Diseño Del Pavimento Hco Kotosh

DISEO DEL PAVIMENTO

DISEO DEL PAVIMENTOI. DATOS GENERALES

PROYECTO:MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA HUANUCO - KOTOSHTRAMO

:HUANUCO - KOTOSHLONGITUD:3,500 METROS

II. CONSIDERACIONES DE DISEOPOR LAS CONDICIONES DE CAPAS EXISTENTES Y MATERIALES DISPONIBLESSe utilizar las partidas o trabajos ejecutados a la fecha en la carretera en estudio, como por ejemplo parte o toda la seccin de plataforma existente, siendo finalmente el diseo geomtrico el que determine la ubicacin de la sub rasante.La capa de lastrado existente que consiste de un material compactado y grueso transportado de cantera, que a la fecha presenta una buena estabilidad y de acuerdo a su ubicacin en el trazo geomtrico, puede utilizarse se como capa denominada sub rasante, con la condicin de que tenga un espesor mnimo de 30 cm. Cabe indicar que esta capa tiene a la fecha espesores variables menores de 25 cm. conforme al estudio de suelos. Su clasificacin pertenece a: A-2-4 (0) y A-1-a (0); GM y/o SM.

La sub base granular consistir en una capa compactada de material seleccionado transportado de cantera, que para el presente proyecto ser la cantera de Potracancha ubicado en Cayhuayna, distrito de Pillco Marka.La capa de base granular consistir en una capa compactada de material de cantera pudindose utilizar la ubicada de Potracancha para seleccionar el agregado fino y piedra chancada de la progresiva 424+000 denominada San Andrs en Limompampa, a un costado de la carretera central Huanuco - Rancho.La cantera de Chullqui ser utilizado bsicamente para la extraccin de arena agregado fino- para la mezcla asfltica, y donde tambin se encuentra la planta de Asfalto para la produccin de mezcla asfltica en caliente.Los tramos en relleno o terraplenes se ejecutarn con material propio y de prstamo lateral. POR EL TIPO DE PAVIMENTO A UTILIZARSE

Se utilizar un pavimento superior consistente en una mezcla asfltica en caliente, aprovechando que el Gobierno Regional Hunuco cuenta con la maquinaria completa para los trabajos de asfaltado.III. METODOLOGIA DE DISEOSe trata de disear los componentes en nmero y dimensiones de las capas estructurales del pavimento para soportar las solicitaciones de cargas en el perodo de diseo seleccionado y en base a las condiciones de resistencia de la sub rasante.En nuestro medio, los mtodos tradicionales para el Diseo Estructural de Pavimentos, se basan generalmente en Metodologas Norteamericanas, siendo las ms conocidas y utilizadas la del Instituto del Asfalto y el mtodo AASHTO, que evidentemente son instituciones de reconocido prestigio en el mundo en esta especialidad.Tambin tenemos el Manual para el Diseo de Caminos Pavimentados de Bajo Volumen de Trnsito del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, aprobado con Resolucin Ministerial No. 262-2007 MTC/02 de fecha 05 de Junio del 2007.

IV. CATEGORIA DEL TRAFICOPara la determinacin del trnsito en la va Huanuco - Kotosh, se tom los resultados de los conteos realizados en el estudio de prefactibilidad, obteniendo un ndice medio diario anual de 499 vehculos/da -en los cuadros de la seccin trnsito del presente estudio se demuestran el proceso de conteo y elaboracin de los resultados-. De este cuadro se puede notar que el 77.04% son vehculos ligeros y que el 22.96% son vehculos pesados; es decir 114 vehculos pesados circulan por la va por da, y 57 vehculos pesados por carril por da.Se hizo el clculo de los ejes equivalentes teniendo en cuenta un perodo de diseo de 10 aos conforme al considerado en el perfil de prefactibilidad, con una tasa de crecimiento anual del trnsito del 3.4%, obtenindose los siguientes resultados:RESUMEN DE ESAL CALCULADOSMETODOLOGIAESAL

1. INSTITUTO DEL ASFALTO

2. AASHTO

3.MTC (CPBVT)1.1x1068.8x1051.4x106

Segn esta propuesta el trnsito se clasifica en Liviano, Mediano y Pesado basado en la Clasificacin del Trnsito hecha por el Instituto del Asfalto, que es:

Liviano Condiciones de transito que resultan en un ESAL de diseo < 104 Mediano Condiciones de transito que resultan en un ESAL de diseo entre 104 y 106 Pesado Condiciones de transito que resultan en un ESAL de diseo > 106Para nuestro caso tenemos un trnsito liviano.V. EVALUACION DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE DE LA SUB RASANTEDe acuerdo al estudio de suelos se tiene una sub rasante clasificado como: GM, GW, GP-GM, GW-GM, SM de acuerdo a la clasificacin SUCS; A-2-4(0), A-1-b(0), A-1-a(0) de acuerdo con la clasificacin AASHTO, los mismos que corresponden a materiales gravas bien graduadas, gravas mal graduadas, gravas mal graduadas con limo y arena, y arenas limosas con grava. Se tiene un CBR del 36.2% en promedio para todo el tramo correspondiente a los 3,500 metros de la carretera..

El CBR de la sub rasante y la clasificacin AASHTO lo califica como una capa excelente para sub rasante.

