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Curso: INGENIERA DE CAMINOS
Parte 2:DISEO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS
Profesor:Guillermo Thenoux Z
Pontificia Universidad Catlica de Chile Facultad de IngenieraDepartamento de Ingeniera y Gestin de la Construccin
Curso: DISEO ESTRUCTURAL Y CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS(PAVEMENT STRUCTURAL DESIGN AND CONSTRUCTION)
Profesor:Guillermo Thenoux Z
Pontificia Universidad Catlica de Chile Facultad de IngenieraDepartamento de Ingeniera y Gestin de la Construccin
Captulo 2REPASO MTODO AASHTO
1820 Utilizacin del MacAdam en Inglaterra.
1848 Se descubre el petrleo.
1850 Invencin del automvil.
1. Historia
1854 Primer proyecto pavimentacin asfltica. Paris
1876 Primer proyecto pavimentacin en USA. (Pen)
1939 Uso Mtodo Marshall de Diseo
1986 Inicio del Programa SHRP en USA
Asfalto Natural. Lago Trinidad (1880)Depsitos de petrleo que han quedado expuestos en la superficie (lake asphalt).
Contiene de 35 a 50 % filler.
Asfalto de Petrleo
2. Origen del Asfalto
3. Produccin del Asfalto
ALMACENAMIENTO ESTACION DE BOMBEO
DESTILADOS LIVIANOS
DESTILADOS PESADOS
CEMENTO ASFALTICO
Store
Torre de Destilacin
RESIDUO(Pitch)GAS
PETROLEO
Condensador y Enfriador
Calentador
DESTILADOS MEDIOS
3.1 Refinacin
ASFALTO POR REDUCCIN DIRECTA
ASFALTO POR REDUCCIN AIR BLOWING
CALENTAMIENTO110 C 150C
CEMENTO ASFALTICO
ASFALTO CORTADO
DILUCIN50 a 80% Asfalto
ENFRIAMIENTO
EMULSION ASFALTICA
EMULSIFICADOAprox 40% w y 60C+ QUIEBRE y EVAPORACIN
ASFALTO ESPUMADO
EXPANDIDO1-2% w y 180C+ ENFRIAMIENTO INSTANTNEO
EVAPORACIN
4. Formas de Empleo
Ejemplo Construccin Mezclas en Caliente
Base granular
Subbase granular
1 Capa Asfltica
2 Capas Asfltica
3 Capas Asfltica
Base granular
Subbase granular
Base granular
Subbase granular
5.1 Aplicaciones en Capas Estructurales
5. Aplicaciones en Pavimentos
G. Thenoux Z.
5.1 Aplicaciones de Mezclas Asflticas en Capas Estructurales (Continuacin)
PAVIMENTO CON BASE CEMENTADA
PAVIMENTO TIPO FULL DEPTH
Capa Asfltica
Base Estabilizada con Asfalto o Cemento
Subbase Granular
Capa Asfltica
Base Asfltica de Gran Espesor
PAVIMENTO CON SUB- BASE CEMENTADA
Capa Asfltica
Base Granular
Subbase Estabilizada
+++
+++=
19.5
10
101810
)1(
109440.0
5.12.4log
20.0)1(log36.9)(log
SN
pp
SNSZW
fi
oR
[ ] 07.8log32.2 10 + RM
6. Diseo AASHTO4.1 Clculo Nmero Estructural SN (NE)
Sub-Rasante
Sub-Base
BaseSNTotal
W18= Ejes equivalentes de diseo
SN = Numero Estructural (in)
pi = ndice de serviciabilidad inicial
pf = ndice de serviciabilidad final
Mr = Mdulo Resiliente (psi)
Zr = Nivel de Confiabilidad
So = Desviacin Estndar Comb.
