METODO AASHTO 1993 Lametodologapropuestaparaeldiseoestructuraly dimensionamientodelpavimentoeslaMetodologa AASHTO93,consideraeldiseodepavimentosde caminosdebajovolumendetrnsito.Losparmetros dediseoqueconsideransonlaspropiedadesdelos materiales,tipodetrnsito,condicionesambientales, etc. 2. Mtodo de Diseo ElMtodoseleccionadoeseldesarrolladoporla AsociacinAmericanadeAdministradoresEstadales de Carreteras y Transporte (AASHTO) Gua de diseo AASHTO-93 2.1 Ecuacin de diseo ( )07 . 8 log * 32 . 21109440 . 05 . 1 2 . 4log20 . 0 ) 1 ( log * 36 . 9 * 18 log1019 . 51010 10 +++((

A+ + + =R o RMSNPSISN S Z WtVariables independientes: Wt18: Nmero de aplicaciones de cargas equivalentes de 80 kN acumuladas en el periodo de diseo (n). ZR: Valor del desviador en una curva de distribucin normal, funcin de la Confiabilidad del diseo (R) o grado confianza en que las cargas de diseo no sern superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento. (Ecuacin 1) 2.1 Ecuacin de diseo So: Desviacinestndardelsistema,funcindeposibles variacionesenlasestimacionesdetrnsito(cargasy volmenes)ycomportamientodelpavimentoalolargodesu vida de servicio. APSI:PrdidadeServiciabilidad(CondicindeServicio) previstaeneldiseo,ymedidacomoladiferenciaentrela planitud (calidad de acabado) del pavimento al concluirse su construccin(ServiceabilidadInicial(po)ysuplanitudalfinal del periodo de diseo (Servicapacidad Final (pt). MR: Mdulo Resiliente de la subrasante y de las capas de bases y sub-basesgranulares,obtenidoatravsde ecuaciones de correlacin con la capacidadportante (CBR) de los materiales (suelos y granulares). 2.1 Ecuacin de diseo Variable dependiente: SN:Nmero Estructural, o capacidad de la estructura para soportar las cargas bajo las condiciones (variables independientes) de diseo. El nmero estructural requerido por el proyecto, SN, se convierte enespesoresdecarpetaasfltica,baseysubbase,mediante coeficientes de capa que representan la resistencia relativa de los materiales de cada capa. La ecuacin de diseo es la siguiente: SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 (7.2) 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) Lossubndices1,2y3serefierenalascapasdecarpeta asfltica,baseysubbase(siseaplica)respectivamente.Los coeficientesdecapadependendelmduloresilientedelsuelo (MR),sedeterminanempleandolosconceptosesfuerzo-deformacin de un sistema multicapa. LoscoeficientesdecapausadosenlapistadepruebaAASHO son: Concreto asfltico superficial, a1 : 0.40 - 0.44 pulg Base de piedra chancada, a2 : 0.10 - 0.14 pulg Sub base de grava arenosa, a3 : 0.06 - 0.10 pulg MODULO DE RESILENCIA Puesto que no todos los pases cuentan con equipos que permitan la determinacin en laboratorio de los mdulos resilientes para suelos, existen varias correlaciones que pueden ser utilizadas para realizar una estimacin en base al CBR u otras variables. A continuacin se detallan algunas de ellas: Mr = 1,500 x CBR Correlacin entre el Modulo de Resiliente de la Subrasante y otras propiedades del suelo (1 psi = 6.9 kPa; from Huang, 1993, after Van Til et al., 1972). Mr en psi y CBR en %, para suelos finos con CBR menor a 10% Desarrollada por Heukelom y Klomp, debe usarse con precaucin. Otras correlaciones importantes son: Mr = 2555 x CBR0.64 CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL REQUERIDO A continuacin se detallan los parmetros de diseo y recomendaciones de AASHTO. a) Perodo de Diseo Elperododediseoserefierealtiempodesde que la estructura de pavimento entra en servicio hasta antes