VI. DISEO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOSe utilizarn varios mtodos para seleccionar la alternativa ptima tanto tcnica y econmicamente, que son los siguientes:

6.1

INSTITUTO DEL ASFALTOEl manual presenta un procedimiento de diseo para obtener los espesores de la seccin estructural de pavimentos, donde se utilizan el cemento asfltico y las emulsiones asflticas en toda la seccin o en parte de ella. Se incluyen varias combinaciones de superficies de rodamiento con concreto asfltico, carpetas elaboradas con emulsiones asflticas, bases asflticas y bases o sub bases granulares naturales.El mtodo actual distingue el Periodo de Diseo y el Periodo de Anlisis, del siguiente modo:Un pavimento debe ser diseado para soportar los efectos acumulados del trnsito para cualquier periodo de tiempo; el periodo seleccionado, en aos, se define como Periodo de Diseo. Al trmino de este, se espera que el pavimento requiera alguna accin de rehabilitacin mayor, como puede ser una sobrecarpeta de refuerzo para restaurar su condicin original. La vida til del pavimento, o Periodo de Anlisis pueda ser extendida indefinidamente, a travs de sobrecarpetas u otras acciones de rehabilitacin, hasta que la carretera sea obsoleta por cambios significativos en pendientes, alineamiento geomtrico y otros factores. En la ltima versin el mtodo considera periodos de diseo de uno a 35 aos y tasas de crecimiento del trnsito del 2 al 10%.TASA ANUAL DE CRECIMIENTO DEL TRNSITO.

Perodo deDiseo,Tasa Anual de Crecimiento, en por ciento.aos (n) 2 4 5 6 7 8 101 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

2 2.02 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.10

3 3.06 3.12 3.15 3.18 3.21 3.25 3.31

4 4.12 4.25 4.31 4.37 4.44 4.51 4.64

5 5.20 5.42 5.53 5.64 5.75 5.87 6.11

6 6.31 6.63 6.80 6.98 7.15 7.34 7.72

7 7.43 7.90 8.14 8.39 8.65 8.92 9.49

8 8.58 9.21 9.55 9.90 10.26 10.64 11.449 9.75 10.58 11.03 11.49 11.98 12.49 13.5810 10.95 12.01 12.58 13.18 13.82 14.49 15.9411 12.17 13.49 14.21 14.97 15.78 16.65 18.5312 13.41 15.03 15.92 16.87 17.89 18.98 21.3813 14.68 16.63 17.71 18.88 20.14 21.50 24.5214 15.97 18.29 19.16 21.01 22.55 24.21 27.9715 17.29 20.02 21.58 23.28 25.13 27.15 31.7716 18.64 21.82 23.66 25.67 27.89 30.32 35.9517 20.01 23.70 25.84 28.21 30.84 33.75 40.5518 21.41 25.65 28.13 30.91 34.00 37.45 45.6019 22.84 27.67 30.54 33.76 37.38 41.45 51.1620 24.30 29.78 33.06 36.79 41.00 45.76 57.2825 32.03 41.65 47.73 54.86 63.25 73.11 98.3530 40.57 56.08 66.44 79.06 94.46 113.2164.435 49.99 73.65 90.32 111.4

138.2

172.3

271.0Para el clculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el carril de diseo, el actual mtodo recomienda los siguientes valores:No. DE CARRILES EN AMBAS DIRECCIONES% DE CAMIONES EN EL ACRRIL DE DISEO

250

Un punto notable que se hace notar, es que para el clculo de los ejes equivalentes, el mtodo vigente recomienda utilizar la metodologa de la AASHTO, en la versin 1993. Para lo anterior el mtodo proporciona los factores de equivalencia o coeficientes de dao para ejes sencillos, dobles o triples, incluyendo cargas sobre el eje desde 0.5 toneladas (1000 lb) hasta 41 toneladas (90,000 lb), lo que se considera cubre sobradamente cualquier condicin de peso de vehculos de carga en cualquier red de carreteras, desde rurales hasta grandes autopistas.Habindose obtenido los coeficientes por cada eje o conjuntos de ejes, la suma proporcionar el coeficiente total de equivalencia del vehculo. Utilizando el factor o tasa anual de crecimiento del trnsito y multiplicndolo por los coeficientes totales de equivalencia y por el nmero de vehculos del aforo del trnsito promedio anual, se obtienen los ejes equivalentes acumulados reales para el periodo de diseo considerado.El mtodo considera factores de ajuste de los ejes equivalentes de diseo, para diferentes presiones de contacto de los neumticos sobre el pavimento, en funcin de su presin de inflado y de los espesores de la carpeta asfltica.Para el diseo de los espesores de una seccin estructural del pavimento flexible, se considera como parmetro fundamental, dentro de la evaluacin de los materiales, la obtencin del Modulo de Resiliencia (Mr). El mismo manual reconoce que no todos los organismos tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba, por lo que se ha establecido factores de correlacin Mr y la prueba estndar del valor relativo de soporte CBR, sealando que los resultados son bastante aproximados.Mr (psi) = 1,500CBR

Mr (Mpa) =10.3CBRPara la va en estudio se tiene:

Mr = 54,300 psiMr = 373 MpaHay que tener en cuenta que la correlacin es slo aplicable a los materiales de la capa de la sub rasante, no sirviendo para materiales granulares que se pretendan usar en las capas de sub base y base.En cuanto a requerimientos de espesores mnimos, en funcin del nivel de trnsito en ejes equivalentes, el mtodo recomienda los siguientes valores:A) Para superficies de concreto asfltico construido sobre bases emulsificadas:ESPESORES MNIMOS DE CARPETA ASFLTICA, DE ACUERDO AL NIVEL DEL TRNSITO NIVEL TRNSITO EN EJES EQUIVALENTES

ESPESOR MNIMO DECARPETA ASFLTICAEN CM (1)

10,000 5.0

100,000 5.0

1`000,000 7.5

10`000,000 10.0

Mayor de 10000,000 13.0

1) Podr usarse concreto asfltico o mezclas asflticas emulsificadas Tipo I con un tratamiento superficial, sobre bases asflticas tipo II o Tipo III.Tipo I: Mezclas elaboradas con agregados, textura cerrada. Tipo II: Mezclas elaboradas con agregados semi-procesados. Tipo III: Mezclas elaboradas con arenas o arenas-limosas.B) Para superficies de concreto asfltico construido sobre bases granulares sin estabilizar:

ESPESORES DE SUPERFICIE DE CONCRETO ASFLTICO SOBRE BASES GRANULARES SIN ESTABILIZARNIVEL DE TRANSITO EN EJES EQUIVALENTESCONDICION TRANSITOESPESOR MINIMO DE CARPETA ASFALTICA CM

HASTA 10,000LIGERO7.2 (2)

ENTRE 10,000 Y 1`000,000MEDIANO10.0

MAYOR DE 1`000,000PESADO12.5 O MAS

(2) Para pavimentos de una sola capa formada con concreto asfltico (full - depth) o pavimentos con emulsiones asflticas, se requiere un mnimo de 10 cm.Para el clculo de espesores de diseo, el mtodo del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de Norteamrica, proporciona para el diseo final de los espesores de la seccin estructural del pavimento flexible, 18 grficas o cartas de diseo en sistema mtrico y 18 en sistema ingls, las cuales cubren todas las variables involucradas.El mtodo presenta grficas con escalas logartmicas para las tres condiciones climticas consideradas, con el total de ejes equivalentes sencillos acumulados en el perodo de diseo y el Mdulo de Resiliencia de diseo de la capa subrasante, para obtener los espesores finales de pavimentos de una sola capa formada con concreto asfltico (full - depth), pavimentos elaborados con emulsiones asflticas tipos I, II y III y bases granulares sin tratamiento con espesores de 15 y 30 cm. Las grficas 7C debern emplearse para temperaturas menores o iguales a 7C, las grficas 24C para temperaturas de 24C o mayores y las grficas 15.5C para temperaturas intermedias.Los espesores obtenidos se podr convertir en una estructura multicapa, formada por la carpeta de rodamiento, base y subbase, empleando los coeficientes estructurales recomendados por la AASHTO para esas capas o los coeficientes de equivalencia sugeridos por el mismo Instituto del Asfalto o los Mtodos de California.Del anlisis del clima se tiene en la zona del presente estudio una temperatura media anual de 20.53C, por lo que utilizaremos la carta con las siguientes caractersticas:Base de Agregados no Tratados de 150 mm de Espesor

MAAT 15.5 C

Mr = 373 MPaESAL = 1.1 X 106

Se obtiene la siguiente seccin:

TIPO MATERIALRASANTEESPESOR CAPA

CARPET ASFALTICA EN CALIENTE10.00CM

BASE GRANULAR NO TRATADA15.00CM

SUB RASANTE

ESPESOR TOTAL DEL PAVIMENTO25.00CM

6.2METODO AASHTO

El mtodo de la AASHTO versin 1993, describe con detalle los procedimientos para el diseo de la seccin estructural de los pavimentos flexibles y rgidos de carreteras. En el caso de los pavimentos flexibles, el mtodo establece que la superficie de rodamiento se resuelve solamente con concreto asfltico y tratamientos superficiales, pues asume que tales estructuras soportarn niveles significativos de trnsito (mayores de 50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2 ton durante el perodo de diseo), dejando fuera pavimentos ligeros para trnsitos menores al citado.Los procedimientos involucrados en el mtodo de diseo, versin 1993, estn basados en las ecuaciones originales de la AASHO que datan de 1961, producto de las pruebas en Ottawa, Illinois, con tramos a escala natural y para todo tipo de pavimentos. La versin de 1986 y la de 1993 se han modificado para incluir factores o parmetros de diseo que no haban sido considerados y que son producto de la experiencia adquirida por ese organismo entre el mtodo original y su versin ms moderna, adems de incluir experiencias de otras dependencias y consultores independientes.El diseo est basado primordialmente en identificar o encontrar un nmero estructural SN para el pavimento flexible que pueda soportar el nivel de carga solicitado. Para determinar el nmero estructural SN requerido, el mtodo proporciona la ecuacin general y la grfica de la figura adjunta, involucra los siguientes parmetros:

El trnsito en ejes equivalentes acumulados para el perodo de diseo seleccionado, W18.

El parmetro de confiabilidad, R.La desviacin estndar global, So.

El mdulo de resiliencia efectivo, Mr del material usado para la subrasante.La prdida o diferencia entre los ndices de servicios inicial y final deseados, PSI.

Trnsito.

Para el clculo del trnsito, el mtodo contempla los ejes equivalentes sencillos de 18,000 lb (8.2 ton) acumulados durante el perodo de diseo: (ESAL). La ecuacin siguiente puede ser usada para calcular el parmetro del trnsito W18.

GY = (1 + r)Y 1

r

Fi = 1/(10 log(Wx/W18)

ESAL = L.D.365.IMD.Fi.GYFACTOR DE DISTRIBUCION POR CARRILNUMERO DE CARRILES EN CADA SENTIDO% DE W18 EN EL CARRIL DE DISEO

1100

280 -100

360 -80

4 o MAS50 -75

Para nuestro diseo corresponde un factor de distribucin por carril L del 100% (1.00).

Una vez calculados los ejes equivalentes acumulados en el primer ao, con la tas de crecimiento anual estimado en 3.4%, y el perodo de diseo de 10 aos, el total de ejes equivalentes acumulados es:

ESAL = 8.8x105Es importante hacer notar que la metodologa original de AASHTO usualmente consideraba perodos de diseo de 20 aos; en la versin 1993, recomienda los siguientes perodos de diseo en funcin del tipo de carretera:CLASIFICACION DE LA VIAPERIODO DE ANALISIS (AOS)

URBANA DE ALTO VOLUMEN DE TRAFICO30-50

RURAL DE ALTO VOLUMEN DE TRAFICO20-50

PAVIMENTADA DE BAJO VOLUMEN DE TRAFICO15-25

NO PAVIMENTADA DE BO VOLUMEN DE TRAFICO10-20

Teniendo en consideracin la realidad socioeconmica de la zona del proyecto, y adems que este aspecto ha sido tratado en el estudio de prefactibilidad, para nuestro caso tomaremos un periodo de diseo de 10 aos. Asimismo, del estudio de trfico se esperan que la va reciba ejes pesados en su mayora del tipo C2, siendo los ejes mas pesados del tipo C3 y T3S3 slo el 0.73% del trnsito total.Confiabilidad RCon el parmetro de Confiabilidad R, se trata de llegar a cierto grado de certeza en el mtodo de diseo, para asegurar que las diversas alternativas de la seccin estructural que se obtengan, durarn como mnimo el perodo de diseo. Se consideran posibles variaciones en las predicciones del trnsito en ejes acumulados y en el comportamiento de la seccin diseada.El mtodo AASHTO para el diseo de la seccin estructural de pavimentos flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99.9 para el parmetro R de confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales, notndose que los niveles ms altos corresponden a obras que estarn sujetas a un uso intensivo, mientras que los niveles ms bajos corresponden a obras o caminos locales y secundarios.NIVEL DE CONFIABILIDAD RECOMEDADO

CLASIFICACION FUNCIONAL

RURAL

Carretera Interestatal o Autopista. 80 - 99.9Red Principal o Federal. 75 - 95Red Secundaria o Estatal/Colectoras 75 - 95Red Rural o Local. 50 - 80Para nuestro proyecto se usar un valor R de nivel de confiabilidad del 75% por tratarse de una va del sistema nacional, colectora y ubicada en la zona rural; adems para este nivel de confiabilidad adoptado corresponde una desviacin normal de Zr=-0.674. Desviacin estndar global SoEste parmetro est ligado directamente con la Confiabilidad (R). La Desviacin Estndar Global, representativo de condiciones locales particulares, que considera posibles variaciones en el comportamiento del pavimento y en la prediccin del trnsito. Los valores de So en los tramos de prueba de AASHO no incluyeron errores en la estimacin del trnsito; sin embargo, el error en la prediccin del comportamiento de las secciones en tales tramos, fue de 0.25 para pavimentos rgidos y 0.35 para los flexibles, lo que corresponde a valores de la desviacin estndar total debidos al trnsito de 0.35 y 0.45 para pavimentos rgidos y flexibles respectivamente.Para nuestro proyecto asumiremos una desviacin estndar de So=0.40.

Mdulo de Resiliencia efectivoEn el mtodo AASHTO, la parte fundamental para caracterizar debidamente a los materiales, consiste en la obtencin del Mdulo de Resiliencia, con base en pruebas de laboratorio, realizadas en materiales a utilizar en la capa subrasante (Mtodo AASHTO T-274), con muestras representativas (esfuerzo y humedad) que simulen las estaciones del ao respectivas. El mdulo de resiliencia estacional ser obtenido alternadamente por correlaciones con propiedades del suelo, tales como el contenido de arcilla, humedad, ndice plstico, etc.

Finalmente, deber obtenerse un mdulo de resiliencia efectivo, que es equivalente al efecto combinado de todos los valores de mdulos estacionales.Para la obtencin del mdulo estacional, o variaciones del Mr a lo largo de todas las estaciones del ao se ofrecen dos procedimientos: uno, obteniendo la relacin en el laboratorio entre el mdulo de resiliencia y el contenido de humedad de diferentes muestras en diferentes estaciones del ao y, dos, utilizando algn equipo para medicin de deflexiones sobre carreteras en servicio durante diferentes estaciones del ao.Sin embargo, para el diseo de pavimentos flexibles, nicamente se recomienda convertir los datos estacionales en mdulo de resiliencia efectivo de la capa subrasante, con el auxilio de la figura que se adjunta, que proporciona un valor sopesado en funcin del dao equivalente anual obtenido para cada estacin en particular. Tambin puede utilizarse la siguiente ecuacin:Uf = 1.18x108 *MR 2.3.2 Donde:Uf = Dao relativo en cada estacin (por ms o quincenal).

MR = Mdulo de Resiliencia de la capa subrasante, obtenido en laboratorio o con deflexiones cada quincena o ms.Para nuestro proyecto utilizaremos la ecuacin dad en el mtodo AASHTO 2002, que correlaciona el Mr con el CBR de la capa en analizada.

Mr = 2550*CBR0.64

Obtenindose para un CBR de la subrasante de 36.2%, un Mr = 25,358 psi.Prdida o diferencia entre ndices de servicio inicial y terminalEl cambio o prdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se define en el mtodo con la siguiente ecuacin:PSI = ndice de Servicio PresentePSI = o - tDonde:PSI = Diferencia entre los ndices de servicio inicial u original y el final o terminal deseado.o = ndice de servicio inicial (4.5 para pavimentos rgidos y 4.2 para flexibles).t = ndice de servicio terminal, para el cual AASHTO maneja en su versin1993 valores de 3.0, 2.5 y 2.0, recomendando 2.5 3.0 para caminos principales y 2.0 para secundarios.

Para el presente proyecto se asume: o=4.2 y t =2.0.

Drenaje

Esta seccin describe la seleccin de los datos de entrada para manejar los efectos de ciertos niveles de drenaje en la prediccin del comportamiento de los pavimentos, respecto al efecto que tiene el agua sobre la resistencia del material de base y sub rasante. El mtodo que se usa es proporcionar drenaje rpido del agua libre (no capilar) de la estructura del pavimento, proporcionando una capa adecuado de drenaje y modificando el coeficiente estructural de capa. La modificacin se hace introduciendo un factor mi para los coeficientes de capa de base y sub base (a2 y a3). Los factores mi se basan tanto en el porcentaje de tiempo durante el cual la estructura del pavimento este casi saturada, como en la calidad del drenaje, que a su vez depende del tiempo que se tarda en drenarse la capa de base hasta 50% de saturacin.CALIDAD DEL DRENAJEAGUA ELIMINADA EN MENOS DE

EXCELENTE2 HORAS

BUENA 1 DIA

REGULAR1 SEMANA

MALA1 MES

MUY MALAEL AGUA NO SE DRENA

VALORES RECOMENDADOS DE miPORCENTAJE DEL TIEMPO DURANTE EL CUAL LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ESTA EXPUESTA A LOS NIVELES DE HUMEDAD CERCANOS A LA SATURACION

CALIDAD DEL DRENAJE5-25%

EXCELENTE 1.30-1.20

BUENA1.15-1.00

REGULAR1.00-0.80

MALA0.80-0.60

MUY MALA0.75-0.40

Para el presente proyecto se estima que el agua tarda una semana en drenarse desde el interior del pavimento, siendo por lo tanto el drenaje de regular calidad; adems el pavimento estar expuesta a niveles de humedad el 10% del tiempo; por lo tanto para esas condiciones tomamos un coeficiente de drenaje mi=0.90. Determinacin de espesores por capas.Una vez que se ha obtenido el Nmero Estructural SN para la seccin estructural del pavimento, utilizando el grfico o la ecuacin general bsica de diseo, donde se involucraron los parmetros anteriormente descritos (trnsito, R, So, MR , PSI ), se requiere ahora determinar una seccin multicapa que en conjunto provea de suficiente capacidad de soporte equivalente al nmero estructural de diseo original. La siguiente ecuacin puede utilizarse para obtener los espesores de cada capa, para la superficie de rodamiento o carpeta, base y subbase: SN = a1*D1 + a2*D2*m2 + a3*D3*m3Donde:

SN = nmero estructural adecuado para para soportar la ESAL proyectada en el perodo de diseo. a1, a2 y a3 = Coeficientes de capa representativos de carpeta, base y subbase respectivamente.D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y subbase respectivamente, en pulgadas.m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y subbase, respectivamente.Teniendo en cuenta el Manual para el Diseo de Caminos Pavimentados de Bajo Volumen de Trnsito, donde para un tipo de trnsito T4 y una sub rasante de tipo muy buena, para un periodo de diseo de 10 aos se requiere un nmero estructural mnimo de: SN = 2.52.

Adems se seleccionaron los siguientes valores:a1 = 0.42a2 = 0.14

a3 = 0.13

Obtenindose la siguiente estructura con un SN = 2.72.SECCION A

TIPO MATERIALSUPERFICIEESPESORES EN PUL. Y CM

CARPETA ASFALTICA EN CALIENTE3.00PULG7.62CM

BASE GRANULAR NO TRATADA6.00PULG15.24CM

SUB BASE GRANULAR NO TRATADA6.00PULG15.24CM

SN=2.7215.00PULG38.10CM

Adems se obtuvieron con este mtodo las siguientes secciones:SECCION B


CARPET ASFALTICA EN CALIENTE3.50PULG8.89CM



SN=2.9315.50PULG39.37CM

SECCION C




SUB RASANTE0.00PULG0.00CM

SN=2.5412.00PULG30.48CM

Estas tres secciones se analizaron con el programa de cmputo KENLAYER, que es un mtodo racional o mecanstico siendo la SECCION A la ptima desde el punto de vista econmico, y el que finalmente se seleccion.6.3METODO DEL MANUAL PARA EL DISEO DE CAMINOS PAVIMENTADOS DE BAJO VOLUMEN DE TRANSITOEl manual est basado en el mtodo AASHTO, clasificando el trsnsito en cuatro tipos:TIPO DE TRANSITOEJES EQUIVALENTES

T15.0x104 1.5x105

T21.5x105 3.0x105

T33x105 6.0x105

T46.0x105 1.0x106

Para nuestro caso se tiene un trfico T4.En cuanto a la sub rasante se considera Muy Buena cuando el CBR de dicha capa e mayor del 20%. En nuestro caso tenemos una subrasante muy buena.

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO RECOMENDADA





SN=2.9315.50PULG37.50CM

VII. SECCION SELECCIONADAFinalmente se seleccion la SECCION A, que es la mas ptima.VIII. MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTEEl asfalto es un material negro, cementante, que vara ampliamente en consistencia, entre slido y semislido (slido blando), a temperaturas ambientales normales. Cuando se calienta lo suficiente, el asfalto se ablanda y se vuelve lquido, lo cual permite cubrir las partculas de agregado durante la produccin de mezcla en caliente.El asfalto usado en pavimentacin, generalmente llamado cemento asfltico, es un material viscoso (espeso) y pegajoso. Se adhiere fcilmente a las partculas de agregado y, por lo tanto, es un excelente cemento para unir partculas de agregado en un pavimento de mezcla en caliente. El cemento asfltico es un excelente material impermeabilizante y no es afectado por los cidos, los lcalis (bases) o las sales. Esto significa que un pavimento de concreto asfltico construido adecuadamente es impermeable y resistente a muchos tipos de dao qumico.El asfalto cambia cuando es calentado y/o envejecido. Tiende a volverse duro y frgil y tambin a perder parte de su capacidad de adherirse a las partculas de agregado. Estos cambios pueden ser minimizados si se comprenden las propiedades del asfalto, y si se toman medidas, durante la construccin, para garantizar que el pavimento terminado sea construido de tal manera que pueda retardarse el proceso de envejecimiento.Los cementos asflticos se clasifican bajo tres sistemas diferentes. Ellos son: viscosidad, viscosidad despus de envejecimiento y penetracin. En nuestro pas la clasificacin ms usada es el de viscosidad y penetracin.En el sistema de viscosidad, el poise es la unidad normal de medida para viscosidad absoluta; cuando ms alto es el nmero de poises, mas viscoso es el asfalto. El mtodo de clasificacin segn la penetracin consiste en ensayar una muestra de asfalto y dejar caer una aguja normal dentro de la muestra bajo una carga dada. La distancia que la aguja penetra en la muestra en un tiempo determinado es medida en dcimas de milmetro (0.1 mm).

Las tablas mostradas en las especificaciones tcnicas de clasificacin del cemento asfltico en los dos sistemas, sealan propiedades que van ms all de viscosidad y penetracin, tales como: ductilidad, punto de inflamacin, etc.SELECCIN DEL GRADO DE ASFALTO A UTILIZARSE EN EL PROYECTOSegn el captulo 4, seccin 400, de las Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras (EG-2000) del MTC, se tiene:(b) Cemento asflticoEl cemento asfltico a emplear en los riegos de liga y en las mezclas asflticas elaboradas en caliente ser clasificado por viscosidad absoluta y por penetracin. Su empleo ser segn las caractersticas climticas de la regin, la correspondiente carta viscosidad del cemento asfltico y tal como lo indica la Tabla N 400-1, las consideraciones del Proyecto y las indicaciones del Supervisor.

Tabla N 400-1Mezclas en CalienteTipo de Cemento Asfltico Clasificado segn PenetracinTemperatura Media Anual

24C o ms24C 15C15C - 5CMenos de 5C

40 50

60-70 Modificado60-7085 100

120 - 150Asfalto Modificado

El cemento asfltico debe presentar un aspecto homogneo, libre de agua y no formar espuma cuando es calentado a temperatura de 175C.En nuestro proyecto se tiene una temperatura media anual de 20.53C, por lo que se deber usar un cemento asfltico grado PEN 60-70, AC-20 (segn la norma norteamericana). Alternativamente se puede considerar el uso del PEN 85-100 (AC-10), que segn la norma norteamericana, se puede utilizar en climas templados, con una temperatura media anual entre 7C y 24C. PROPIEDADES FISICAS DEL ASFALTO Las propiedades fsicas del asfalto, de mayor importancia para el diseo, construccin, y mantenimiento de carreteras son: durabilidad, adhesin, susceptibilidad a la temperatura, envejecimiento y endurecimiento.

Durabilidad: es la medida de que tanto puede retener un asfalto sus caractersticas originales cuando es expuesto a procesos normales de degradacin y envejecimiento. Es una propiedad juzgada principalmente a travs del comportamiento del pavimento, y por consiguiente es difcil de definir solamente en trminos de las propiedades del asfalto. Esto se debe a que el comportamiento del pavimento est afectado por el diseo de la mezcla, las caractersticas del agregado, la mano de obra de construccin y otras variables, que incluyen la misma durabilidad del asfalto.

Sin embargo existen pruebas rutinarias usadas para evaluar la durabilidad del asfalto. Estas son la Prueba de Pelcula Delgada en Horno (TFO) y la prueba de Pelcula Delgada en Horno Rotatorio (RTFO).

Adhesin y Cohesin: adhesin es la capacidad del asfalto para adherirse al agregado en la mezcla de pavimentacin. Cohesin es la capacidad del asfalto de mantener firmemente, en su puesto, las partculas de agregado en el pavimento terminado.Susceptibilidad a la Temperatura: todos los asfaltos son termoplsticos, esto es, se vuelven ms duros (mas viscosos) a medida que su temperatura disminuye, y mas blandos (menos viscosos) a medida que su temperatura aumenta. Esta caracterstica se conoce como susceptibilidad a la temperatura y es una de las propiedades ms valiosas de un asfalto. Es muy importante conocer la susceptibilidad a la temperatura del asfalto que va ser utilizado pues ella indica la temperatura adecuada a la cual se debe mezclar el asfalto con el agregado, y la temperatura a la cual se debe compactar la mezcla sobre la base de la carretera.Es importante que un asfalto sea susceptible a la temperatura, debe tener la suficiente fluidez a altas temperaturas para que pueda cubrir las partculas de agregado durante el mezclado, y as permitir que estas partculas se desplacen unas respecto a otras durante la compactacin. Luego deber volverse lo suficientemente viscoso, a temperaturas ambientales normales, para mantener unidas las partculas de agregado.Endurecimiento y Envejecimiento: los asfaltos tienden a endurecerse en la mezcla asfltica durante la construccin y tambin en el pavimento terminado. Este endurecimiento es causado principalmente por el proceso de oxidacin (es asfalto combinndose con el oxgeno), el cual ocurre ms fcilmente a altas temperaturas (cmo las temperaturas de construccin) y en pelculas delgadas de asfalto (como la la pelcula que cubre las partculas de agregado). El asfalto se encuentra a altas temperaturas y en pelculas delgadas mientras est revistiendo las partculas de agregado durante el mezclado. Esto hace que la oxidacin y el endurecimiento mas severo ocurran en esta etapa de mezclado.

El endurecimiento del asfalto contina en el pavimento despus de la construccin. Una vez ms, las causas principales son la oxidacin y la polimerizacin. Estos procesos pueden ser retardados si se mantiene, en el pavimento terminado, una cantidad pequea de vacos (de aire) interconectados, junto con un capa gruesa de asfalto cubriendo las partculas de agregado.RELACIONES TEMPERATURA VOLUMENEl asfalto se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfra. Estos cambios en volumen pueden causar confusin porque la base de los pagos y los registros de obra son el volumen de asfalto a 15C (59F), sin importar la temperatura a la cual el asfalto es transportado y almacenado. Por consiguiente cuando son entregados X galones de asfalto a una temperatura T, su volumen a 15C debe ser calculado y registrado.El clculo requiere conocer la temperatura del asfalto y su peso especfico. Se utiliza la siguiente relacin:

V = Vt x CF

Donde:

V: Volumen a 15C(59F)

Vt: Volumen a la temperatura dada

CF: Factor de Correccin, dado en tablas que se adjuntan

AGREGADOSLos agregados y los husos granulomtricos se ajustarn a lo indicado en las especificaciones tcnicas.

DISEO DE MEZCLA ASFALTICAAl inicio de la ejecucin de los trabajos de pavimentacin se debern realizar los diseos de mezcla asfltica, para lo cual se deben de tener en cuenta los siguientes aspectos:El anlisis est enfocado hacia cuatro caractersticas de la mezcla, y la influencia que estas puedan tener en el comportamiento de la mezcla. Las cuatro caractersticas son:

Densidad de la mezcla Vacos de aire, o simplemente vacos.

Vacos en el agregado mineral.

Contenido de asfalto

Densidad: la densidad de la mezcla compactada est definida como su peso unitario. La densidad es una caracterstica muy importante debido a que es esencial tener una alta densidad en el pavimento terminado para obtener un rendimiento duradero.

La densidad obtenida en el laboratorio se convierte en la densidad patrn, y es usada como referencia para determinar si la densidad el pavimento terminado es o no el adecuado. Las especificaciones usualmente requieren que la densidad del pavimento sea un porcentaje de la densidad de laboratorio. Esto se debe a que muy rara vez la compactacin in situ logra las densidades que se obtienen usando los mtodos normalizados de compactacin del laboratorio.Vacos de Aire (o simplemente vacos): los vacos de aire son espacios pequeos de aire, o bolsas de aire que estn presentes entre los agregados revestidos con la mezcla final compactada. Es necesario que todas las mezclas densamente graduadas contengan cierto porcentaje de vacos para permitir alguna compactacin adicional bajo el trfico, y proporcionar espacios a donde pueda fluir el asfalto durante esta compactacin adicional. El porcentaje permitido de vacos (en muestras de laboratorio) para capas superficiales est entre 3 y 5%, dependiendo del diseo especfico.La durabilidad de un pavimento asfltico es funcin del contenido de vacos. La razn de esto es que entre menor sea la cantidad de vacos, menor va a ser la permeabilidad de la mezcla.Un contenido demasiado alto de vacos proporciona pasajes, a travs de la mezcla, por los cuales puede entrar el agua y el aire, y causar deterioro. Por otro lado, un contenido demasiado bajo de vacos puede producir exudacin de asfalto; una condicin en donde el exceso de asfalto es exprimido fuera de la mezcla hacia la superficie.

La densidad y el contenido de vacos estn directamente relacionados. Entre mas alta la densidad, menor es el porcentaje de vacos en la mezcla y viceversa. Las especificaciones de la obra requieren, usualmente, una densidad que permita acomodar el menor nmero posible (en la realidad) de vacos; preferiblemente menos del 8%.Vacos en el Agregado Mineral: los vacos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que existen entre las partculas de agregado en una mezcla compactado de pavimentacin, incluyendo los espacios que est lleno de asfalto.

El VMA representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de asfalto (todo el asfalto menos la porcin que se pierde, por absorcin, en el agregado) y el volumen de vacos necesarios en la mezcla. Cuando mayor sea el VMA ms espacio habr disponible para las pelculas de asfalto. Existen valores mnimos para el VMA los cuales estn recomendados y especificado cmo funcin del tamao del agregado. Estos valores se basan en el hecho de que cuanto mas gruesa sea la pelcula de asfalto que cubre las partculas de agregado, mas durable ser la mezcla.Para que pueda lograrse un espesor durable de pelcula de asfalto, se deben tener valores mnimos de VMA. Un aumento en la densidad de la graduacin del agregado, hasta el punto donde se obtengan valores de VMA por debajo del mnimo especificado, puede resultar en pelculas delgadas de asfalto y en mezclas de baja durabilidad y apariencia seca. Por lo tanto, es contraproducente y perjudicial, para la calidad del pavimento, disminuir el VMA para economizar en el contenido del asfalto.Contenido de Asfalto: la proporcin de asfalto en la mezcla es importante y debe ser determinada exactamente en el laboratorio, y luego controlada con precisin en la obra.El contenido ptimo de asfalto de una mezcla depende, en gran parte, de las caractersticas del agregado tales como la granulometra y la capacidad de absorcin. La granulometra del agregado est directamente relacionada con el contenido ptimo del asfalto. Entre mas finos contenga la graduacin de la mezcla, mayor ser el rea superficial total, y mayor ser la cantidad de asfalto requerido para cubrir, uniformemente, todas las partculas. Por otro lado, las mezclas mas gruesas (agregados mas grandes) exigen menos asfalto debido a que posen menos rea superficial total.

La relacin entre el rea superficial del agregado y el contenido ptimo de asfalto es ms pronunciada cuando hay relleno mineral (fracciones muy finas de agregado que pasan a travs del tamiz 0.075 mm (#200)). Los pequeos incrementos en la cantidad de relleno mineral, pueden absorber, literalmente, gran parte del contenido de asfalto, resultando en una mezcla inestable y seca. Las pequeas disminuciones tienen el efecto contrario: poco relleno mineral resulta en una mezcla muy rica (hmeda). Cualquier variacin en el contenido del relleno mineral causa cambios en las propiedades de la mezcla, hacindola variar de seca a hmeda.La capacidad de absorcin (habilidad para absorber asfalto) del agregado usado en la mezcla es importante para determinar el contenido ptimo de asfalto. Esto se debe a que se tiene que agregar suficiente asfalto a la mezcla para permitir absorcin, y para que adems se pueda cubrir las partculas con una pelcula adecuada de asfalto.

PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEO DE MEZCLAS

Hay varias propiedades que contribuyen a la buena calidad de los pavimentos de mezclas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento.