La Prueba AASHTO
+++
+++=
19.5
10
101810
)1(
109440.0
5.12.4log
20.0)1(log36.9)(log
SN
pp
SNSZW
fi
oR
[ ] 07.8log32.2 10 + RM
4. Aplicaciones en Pavimentos4.1 Clculo Nmero Estructural SN (NE)
Sub-Rasante
Sub-Base
BaseSNTotal 33322211 mDamDaDaSN ++=
Carpeta de Rodado
Base Granular
Subbase Granular
Estructuracin tradicional sin verificacin por capa
Di = Espesor de Capa
ai = Coeficiente Estructural
mi = Coeficiente de drenaje
33322211 mDamDaDaSN ++=
321 SNSNSNSN ++=
Subrasante
SNd= Numero Estructural de Diseo
Se debe cumplir que: SNr < SNd
SNiSN2 = h2 a2 m2SN2 = h2 a2 m2
SN1 = h1 a1
Donde:
SN2 = h2 a2 m2
SN2 = h2 a2 m2
Sub-Rasante
Sub-Base
Base SNTotal
SN1.1 = h1.1 a1.1SN1.2 = h1.2 a1.2SN1.3 = h1.3 a1.3
SN = h1.1 a1.1 + h1.2 a1.2 + h1.3 a1.3 + h2 m2 a2 + h3 m3 a3
SN = SN1.1 + SN1.2 + SN1.3 + SN2 + SN3
Estructuracin tradicional sin verificacin por capa
SNi
SN2 = h2 a2 m2
SN2 = h2 a2 m2
Sub-Rasante
Sub-Base
Base SNTotal
SN1.1 = h1.1 a1.1SN1.2 = h1.2 a1.2SN1.3 = h1.3 a1.3
SN = h1.1 a1.1 + h1.2 a1.2 + h1.3 a1.3 + h2 m2 a2 + h3 m3 a3
SN = SN1.1 + SN1.2 + SN1.3 + SN2 + SN3
Estructuracin tradicional sin verificacin por capa
SN2 = h2 a2 m2
SN2 = h2 a2 m2
SN1.1 = h1.1 a1.1SN1.2 = h1.2 a1.2
Sub-Rasante
Sub-Base
Base SNTotal
SN1.3 = h1.3 a1.3
SNAsfalto = SN1.1 + SN1.2 + SN1.3 > SNRequerido Asfalto
Estructuracin tradicional CON verificacin por capa
SN DIS > SN REQ
SN DIS > SN REQ
SNEstructura = SN1.1 + SN1.2 + SN1.3 + SN2 + SN3 > SN Requerido Estructura
D1
D2
SN1SN
Estructuracin con verificacin por capa (mtodo simplificado)
33322211 mDamDaDaSN ++=
Carpeta de Rodado
Base Granular
Subbase Granular
Subrasante
Se debe cumplir que:
SN1r < SN1d
SNr < SNd
111 DaSN =
Donde SN1r se determina calculando la capa asfltica apoyada sobre la base granular compuesta
Donde SNr se determina =
ANEXO: VARIABLES y PARMETROS AASHTO
Confiabilidad y Variabilidad
ndice de Serviciabilidad Presente
Variables de Diseo
Datos de Diseo
Los datos de diseo se pueden clasificar de la siguiente forma.
Cargas de Trnsito
Valor Soporte SueloDatos de Diseo
Parmetros de Diseo
Datos de Proyecto del Dueo
Propiedad de los Materiales
Coeficiente de DrenajeDatos de Proyecto del Ingeniero
ASFALTO
HORMIGN
Donde:Lx = Peso eje x (simple, doble o tridem) en kipsL2 = Cdigo del tipo de eje (1, 2 y 3 respectivamente)pt = ndice de serviciabilidad finalSN = Nmero estructural del pavimento asfltico (in)D = Espesor de la losa de hormign (in)
Log(1/FEE) = 4.79 log (18 + 1 ) 4.79 log (Lx +L2) + 4.33 log L2 + Gt/bx - Gt/b18
Gt = log (4.2 pt)
(4.2 1.5)bx =
0.081(Lx + L2)3.23
(SN + 1)5.19L23.230.40 +
Log(1/FEE) = 4.62 log (18 + 1 ) 4.62 log (Lx +L2) + 3.28 log L2 + Gt/bx - Gt/b18
Gt = log (4.5 pt)
(4.5 1.5)bx =
3.63(Lx + L2)5.20
(D + 1)8.46L23.521.00 +
Trnsito Ejes Equivalente (W18)
p rT
d
Mr = dr
Mr = 17.6*CBR0.64 Mr en MPa, CBR en %, 2
Seleccin Confiabilidad AASHTO
Umbral de ServiciabilidadUmbral de ServiciabilidadUmbral de ServiciabilidadUmbral de Serviciabilidad
PSI
5
1
4
3
2
Zr > 0
Cmara Chilena de la Construccin
Trnsito en Pista de Diseo
Nivel de Confianza
Factor Factor So
(Mill. EE) R (%) * Zr Asfalto Hormign
< 5 50 60 0.000 0.253 0.45 0.35
5 15 50 70 0.000 0.524 0.45 0.35
15 30 60 75 0.253 0.674 0.45 0.35
30 50 70 80 0.524 0.841 0.44 0.34
50 70 70 85 0.524 1.037 0.42 0.32
70 - 90 70 - 90 0.524 1.282 0.40 0.30
* Para pavimentos flexibles usar el mayor valor del rango si los suelos son dbiles y el drenaje es pobre
Otros criterios en Chile
AOS
Muy Bueno
Bueno
Normal
Deficiente
Psimo
17% del tiempo
75% del tiempo
Aqu la rehabilitacin cuesta $1.00
Ac cuesta $5.00!!
Umbral de ServiciabilidadUmbral de ServiciabilidadUmbral de ServiciabilidadUmbral de Serviciabilidad
PSI
5
1
4
3
2
Serviciabilidad (p)
Coeficientes Estructurales ai
Tipo de Capa ai
Subbase Granular (CBR>40%) 0.12
Base Granular (CBR>80%) 0.13
Base Asfltica Graduacin Gruesa (6.000 a 9.000 N) 0.33
Base Asfltica Graduacin Abierta 0.28
Grava Emulsin 0.30
Concreto Asfltico Capa Intermedia (8.000 a 12.000 N) 0.41
Concreto Asfltico de Superficie (9.000 a 14.000 N) 0.43
Coeficientes Estructurales Tpicos (MOP)
Subbase Cementada
Bases estabilizadas con cemento
SN = a1 * D1 + a2 * D2 * m2 + a3 * D3 * m3
Calidad
Drenaje
< 1% 1 5 % 5 25 % > 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 1.00 1.00 0.80 0.80
Malo 1.15 1.05 1.05 0.80 0.80 0.60 0.60
Muy Malo 1.05 0.95 0.95 0.75 0.75 0.40 0.40
Tiempo de Saturacin
Coeficientes de Drenaje (MOP)
Coeficiente de Drenaje mi Tabla MOP (Junio 2002) - Chile
ANEXOSensibilizacin AASHTO 93
CONCLUSIONES
Ejes Equivalentes Acumulados
E
s
p
e
s
o
r
d
e
E
s
t
r
u
c
t
u
r
a
Los resultados de la prueba emprica AASHTO, demuestra que las estructuras depavimentos de menores espesores son muy sensibles en su comportamiento a lavariacin de Ejes Equivalentes.
Del mismo modo si se lleva a cabo unanlisis por mtodos analticos sedemuestra que las estructuras de bajosespesores no solo son ms sensibles alas cargas de trnsito si no que a sucomportamiento a la fatiga.
Las estructuras delgadas trabajan amayores niveles de tensin por lo cualson ms susceptibles a fallar debido alefecto combinado de mayores tensionesde trabajo y mayor variabilidad en suspropiedades.
eHormign vs CBR
Asfalto