfico, y las condiciones demantenimiento.

Considerando que el pavimento es la parte superior de unacarretera, aeropuerto o zona de parqueo e incluye todas lascapas que se apoyan en el suelo natural, incluidas las bermas.


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Qu es el diseo de pavimentos?

En forma resumida el diseo de la estructura del pavimentoes:

ESTABLECER ESPESORES Y RIGIDECES DE LOS

MATERIALES PARA MANTENER LA VIA BAJO UN CIERTO

NIVEL DE DETERIORO Y CONFORT


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Cules son las fases del diseo depavimentos?

Estudio de la subrasante Seleccin de los materiales (tipos de pavimentos) Proporcionamiento de los materiales Estudio del trfico Diseo de los espesores de cada capa Anlisis del ciclo de vida (incluido mantenimiento y tipo

de ejecucin) Determinacin de espesores finales


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Cules son las funciones de laestructura de pavimento?

Proporcionar a los usuarios circulacin segura, cmoda yconfortable sin demoras excesivas.

Proporcionar a los vehculos acceso entre dos puntos bajocualquier condicin de clima. Reducir y distribuir la carga detrfico para que esta no dae la subrasante.

Cumplir requerimientos medio ambientales y estticos.

Limitar el ruido y la contaminacin del aire.


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Qu requisitos debe cumplir unaestructura de pavimento? (1)

Suficiente espesor para que la intensidad de las cargas ypresiones sea tolerable por la subrasante, sin deformacionesexcesivas.

Resistencia suficiente de los componentes para asumir losesfuerzos impuestos por el trfico y el clima.

Suficiente espesor para prevenir el efecto del congelamiento ensubrasantes.


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Qu requisitos debe cumplir unaestructura de pavimento? (2)

El material del pavimento debe ser impermeable a la penetracindel agua superficial que pudiera debilitar la subrasante yconsecuentemente el pavimento o en su defecto facilitar la

circulacin del agua disminuyendo su permanencia en laestructura.

La superficie del pavimento debe ser resistente al deslizamiento.


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Evolucin delestado de loscaminos


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Los enemigos

de la carretera


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1.2

Desarrollo Histrico de losPavimentos


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Resea Histrica Los romanos construyeron 84,000 km de vas empedradas

elevadas del nivel de rasante apoyadas en una estructura depiedras grandes

Los incas y preincas construyeron caminos peatonales de granlongitud con superficies de piedra y arena.


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Resea Histrica

En Francia en el siglo XVII se construyeron vas de poco anchocon superficie de rodadura formada por piedras pequeas, yarena

En EEUU e Inglaterra en 1830 se emplea el asfalto y arenacomo proteccin de la carretera

En Austria en 1850 se emplea por primera vez el pavimento

rgido

En 1900 aparecen los vehculos a motor con neumticos


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Resea Histrica

Pierre Trasaguet finales del siglo XVII,introduce el concepto de que elpavimento debe contar con un buendrenaje y que requiere unmantenimiento continuo.

John McAdam (1756-1836), lasubrasante con drenaje y adecuadacompactacion debe soportar la cargamientras que la superficie derodadura est conformada por piedra

chancada de diferentes tamaos queacta tambin como una capa deproteccin.


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Resea Histrica

Comparacin de estructuras de pavimento Diseo de Macadam Romano


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Resea Histrica

En 1941 en EEUU seefecta el ensayo en pista

de prueba de Maryland ,donde se analiza el efectode 4 configuracionesdiferentes de pavimentosde concreto.


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Resea Histrica

En 1955 en EEUU se lleva acabo el ensayo en pista de

prueba WASHO, donde seanaliza el efecto de 4configuraciones de ejes decarga en pavimentosflexibles.


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La pista de prueba AASHOResea Histrica

En 1962 se realiza en EEUU elensayo en pista de prueba AASHO,en Ottawa Illinois, donde sedesarrolla la relacin entre elnmero de repeticiones de un

determinado eje de carga dediferente magnitud y configuraciny el comportamiento de diferentessecciones de pavimentos rgidos yflexibles.