que necesite algn trabajo de rehabilitacin. Tabla 7.3: Perodos tpicos de diseo Condiciones de carreterasPeriodo de Anlisis Vas urbanas con alto volumen30 - 50 Vas rurales con alto volumen20 - 50 Pavimentos de bajo volumen15 - 25 Superficie granular con bajo volumen 10 - 20 b) Trnsito Eldiseoconsideraelnmerodeejesequivalentes (ESAL) para el perodo de anlisis (W18)enelcarrildediseo.Apartirdeconteos vehiculares y conversin a ejes equivalentes,eldiseadordebeafectarelESALen ambas direcciones por factores direccionales y de carril (si son ms de dos), aplicando la siguiente ecuacin: W18 = DD DL w 18 (7.3) Donde: DD factor de distribucin direccional DL factor de distribucin por carril w18trficototalenambasdireccionesparael perodo de diseo ElfactordedistribucindireccionalDDgeneralmente es 0.5 (50%) para la mayora de las carreteras; sin embargo, este puede variar de 0.3 a 0.7 dependiendo de la incidencia de trficoenunadireccin.Losfactoresdedistribucin por carril, DL, recomendados por AASHTO Tabla 7.4.- Factor de distribucin por carril DL N Carriles en una direccin% ESAL en carril de diseo 1100 280 100 360 80 450 - 75 Serviciabilidad Inicial La Serviciabilidad Inicial (po) es una medida de la suavidad del pavimento o facilidad de conduccin inmediatamente despus de la construccin. Tiene un rango en una escala de 0 a 5. El promedio de serviciabilidad inicial para pavimentos flexibles en el Ensayo de Carreteras de la AASHO fue 4.2, el cual es normalmente utilizado en los diseos de pavimentos flexibles nuevos Serviciabilidad Final LaServiciabilidadFinal(Pt)eselndicedeserviciomnimo aceptable del pavimento, antes de que requiera una rehabilitacin. En contraste con la serviciabilidad inicial que se mide en base a los registrosde construccin,laserviciabilidadfinalo terminalesuna funcindemuchosfactores,incluyendoclasificacindel pavimento,volumendetrficoyubicacin.Generalmentelasvas demayortrficorequierenestarenmejorescondicionesantesde rehabilitarsequeloscaminosvecinalesdebajavelocidad.Los valorestpicosdeserviciabilidadfinalrecomendadosporlaGua AASHTOenlaParte1,seccin1.3estnentre2y3,elprimero para vas poco transitadas y el ltimo para carreteras importantes. La primera medida de la serviciabilidad es el Indice de Serviciabilidad Presente, PSI, que vara de 0 (carretera imposibles de transitar) a 5 (carretera perfecta). El PSI se obtiene midiendo larugosidadydao(agrietamiento,parchadoydeformacin permanente)enuntiempoenparticulardurantelavidade servicio del pavimento. La rugosidad es el factor dominante para estimar el PSI del pavimento. LaguaAASHTO93usalavariacintotaldelndicede serviciabilidad(PSI)comocriteriodediseo,quesedefine como: PSI = p0 pt Donde: p0 ndice de serviciabilidad inicial pt ndice de serviciabilidad final, que es el ms bajo ndice COEFICIENTES DE DRENAJE El mtodo AASHTO asume que la resistencia de la subrasante y base permanecerconstantedurantelavidadeserviciodelpavimento. Lacalidaddedrenajeseincorporaaldiseo,modificandolos coeficientes de capa. El factor que modifica el coeficiente de capa se representapormi.Elposibleefectodeldrenajeenelconcreto asfltico no se considera. La siguiente tabla presenta las definiciones generales correspondientes a los diferentes niveles de drenaje Tabla 7.6 . Lasiguientetablamuestraloscoeficientesrecomendados dependiendo de la calidad de drenaje y el porcentaje de tiempo anual en que la estructura del pavimento podra estar expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturacin Tabla 7.7. Factor de ConfiFactor de Confiabilidad, R Tabla 7.5 Desviacin Estndar Normal (ZR) Tabla 7.6 La desviacin estndar normal est en funcin de la confiabilidad delproyecto,R.En lasiguientetablase muestran losvaloresde desviacinestndarcorrespondienteadiferentesnivelesde confiabilidad. Carta de Diseo de Pavimentos Flexibles AASHTO 1993 Nomograma 7.2 Figura7.3.