Estabilidad: es su capacidad para resistir desplazamiento y deformacin bajo las cargas de trnsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas; un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugacin) y otras seas que indican cambios en la mezcla.Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse despus de una anlisis completo del trnsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un pavimento dependen del trnsito esperado. Las especificaciones de estabilidad deben ser los suficiente altas para acomodar adecuadamente el trnsito esperado, pero no mas alto de lo que exijan las condiciones de trnsito. Valores muy altos de estabilidad producen un pavimento demasiado rgido y, por lo tanto, menos durable de lo deseado.La estabilidad de la mezcla depende de la friccin y la cohesin interna. La friccin interna en las partculas de agregado est relacionada con caractersticas del agregado tales como forma y textura superficial. La cohesin resulta de la capacidad ligante del asfalto.Durabilidad: es su habilidad para resistir factores tales como la desintegracin del agregado, cambios en las propiedades del asfalto (polimerizacin y oxidacin), y separacin de las pelculas de asfalto. Estos factores pueden ser el resultado de la accin del clima, el trnsito, o una combinacin de ambos.Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser mejorada de tres formas. Estas son: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una graduacin densa de agregado resistente a la separacin, y diseando y compactando la mezcla para obtener la mxima impermeabilidad.

La mayor cantidad posible de asfalto aumenta la durabilidad porque las pelculas gruesas de asfalto no se envejecen o endurecen tan rpido como lo hacen las pelculas delgadas. En consecuencia, el asfalto retiene, por mas tiempo sus caractersticas originales. Adems, el mximo contenido posible de asfalto sella eficazmente un gran porcentaje de vacos e interconectados en el pavimento, haciendo difcil la penetracin del aire y del agua. Por su puesto, se debe dejar un cierto porcentaje de vacos en el pavimento para permitir la expansin del asfalto en los tiempos clidos.Impermeabilidad: es la resistencia al paso del aire y del agua hacia su interior, o a travs de el. Esta caracterstica est relacionada con el contenido de vacos de la mezcla compactada. El grado de impermeabilidad est determinado por el tamao de los vacos, sin importar si est o no conectados, y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento.Aunque la impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas compactadas, virtualmente todas la mezclas asflticas usadas en la construccin de carreteras tienen cierto grado de permeabilidad. Esto es aceptable, siempre y cuando la permeabilidad est dentro de los lmites especificados.

Trabajabilidad: es la facilidad con que una mezcla de pavimentacin puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son fciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad son difciles de colocar y compactar. La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parmetros del diseo de la mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometra.Flexibilidad: es la capacidad de un pavimento asfltico para acomodarse, sin que se agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la sub rasante. La flexibilidad es una caracterstica deseable en todo pavimento asfltico debido a que virtualmente todas las sub rasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansin del suelo).

Una mezcla de granulometra abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente, mas flexible que una mezcla densamente graduada de bajo contenido de asfalto. Algunas veces los requerimientos de flexibilidad entran en conflicto con los requisitos de estabilidad, de tal manera que se debe buscar el equilibrio de los mismos.

Resistencia a la Fatiga: es la resistencia a la flexin repetida bajo las cargas de trnsito. A medida que el porcentaje de vacos en un pavimento aumenta, ya sea por diseo o por falta de compactacin, la resistencia a la fatiga del pavimento (el perodo de tiempo durante el cual un pavimento en servicio es adecuadamente resistente a la fatiga) disminuye. Asimismo, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga.Las caractersticas de resistencia y espesor de un pavimento, y la capacidad de soporte de la sub rasante tienen mucho que ver con la vida del pavimento y con la prevencin del agrietamiento asociado con cargas de trnsito. Los pavimentos de gran espesor sobre sub rasantes resistentes no se flexionan tanto, bajo las cargas, como los pavimentos delgados o aquellas que se encuentran sobre sub rasantes dbiles.

Resistencia al Deslizamiento: es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehculos, particularmente cuando la superficie est mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumtico debe ser capaz de mantener contacto con las partculas de agregado en vez de rodar sobre una pelcula de agua en la superficie del pavimento (hidroplaneo).Una superficie spera y rugosa de pavimento tendr mayor resistencia al deslizamiento que una superficie lisa. La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura spera, en una mezcla de gradacin abierta y con tamao mximo de 9.5 mm (3/8) a 12.5 mm (1/2) adems de tener una superficie spera los agregados deben resistir el pulimento (alisamiento) bajo el trnsito.

CANTIDADES DE ASFALTO, ARENA, PIEDRA CHANCADA, FILLER MINERAL Y MEJORDOR DE ADHERENCIA ESTIMADOS EN LA MEZCLA ASFALTICA PARA FINES DE METRADOS Y PRESUPUESTOSTeniendo cmo referencia el diseo de mezcla y las caractersticas de los agregados, utilizados en el asfaltado del Aeropuerto de Hunuco, se tiene las siguientes proporciones:Peso Unitario (bulk) de la Mezcla

:

2,350 kg/m3

Peso Unitario Suelto Agregado Grueso:

1,743 kg/m3

Peso Unitario Suelto Agregado Fino

:

1,561 kg/m3

% Cemento Asfltico Estimado

:

5%

% Agregado Grueso en la Mezcla

:

40%

% Agregado Fino en la Mezcla

:

60%

% Filler Mineral

:

1%

%Aditivo Mejorador de Adherencia

:

0.50%POR METRO CUBICO DE MEZCLA ASFALTICA (1M3)

CEMENTO ASFALTICO PEN 60-702350 Kg/m3 x 0.05 / 4 Kg/Gl = 29.38 Gl/m3.PIEDRA CHANCADA2350 Kg/m3 x (1-0.05) x 0.40 x (1-0.01) / 1743 Kg/m3 = 0.507 m3ARENA ZARANDEADA (AGREGADO FINO)

2350 Kg/m3 x (1-0.05) x 0.60 x (1-0.01) / 1561 Kg/m3 = 0.849 m3FILLER MINERAL2350 Kg/m3 x (1-0.06) x 0.01 m3 = 22.090 m3

ADITIVO MEJRADOR DE ADHERENCIA

29.38 GL/m3 x 0.50/100 = 0.147 Gl/m30.147 Gl/m3 x 4 = 0.588 Kg/m3

Documents

Diseño Del Pavimento Hco Kotosh