Costo $27 millones (1960 ).

Concebido y auspiciado por laAmerican Association of StateHighway Officials (AASHO).

AASHO Road Test


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Pista de Pruebas AASHOUbicacin 1958 - 1961

AASHO Road Test


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Pista de Pruebas AASHO - Etapas

Construccin:

Agosto 1956 - Septiembre 1958.

Pruebas de Trafico:

Octubre 1958 - Noviembre 1960.

Estudios especiales:

primavera y commienzos del

verano 1961.


AASHO Road Test


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Pista de Pruebas AASHO

Seis circuitos de prueba de dos carriles. Circuito 1: No sujeto a trafico, usado para pruebas de efectos

ambientales.

Circuito 2 al 6: Sujeto a diferentes configuraciones de trafico.

AASHO Road Test


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Pista de Pruebas AASHO

Mapa de la pista de pruebas AASHO

AASHO Road Test


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27

AASHO Road Test

Pesos y distribucin de ejes usados en circuitos

de la AASHO Road Test

Vehculos usados en la pista de prueba AASHO


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Secciones ensayadas en la pista depruebas AASHO

SECCIONES TPICAS

368 secciones de pav. rgido 486 secciones de pav. flexible


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Subrasante


Profundidad promedio de congelamiento 28 pulg (711 mm)

(para suelos finos)


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Temperatura


Temperatura media (Julio) 76F (24.5C)

Temperatura media (Enero) 27F (-2.8C)


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Lluvia


Precipitacin media anual 34 pulg (837 mm)

AASHO Road Test


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Materiales de las Secciones Flexibles

MAC

Denso-graduado

Pen asfalto 85-100

Base

Piedra caliza chancada

10% pasante No. 200

CBR promedio = 107.7

Subbase Mezcla Arena/grava

6.5% pasante No. 200

CBR = 28 51

Subrasante

Suelo A-6 (limo/arcilla)

82% pasante No. 200

CBR promedio = 2.9

Optimo wc = 13%

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Secciones Flexibles

MAC

1 a 6 pulgadas de espesor

Base

0 a 9 pulgadas de espesor

Subbase

0 a16 pulgadas de espesor

Seccin mas gruesa

6 pulgadas MAC 9 pulgadas de base

16 pulgadas de subbase

Usado para cargas pesadas

PSI de 2.6 a 3.6 al final de laprueba

Seccin mas delgada

1 pulgada MAC

Usado para cargas livinas 8 a 25 ESALs para la falla

AASHO Road Test


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Comportamiento de las SeccionesFlexibles

La mayora fallo

Aun las secciones mas gruesas sufrieron dao apreciable

La mayora fallo durante el deshielo de primavera

La accin de la helada fue el factor principal Las bases y subbases ms gruesas ayudaron a mitigar la

accin de la helada

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Materiales de las Secciones Rgidas

Cemento Tipo I 564 lb/yd3

Concreto de Cemento Portland Mximo a/c = 0.47 Resistencia a la compresin 14-das = 3500 psi (246 kg/cm2) Resistencia a la flexin 14-das = 550 psi (387 kg/cm2)) Slump = 1.5 a 2.5 pulgadas

Mximo tamao del agregado = 1.5 y 2.5 pulgadas Las secciones de la Subbase y subrasante fueron las mismas

que de las flexible

AASHO Road Test


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Secciones Rgidas

Losa 2.5 a 12.5 pulgadas de

espesor

Subbase

0 a 9 pulgadas de espesor Dowels

Todas tuvieron dowels

Tamaos variados

Seccin mas gruesa

12.5 pulgadas losa

9 pulgadas subbase

Usado para cargas pesadas

PSI de 4.2 a 4.5 al final de laprueba

Seccin mas delgada

2.5 pulgadas losa

Usado para cargas livianas PSI de 4.2 a 4.4 al final

AASHO Road Test


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Comportamiento de las Secciones Rgidas

La mayora no fallo

El PSI en la mayoria de las secciones al final de la prueba fuealrededor de 3.8 a 4.4


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Serviciabilidad

Concepto desarrollado durantebla prueba AASHO.

Definicin:

La capacidad de una seccin especifica depavimento para servir el trafico en su estadoactual.



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Relacin Presente de Serviciabilidad (PSI)

Definicin:la habilidad actual de un pavimento para servir

el trafico es conocido como servisiabilidad.

R lt d d S i i bilid d l Pi t


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Resultados de Serviciabilidad en la Pistade Pruebas AASHTO


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Version 1993



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Gua de Diseo de Pavimentos AASHOMetodologa emprica de diseo basada en la prueba AASHO a

finales de los 50s.Diferentes versiones

1961 (Gua interina) , 1972, 1986.

La version de 1986 incluia caracterizacin de material refinado.

1993 Mas en rehabilitacin

Mas consistente entre diseos flexibles y rgidos.

La versin actual es para procedimientos de diseo flexible.

1998

Gua suplementaria para diseo de pavimento rgido (versionactual)



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Resea Histrica

En 1997 se inicia en EEUU SHRP (Strategic HighwayResearch Program)

Pista de Pruebas West Track iniciada en el ao 1996


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Pistas de Prueba Actuales

Pista de prueba NCAT


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Pista Oeste


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CEDEX Pista de Pruebas Acelerada

ATREL accelerated pavement testing


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ATREL accelerated pavement testingtections



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Gua de Diseo AASHTO 2008 Desarrollada como la gua de Estructuras de Pavimentos

basada en mtodos mecansticos-empricos (M-E) ysustentada en un programa de computo.


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1.3Tipos de Pavimentos


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Tipos de Pavimentos


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Distribucin de las Solicitaciones en un


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Distribucin de las Solicitaciones en unPavimento Flexible



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Tipos de Pavimentos Flexibles

Parcial (partial depth) Completo (full depth) Losa continua de asfalto-piedra (continuous rock asphalt

mat-CRAM)


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Tipos de Pavimentos Flexibles


Pavimentos Flexibles


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Pavimentos Flexibles(tratamientos superficiales)

Tratamiento superficial bituminoso

Pavimentos Flexibles (tratamientos superficiales)


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Pavimentos Flexibles (tratamientos superficiales)CONSERVACION VIAL POR NIVELES DE SERVICIO

EMP-PE-3S (IZCUCHACA) HUANCAVELICA-PLAZAPATACASTROVIRREYNA-TICRAPO-

PAMPANO Y STA. INESPILPICHACA - RUMICHACA

Pavimentos-Johny Bendezu A. 58Tratamiento con Otta Seal

A f l d P i i


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Asfaltos de Pavimentacin



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Planta de asfalto



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Distribucin del concreto asfaltico



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LOSAS DE CONCRETO SIMPLE CON

JUNTAS (JPCP)


Juntas menorespaciadas

Sin dowels

LOSAS DE CONCRETO CON JUNTAS


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(REFORZADAS POR CONTRACCION Y

TEMPERATURA-JRCP).


Acero de refuerzo

Mayorespaciamiento de

juntas

Requiere dowels



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J

(REFORZADAS PARA ACCION

ESTRUCTURAL- CRCP)


Acero de refuerzo

No juntas


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Colocacin del concreto


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Colocacin del concreto



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Pavimentos Rgidos



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1.2Factores de Diseo


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Factores de Diseo de los Pavimentos

Factores de diseo


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Factores de diseo


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Estado del Conocimiento y la Prctica

Estado de laPractica

Estado delarte

Actual Estadode la Practica


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Mtodos de Diseo de Pavimentos

METODOS EMPIRICOS Reglas prcticas

CBR, Kansas, etc. Esfuezo cortante lmite

Deflexin lmite

Regresin basada en el comportamiento

PCA

AASHTO 1993


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Documents

1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2010