-Cartaparacalcularelcoeficienteestructuralde Concreto asfltico de gradacin densa Figura 7.4.- Variacin de coeficiente de capa de base granular (a2) con la variacin de los parmetros de resistencia Figura 7.7.- Variacin de coeficiente de capa de sub base granular (a3) con la variacin de los parmetros de resistencia Figura7.5.-Variacindecoeficientedecapade bases tratadas con cemento (a2) Figura7.5.-Variacindecoeficientedecapade bases tratadas con asfalto (a2) Ejemplo: Efecteeldiseodeunpavimentoflexiblenuevoparaunperodo dediseode10aos,considerandounniveldeserviciabilidad inicial de 4 y final de 2. El mdulo resiliente de la subrasante es 15.5 ksi.Asumaqueeltrficoacumuladoproyectadoesde3.41x10^6 ESALenelcarrildediseo.Considerequesetratadeunavade granimportancia.Adoptelosparmetrosquecreaconveniente para la solucin del problema. Solucin: Perodo de diseo, n = 10 aos Md. resiliente subrasante, = MR 15,500 psi ESAL de diseo, W18 = 3.41x10^6 PSIo = 4.0 PSIf = 2.0 Confiabilidad, R 95% valor promedio de 80 a 99.9%, Tabla 7.5 Desv. Est. Normal, ZR : -1.645 Tabla 7.6ErrorEstndar,So=0.45(AASHTO1993recomiendavalores entre 0.40 y 0.50 para pavimentos flexibles) Clculo del Nmero Estructural Segn el nomograma de la figura 7.2 se tiene: SNaprox=3.2 Este valor debe ser ajustado aplicando la ecuacin 7.1 de cuyo resultado se obtuvo que: SNrequerido=3.4 Diseo de Espesores Las condiciones de drenaje asumidas para el proyecto son buenas y elporcentajedetiempoenquelaestructuradelpavimentoes expuesta a niveles de humedad prximos a la saturacin son 1-5% y 5-25%paralascapasdebasegranularysubbasegranular, respectivamente. De las tablas 7.6 y 7.7 se tiene: Drenaje de base granular m2=1.1 Drenaje de sub base granular m3=1.0 Coeficientes de Capas: Carpeta asfltica E=450,000 psi a1 = 0.44 pulg-1 (figura 7.3) Base granular CBR=100% a2 = 0.14 pulg-1 (figura 7.4) MR = 30,000 psi Sub base granular CBR=25% a3 = 0.10 pulg-1 (figura 7.7) MR = 13,600 psi AASHTO 1993 propone dos metodologas para determinar los espesores de las capas que compondrn la estructura del pavimento.Elprimermtodoesporespesoresmnimosyla segunda donde los espesores mnimos sonreferenciales. PrimerMtodo:porEspesoresMnimos Laguarecomiendalossiguientesespesoresenfuncin del trnsito: Tabla 7.8. Segn la tabla 7.8 los espesores mnimos recomendados, para el trnsito son: D1=3.5 pulg. Espesor de carpeta asfltica D2=6.0 pulg. Espesor de base granular Reemplazando estos valores en la ecuacin 7.2: SN = a1 D1 + a2 D2 m2 + a3 D3 m3 3.4 = 0.44 3.5 + 0.14 6.01.1+ 0.10D3 1.0 D3 = 9.36 pulg D3 = 10 pulg Otras alternativas de ste primer mtodo son: 2 tanteo: D1 = 4 pulg D2 = 6 pulg SN = 3.484 D3 = 8 pulg 3 tanteo: D1 = 3.5 pulg D2 = 8 pulg SN = 3.512 D3 = 8 pulg SegundoMtodo:dondelosespesoresmnimosson referenciales a) Se asume que la carpeta asfltica se cimentar sobre la base granular con mdulo resiliente de 30,000 psi: Segn el nomograma de la figura 7.2 y aplicando la ecuacin 7.1 se obtuvo que: b) Ahora se asume que la base granular se cimienta sobre la sub base granular con mdulo resiliente de 13,600 psi: c) Ahora se asume que la sub base granular se cimienta sobre la subrasante con mdulo resiliente de 15,500 psi: