DISEÑO DE PAVIMENTOS

DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES POR: METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO Y AASHTO 93

TEMA: DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES POR EL MÉTODO

DEL INSTITUTO DEL ASFALTO Y AASHTO 93

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE MECÁNICA DE SUELOSDEPARTAMENTO ACADÉMICO DE MECÁNICA DE SUELOS

EXPOSITOR: ING. MANUEL F. CORREA MOROCHO Bch. Ing. Eliu Carbajal Salinas


UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFacultad De Ingeniería Civil

CarreterasCarreteras KmKm

A Nivel de Afirmado 12,690

Sin Afirmar 56,100

Total km de Superficie descubierta 68,790

Red Vial No Pavimentada

Definición.-• Estructura conformada por capas de espesores y

características específicas que se apoya sobre el terreno de fundación y que cumple la función principal de soportar las cargas impuestas por el tráfico, brindando seguridad y confort a los usuarios en el periodo concebido de diseño.



Universidad Nacional de IngenieríaFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Los Pavimentos pueden ser: • Por la calidad de los materiales: Afirmados,

Estabilizados, de Concreto Portland, Empedrados, Asfalto.

• Por su vida Util.- Temporales ó definitivos.• Por su estructura.- Simples ó reforzados.• Por el transito que soportan.- Urbanos, Carreteras

Aeropuertos, Pisos Industriales etc.• Por la forma de distribución de los esfuerzos



Clasificación.-• Pavimentos Flexibles.-

Tiene una base flexible o semirigida sobre la cual se ha construido una capa de rodamiento formada por una mezcla bituminosa

• Pavimentos Rígidos.-Aquellos cuya capa de rodamiento esta conformada por Concreto de cemento portland.

• P. Especiales.-Cualquier otro tipo de Pavimento



Pavimentos Flexibles• Carpeta Asfáltica• Base Granular• Sub Base Granular• Sub Rasante



PARAMETROS PRINCIPALESPARAMETROS PRINCIPALES



METODOLOGÍAS DE DISEÑOMETODOLOGÍAS DE DISEÑO

PARAMETROS PRINCIPALES EN EL DISEÑO

DE PAVIMENTOS

1.- Suelos de Fundación.1.- Suelos de Fundación.

2.- Tráfico.2.- Tráfico.

3.- Materiales.3.- Materiales.



EXPLORACIÓN DEL SUELO DE FUNDACIÓNEXPLORACIÓN DEL SUELO DE FUNDACIÓN

Se deben efectuar :

- Calicatas como mínimo cada 250 m.

- Profundidad mínima de 1.50 m.



VALOR DE SOPORTE DEL SUELO DE FUNDACIONVALOR DE SOPORTE DEL SUELO DE FUNDACION

a. Ensayo de California Bearing Ratio (CBR)

b. Norma ASTM D-1883

c. Actualmente se viene remplazando al CBR por el Módulo Resilente (MR) especificado en la Norma AASHTO T-274.



INFLUENCIA DE LAS CARGAS EN UN PAVIMENTO FLEXIBLE

1.50 m



CARACTERIZACION DE LOS SUELOSCARACTERIZACION DE LOS SUELOS

Visualmente se clasifica a los suelos en grupos básicos tales como: grava, arena, limos y arcillas

Observación Directa propiedades en campo Textura Forma de los granos Granulometría Plasticidad



ESTUDIO DE TRAFICO

Composición

Estadística

Proyección



Propósito.- Proporcionar un método para la determinación de datos de tráfico que sirvan al método de diseño estructural de pavimento a efectuar.

Principio.-Es posible representar el efecto de cualquier eje cargado con cualquier masa sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del número de aplicaciones de carga por eje simple, equivalentes a 18000 lb <> (80 kN) <> (8.2 Tn).

Datos requeridos.-Se requiere conocer el número de vehículos y la masa de las cargas por eje.



Periodo de AnálisisPara comparar diferentes alternativas de diseño es preciso seleccionar un periodo de tiempo para el cual se hará el análisis correspondiente.

Periodo de Diseño

El periodo de tiempo seleccionado para el cual se diseñará el pavimento se denomina periodo de diseño. No debe confundirse con la vida del pavimento. Generalmente se consideran periodos de diseño de 5 años, 10 años y 20 años

Clasificación y Número de Vehículos

Cuando no hay disponibilidad de datos de conteo y clasificación de tráfico, se pueden obtener estimados de los datos presentados en la tabla IV-I “Distribución de Camiones en Diferentes clases de carreteras en USA”



Carril de Diseño:

NUMERO DE CARRILES

(DOS DIRECCIONES)

PORCENTAJE DE TRAFICO EN EL

CARRIL DE DISEÑO (%)

2 50

4 45(35-48)*

6 o más 40(25-48)*

Crecimiento de Tráfico:En USA el crecimiento normal compuesto de los vehículos varía entre 3 y 5%.El I.A. proporciona tablas para determinar el factor de crecimiento. Estos factores multiplicados por el volumen de tráfico estimado del primer año (EAL), proporcionan el numero total de repeticiones de carga esperadas durante el periodo de diseño.



Estimación del EAL

El análisis de tráfico recomendado permite determinar el número de aplicaciones de cargas equivalentes a un eje simple de 18 000 lb (80kN) (EAL) a ser usado en la determinación de lo espesores del pavimento.

Factor Camión.

Es el número de aplicaciones equivalentes a una carga por eje simple de 80kN (18 000 lb), en una pasada de un vehículo dado.

Factor de Equivalencia de Carga.

Es el número de aplicaciones equivalentes a una carga por eje simple de 80kN (18 000 lb), en una pasada de un eje dado.



El EAL se calcula multiplicando el número de vehículos de cada clase de peso, por el factor Camión apropiado y sumando los productos.

Notas

Los factores de equivalencia de carga pueden obtenerse de latabla IV-4.

Los factores camión pueden calcularse para camiones individuales de cualquier tipo, o para combinaciones de diferentes tipos de camiones (es decir unidades simples de dos ejes, tres ejes, unidades tractor etc)



TIPO DE EJE Y PESO MAXIMO

Ejes Neumáticos Kilogramos

Simple

Simple

Doble (Tandem)

Doble (Tandem)

Doble (no

Tandem)

Triple (Tridem)

Triple (Tridem)

02

04

06

08

08

10

12

6,000

11,000

15,000

18,000

16,000

23,000

25,000

Sinmac

COMPOSICIÓN DEL COMPOSICIÓN DEL TRÁNSITOTRÁNSITO

La Norma establece:peso bruto máximo total por vehículo < 48,000Kg



Determinación del Índice Medio Diario AnualDeterminación del Índice Medio Diario Anual

Conteo de Tráfico.-

Pesaje de Vehículos.-

Medición de Presión de Inflado.-

Encuestas origen-destino.-



ESTADÍSTICA DE TRÁFICOESTADÍSTICA DE TRÁFICO

Esta basado en el conteo de tráfico

El tráfico que recibirá la carretera puede ser:

Tráfico Derivado .-

Tráfico Inducido.-

Tráfico Generado.-



PROYECCION DEL TRAFICOPROYECCION DEL TRAFICO

La metodología para encontrar la tasa de crecimiento para el tráfico está basada en:

Crecimiento poblacional

Crecimiento bruto Interno

Producto Bruto Interno Per-Capital por habitante



Para el cálculo del tráfico futuro se emplea la siguiente fórmula:

TTnn = T = Too(1+r)(1+r)nn



Cálculo y Elección del Método de DiseñoCálculo y Elección del Método de Diseño

El método para el diseño y cálculo de espesores depende del buen criterio del Ingeniero, condiciones climáticas y disposición de materiales.

La Metodología AASHTO se ajusta mejor a las características de nuestro medio por lo que es recomendada y aceptada por las entidades gubernamentales de nuestro país



Metodologías Actuales

Método del Instituto del Asfalto

Método de la AASHTO



Metodología del Instituto del AsfaltoMetodología del Instituto del Asfalto

Parámetros de Diseño

Calidad de la subrasante.

Materiales de construcción

Tráfico

El Método introduce valores promedios de temperatura ambiental a la que el pavimento estará sometidas todo el año



TEMPERATURA MEDIA DE DISEÑO

PORCENTAJE DE TRAFICO POR CARRIL DE DISEÑO

Temperatura Media

Anual del AireEfectos de la Helada

< 7 °C (46 °F) Si

15.5 °C (60 °F) Posible

>24 °C (75 °F) No

Instituto del Asfalto

Número de Carriles

(Dos Direcciones)Porcentaje de Tráfico en el

Carril de Diseño (%)

2 50

4 45 (35 – 48)*

4 a más 40 (25 – 48)*



RANGO DEL TRAFICO VALOR DEL PERCENTIL

Menos 104 60%

104 a 106 75%

mas de 106 87.5%

VALOR DE PERCENTIL PARA TRAFICO DE DISEÑO

RANGO DE TRAFICO CONDICION DE

TRAFICO

ESPESOR MINIMO

DE CONCRETO

ASFALTICO

Menos de 104 Tráfico bajo 75mm

104 a 106 Tráfico medio 100mm

Mas de 106 Tráfico alto 125mm

ESPESORES MINIMOS RECOMENDADOS





METODO AASHTO - 93METODO AASHTO - 93

El método AASHTO para diseño de pavimentos flexibles publicada en 1993 incluye importantes modificaciones dirigidas a mejorar la confiabilidad del método

Desde la publicación de la primera guía AASHTO en 1961, se han efectuado modificaciones en la ecuación de diseño con la finalidad de mejorar su uso y su confiabilidad



W18 = Número esperado de repeticiones de ejes equivalentes a

8.2 tn en el periodo de diseño.

Zr = Desviación Estándar del error combinado en la predicción

del tráfico y comportamiento estructural.

So = Desviación Estándar Total

PSI = Diferencia entre la Serviciabilidad Inicial (Po) y Final (Pt).

Mr = Módulo Resilente de la Sub-rasante (psi)

SN = Número Estructural, indicador de la Capacidad Estructural

requerida (materiales y espesores).

ai = Coeficiente Estructural de la capa i

Di = Espesor de la Capa i

mi = Coeficiente de Drenaje de la Capa Granular i

Parámetros de DiseñoParámetros de Diseño



Para la guía AASHTO corresponde al EAL afectado por coeficientes que representan el sentido y el número de carriles que tendrá la vía

WW1818 = D = DDDxDxDLLxEALxEAL

EALEAL = Numero de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.

DD DD = Es un factor de distribución direccional. Por lo general se considera 0.5

DL DL = Factor carril, esta dictado por el siguiente cuadro

ParámetroParámetro WW1818



NUMERO DE LÍNEAS EN CADA DIRECCIÓN

PORCENTAJE PARA EJES DE 8.2 TN EN CADA DIRECCIÓN

1 100

2 80 – 100

3 60 – 80

4 50 - 75

Fuente : AASHTO

FACTOR CARRILFACTOR CARRIL



Donde :

EAL(8.2 Tn) : Número de Ejes Equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.

IMD2E : Índice Medio Diario de Camiones de 2 ejes

IMD3E : Índice Medio Diario de Camiones de 3 ejes

IMDTyST : Índice Medio Diario de Camiones de TyST

FD2E : Factor Destructivo de Camiones de 2E

FD3E : Factor Destructivo de Camiones de 3E

FDTyST : Factor Destructivo de Camiones de TyST

i : Tasa de crecimiento de los vehículos

n : Periodo de Diseño

EAL(8.2 tn)=365(IMD2E*FD2E + IMD3E*FD3E + IMDTYS*FDTYS)[(1+i)n -1]

i



CONFIABILIDADCONFIABILIDAD

Clasificación General Nivel de Confiabilidad

Urbano Rural

Autopista y carreteras interestatales

85 – 99.9 80 – 99.9

Otras arterias principales 80 – 99 75 – 95

Colectoras 80 – 95 75 – 95

Locales 50 – 80 50 - 80



Confiabilidad

R (%)

Desviación Estándar Normal (Zr)

50

60

70

75

80

85

90

.

.

99.99

- 0.00- 0.253- 0.524- 0.674- 0.841- 1.037- 1.282

.

.

- 3.750



Desviación Estándar Total (So)Desviación Estándar Total (So)

0.30 - 0.45 Pavimentos Rígidos0.30 - 0.45 Pavimentos Rígidos

0.40 - 0.45 Pavimentos Flexibles0.40 - 0.45 Pavimentos Flexibles



Índice de Serviciabilidad PresenteÍndice de Serviciabilidad Presente

PSI inicial = Inicio del Periodo PSI inicial = Inicio del Periodo

PSI Final = Fin del PeriodoPSI Final = Fin del Periodo

ΔΔ PSI = PSI Final – PSI inicial PSI = PSI Final – PSI inicial



La guía AASHTO reconoce que muchas agencias no poseen los equipos para determinar el Mr y propone el uso de la conocida correlación con el CBR

MrMr(psi)(psi) = 1500 = 1500xxCBRCBR

MrMr == 1500xCBR para CBR < 10% sugerida por 1500xCBR para CBR < 10% sugerida por AASHTOAASHTO

MrMr == 3000xCBR 3000xCBR 0.650.65 para CBR de 7.2% a 20% esta para CBR de 7.2% a 20% esta ecuación fué desarrollada en Sudáfricaecuación fué desarrollada en Sudáfrica

MrMr == 4326xlnCBR + 241 utilizada para suelos 4326xlnCBR + 241 utilizada para suelos granulares por la propia guía AASHTOgranulares por la propia guía AASHTO



Cálculo de Número Estructural

PSI log ---------- 4.2 - 1.5

log W18 = Zr x So + 9.36 x log (SN+1) - 0.20 + ----------------- + 2.32 x log MR - 8.07 1094 0.40 + ----------------

(SN+1)5.19



CARTA DE DISEÑO AASHTO 1993CARTA DE DISEÑO AASHTO 1993



SN=a1xD1+a2xD2xm2+a3xD3xm3

ESTRUCTURACIÓN ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTODEL PAVIMENTO



COEFICIENTE DE DRENAJECOEFICIENTE DE DRENAJE

CARACTERISTICAS DE

DRENAJE

AGUA

ELIMINADA

EN

Porcentaje de tiempo en el año, que la estructura del

Pavimento está expuesta a un nivel de humedad próxima a la

saturación

< 1% 1% - 5% 5% - 25% > 25%

Excelente 2 horas 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20

Bueno 1 día 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00

Regular 1 semana 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80

Pobre 1 mes 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60

Muy Malo No drena 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40



En lo que respecta a este coeficiente se puede decir lo siguiente:

El coeficiente de aporte estructural (a1) para carpetas asfálticas en caliente esta en función a su Modulo de Elasticidad y a su vez de la estabilidad Marshall

Coeficiente de Coeficiente de Aporte EstructuralAporte Estructural



Abaco de correlación entre CBR y coeficiente estructural de Base Granular

Material de Base y del Ensayo de CBR (al 100%MDS)



ESPESORES MINIMOS (PULGADAS)

Rango de Tráfico Concreto Asfáltico Espesor de Base

Menor de 50,000 1 (Tratamiento superficial)

4

50,001 – 150,000 2.0 4

150,001 – 500,000 2.5 4

500,000 – 2’000,000 3.0 6

2’000,000 – 7’000,000 3.5 6

Mayor a 7’000,000 4.0 6





MUCHAS GRACIAS

Documents

DISEÑO DE PAVIMENTOS