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“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”
MÉTODO DEL AID
PAVIMENTOS
MÉTODO AID
1. ANTECEDENTES
Los diferentes tipos ´para diseñar pavimentos que proceden de USA
como AASHTO, instituto del asfalto y otros, se han desarrollado en la
zona templada del planeta. Por otro lado ,debe considerarse que toda
solución de ingeniería tiene necesariamente que contemplar el uso más
racional de los recursos existentes , en Usa, por ejemplo ´para
satisfacer las necesidades del combustible y lubricante ,debe refinarse
el petróleo suficiente ,del que se obtienen como residuo alrededor de
35 millones de toneladas de asfalto anuales, a las que debe darse
adecuada utilización.
Naturalmente esta circunstancia no se produce en otras latitudes.
Para investigar el comportamiento de los pavimentos en una zona
tropical y proponer la utilización de los materiales disponibles en una
forma adecuada y segura, sin llegar al empleo de gruesas capas de
asfalto en diseños conservadores la “AGENCIA INTERNACIONAL PARA
LE DESARROLLO “ de USA (AID) emprendió un estudio a nivel
mundial ,que condujo a Asia .áfrica y sud américa .desde 1965 hasta
1975 en tres fases .
La tercera fase se realizó en Brasil donde participo el Perú en tres otros
país americanos .estos estudios hicieron posible el “Procedimiento de
Diseño de Pavimentos Flexibles en los Trópicos”, cuya publicación
preliminar se realizó en el Seminario Latinoamericano en Lima en enero
de 1975.
El procedimiento contiene los siguientes conceptos:
Los ensayos estandarizados que se usan en evaluaciones de
ingeniería de suelos temperados no siempre son adecuados para
evaluar suelos producto de erosión tropical. A veces es necesario
modificar las pruebas para obtener información apropiada.
Espesor mínimo de cada cobertura sobre el tipo de material,
independientemente del tráfico esperado.
Las características carga-distribución de cada capa de material
dependen, además de sus propiedades físicas, de su ubicación
dentro de la estructura del pavimento.
Las capas asfálticas ofrecen dos beneficios estructurales el
sistema del pavimento: primero, proporcionan su propia
resistencia y características carga-distribución y, segundo,
mejoran éstas en las capas subyacentes.
El índice estructural de un pavimento se determina por la
sumatoria de los productos de los coeficientes estructurales de
cada capa por su respectivo espesor en cm.
Este método es el que más se adapta a las condiciones imperantes en
nuestro país y posibilita la constatación en el campo, de la calidad de la
obra, inclusive al culminar cada etapa de la construcción, mediante la
medición de deflexiones con la viga Benkelmán o equipo similar.
2. ESTUDIO DE LOS SUELOS
El comportamiento del suelo se determina por ciertas características
físicas llamadas propiedades de ingeniería; si se las conoce respecto a
un particular tipo de construcción en determinada lugar, se puede, al
menos en principio, efectuar las pruebas pertinentes para evaluar las
propiedades cuantitativamente y puede basar su diseño en sus
conclusiones, este procedimiento es la base de todo diseño geotécnico
bien planteado.
En cualquier estudio de ingeniera, el objetivo principal es la identificación
de las localidades en las que los procesos de formación de suelos han
sido semejantes.
Las consecuencias de la erosión tropical han sido de marcada
significación en la formación de suelos de la zona; por lo tanto, ningún
sistema de clasificación o de identificación en la región puede tener éxito
si no está basado en una apreciación de los procesos de erosión tropical.
Los Climas cálidos y húmedos favorecen la erosión química, por la
presencia de vegetación y suaves deslizamientos. De esta manera, las
regiones tropicales y subtropicales de bajo relieve, con abundantes
lluvias, y altas temperaturas son las más susceptibles a las alteraciones
químicas. Perfiles profundas, con intrusiones rojas, marrones y amarillas
son manifestaciones de una erosión química severa. La erosión tropical
puede darse aún sin lluvias abundantes, si la capa freática se ubica gran
parte del tiempo próxima a la superficie.
La erosión tropical se caracteriza por la destrucción de los minerales de
la arcilla, principalmente los silicatos de aluminio hidroso, quedando de
remanete óxidos de aluminio o fierro. El grado de erosión se mide por la
proporción de sílice que queda en el suelo. Los procedimientos de
ensayo enfatizados que se usan en evaluaciones de ingeniería de suelos
tropicales. A veces es necesario modificar las pruebas standard para
obtener una evaluación apropiada.
Por ejemplo la experiencia con suelos tropicales ha demostrado que la
manipulación y el secado al horno cambian sus propiedades .los cambios
en las propiedades de ingeniería que ocurren con el calentamiento
previo a los ensayos son generalmente irreversibles y afectan la
graduación, los límites de Atterberg y la relación humedad –densidad.
Es importante que tales suelos sean identificados en los ensayos
preliminares para evitar posteriormente demoras.
Tataishi (1997) recomienda ale uso de un “índice agregado” de la
deshidratación .este índice se define como el valor de equivalencia de
arena de la muestra secada al horno. un índice mayor que 2 indica que
el suelo puede ser susceptible a cambio en las propiedades de
ingeniería al pre secarse al horno ; en tal caso , los ensayos deben
realizarse sin secado previo en el horno.
Los suelos de baja plasticidad se evalúan con los ensayos que se indican
en la tabla.
Los suelos de mediana o alta plasticidad en la zona tropical pueden ser
susceptibles a cambios en sus propiedades mecánicas al presentarse al
laboratorio, induciendo sobreestimación.
2.1. MATERIALES
Para garantizar la calidad de materiales y para minimizar o eliminar
discrepancias entre proyectistas y constructores se usan las
especificaciones, que constituyen una guía para ambos en el
desarrollo de los trabajos indicados en los documentos técnicos de
construcción de la obra. Algunos métodos, como el instituto de
asfalto consideran especificaciones muy rígidas y que a menudo son
muy difíciles de conseguir materiales ideales en estas propiedades
mecánicas. Los estudios de AID permiten el empleo de materiales
dentro de límites más amplios, cuyas especificaciones se indican en
la tabla.
2.2. CANT
ERAS
Las canteras deben delimitarse con precisión, de ser posible
mediante un conveniente estacado. Dentro de los límites de
explotación se debe obtener un número suficientes de testigos que
aseguren que el material que se obtenga, cumpla con los
presupuestos de diseños y especificaciones. El CBR de diseño
resultará de un análisis estadístico de los valores de los ensayos del
laboratorio.se recomienda el valor que se adopte tenga un grado de
con fiabilidad del 90%, lo que significa que el 90% de los CBR
obtenidos en las pruebas individuales deben ser mayores del valor
adoptado por el diseño. Para efectos estadístico el número mínimo
de testigos de ensayo es 6,pero a menudo se requiere más,
dependiendo de las variaciones que tenga el material y el tamaño de
La explotación en la superficies y profundidad .Si el muestreo se
encuentran valores muy bajos se debe considerar la alternativa de
reducir convenientemente límite de la explotación, ya sea
reduciendo su perímetro o identificando bolsones que representen
tales valores bajos, para excluirlo; de esta manera mejorará la
calificación de la cantera.
3. ANÁLISIS ESTRUCTURAL
El diseño estructural, a diferencia de otros métodos que solo establecen
correlaciones entre los espesores previstos y la comodidad de manejo
durante el periodo de diseño, controla los deterioros del pavimento, tales
como agrietamientos y acanaladuras. El diseño estructural establece
relaciones entre la deflexión e rebote representativo con el
comportamiento y los componentes estructurales del pavimento. Esto
significa que mediante una ecuación que permita calcular la deflexión a
partir de los coeficientes estructurales de cada capa del pavimento, se
podrá diseñar para soportar el tráfico durante el periodo de diseño.
Los factores a considerar del diseño son:
Tráfico inicial y el esperado en el periodo del diseño.
Resistencia y otras propiedades de la subrasante preparada.
Resistencia y otras características influyentes de los materiales
disponibles para las capas de las estructuras del pavimento.
Condiciones del clima y del medio ambiente
Factores peculiares del camino en el estudio.
Técnica y equipo a emplear en la construcción y control de calidad
esperado
La eficiencia del diseño dependerá fundamentalmente de la
capacidad del proyectista para evaluar correctamente de los
factores indicados.
3.1. DISEÑO DEL PAVIMENTO
El método se desarrolla a partir del estudio del comportamiento del
pavimento bajo condiciones de servicios reales, incidiendo en la
determinación de las relaciones entre la resistencia de un pavimento
versus la deflexión del mismo.
El razonamiento comprende dos enfoques, complementarios entre sí:
Relación entre las características de deflexión del pavimento
versus u comportamiento evaluado subjetivamente y la roturas de
superficie.
Análisis de la relación entre las características de deflexión versus
los componentes estructurales del pavimento.
El estudio de las deflexiones proporciona, además, la evaluación de la
uniformidad estructural de cada tramo del pavimento, medida por su
coeficiente de variación
Si dos
pavimentos tienen una misma deflexión promedio, el que tenga
menor coeficiente de variación tendrá mayor comportamiento, ya que
la calidad de un pavimento está supeditada a las secciones más
débiles; incrementar el espesor de un pavimento para dar cavidad a
variaciones excesivas no es un criterio muy satisfactorio, una solución
más adecuada es mejorar la técnicas de evaluación del material de
los métodos de construcción y del control de calidad.
Generalmente, se correlaciona el comportamiento del pavimento con
la deflexión elástica (o de rebote) representativa, que proporciona un
valor que, teóricamente, es excedido en solo 2% de la longitud del
tramo en estudio. La deflexión representativa se determina por la
fórmula:
RD = (Dprom + 2S) fc
Dónde:
Dprom = deflexión promedio
Fc = factor de corrección a las condiciones del clima y a la temp. De referencia (21°)
S = Desviación standard
La relación entre la deflexión representativa y el comportamiento de
pavimento se ve en la figura. Se observa que el criterio de deflexión
del AID es similar al del instituto del asfalto, a pesar de que se
desarrollaron en diferentes condiciones del clima. En los casos del
instituto del asfalto, el criterio se estableció en áreas de clima
templado, las pruebas de deflexión se realizaron en el periodo de
deshielo primaveral, cuando las capas de subrasante, Subbase y base
se encuentran con sus resistencias más bajas, con una
correspondiente deflexión del pavimento más alto.
Los ensayos de deflexión incluyen en la determinación del talud
de la depresión por deflexión ,similar la curvatura de deflexión
que no están relacionados con la resistencia total del pavimento
,pero tiene relación directa con el desarrollo de rotura por fatiga
en las capas asfálticas .Se ha notado que la deformación por
tracción _curvatura depende mayormente del espesor de la
capa de asfalto y es esencialmente independiente del espesor
de la capa de base no tratada y de las propiedades de las capas
estructurales subyacentes.
3.2. COEFICIENTES ESTRUCTURALES
Figura: relación entre deflexión y comportamiento
Figura: relación entre deformación de diseño y tránsito para el rango practico de coeficientes de variación
La relación entre deflexión y resistencia es básica para él diseño
estructural de pavimentos asfálticos .Para establecer esta relación se
requiere medir el espesor de capas estructurales individuales y la
evaluación de la resistencia de cada componente. La medición cd la
resistencia se obtiene mediante el CBR; este parámetro proporciona
un índice de la capacidad de la capa para transferir la carga de rueda
a la capa inmediatamente inferior a un nivel de esfuerzo menor. La
distribución lateral de carga vertical (Característica carga
distribución) de cada capa de suelo depende de la magnitud del
esfuerzo aplicado y de la resistencia al corte del material.
Esta característica carga distribución depende de la resistencia
natural del material y de su posición dentro de la estructura del
pavimento.
Por ejemplo, una capa con CBR 80% se usa indistintamente como
base o como subbase; obviamente, los niveles de esfuerzo no serán
los mismos ni las características carga- distribución serán iguales; por
ello, los coeficientes estructurales se han calculado para reaccionar
las características carga- distribución de cada componente con
respecto a su CBR y a su posición en la estructura del pavimento.
Los coeficientes estructurales son aplicables para varias
profundidades bajo la superficie del pavimento, que no
necesariamente coinciden con las capas del mismo. El índice
estructural se calcula hasta la profundidad de 90 cm, que es hasta
donde llegan los esfuerzos mensurables debidos a las cargas de
rueda.
El índice estructural está relacionado con la deflexión mediante las
ecuaciones:
El índice estructural es un número sin dimensión igual al valor
numérico de la recíproca de la deflexión elástica de rebote medida en
mm o pulgada y reducida mediante el factor de conversión 0.039.
Está propiedad permite, en cualquier época durante la vida útil del
pavimento, verificar la suficiencia de los supuestos de diseño
incluyendo los coeficientes estructurales, facilitando mejoramientos
más dinámicos del procedimiento.
3.3. ESPESOR MÍNIMO DE COBERTURA SOBRE CADA TIPO DE
MATERIAL
Los coeficientes máximos y mínimos en los diversos componentes
del pavimento, en la siguiente tabla se representan dos principios
fundamentales de la distribución de presión bajo un pavimento
asfáltico. Estos principios han sido resumidos por Housel e Ito, en la
forma siguiente
Existe un ángulo máximo definido de distribución lateral que
limita el cono de comprensión, fuera del cual no existe presión
vertical mensurable de la carga aplicada.
En cargas incrementadas que exceden la resistencia al corte del
suelo se desarrolla concentración de presión vertical en la columna
central de cono de comprensión por la incapacidad de la masa del
suelo para soportar más esfuerzos cortantes que actúan sobre el
plano perimétrico.
El primero representa el coeficiente estructural máximo mientras
que el segundo, el coeficiente estructural mínimo. Sus valores se
determinaron por tanteos computarizados en los tramos que
representan los valores extremos de la escala CBR.
Se determinó que habían capan que tenían pobres cualidades de
distribución de carga pero no causan una deflexión elástica excesiva
el sistema y, por otro lado, habían capas que además de su
deficiente capacidad de distribución de carga, originan deflexiones
no tolerables. En base a este análisis se estableció un espesor
mínimo de cobertura para varios valores CBR.
3.4. ESPESORES RECOMENDADOS PARA CAPA SUPERFICIAL
Los espesores de capa superficial de concreto asfáltico que se dan
en la siguiente tabla, en función del CBR de la capa de base y el
tránsito vehicular de diseño, son los mínimos recomendables para no
exceder la deformación crítica en la función del TG φ, de acuerdo al
criterio sugerido de la que se muestra en la figura, que tolera cierto
grado de roturas en la superficie durante el período de diseño. Tales
espesores se han determinado en base a las relaciones delineadas.
3.5. CURVAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Los elementos básicos para el diseño estructural son las curvas que
se muestran en la figura. Ilustran la relación entre el tránsito
vehicular de diseño y el índice estructura.
Se desarrollan a partir de:
Las relaciones entre deflexión y tránsito vehicular durante el
estudio de comportamiento del pavimento, para varios
coeficientes de variación.
El error es tanto las limitaciones de la viga Benkelman como
derivado del coeficiente estructural. Como el error atribuible a
los coeficientes estructurales afecta a las curvas de diseño, los
datos de deflexión, se ajustaron al trasladarse de la deflexión al
índice estructural para tener en cuenta estos errores. Los
valores ajustados dan una relación más conservadora para
propósitos de diseño.
3.6. MÉTODO DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Las ecuaciones de diseño estructural son:
3.6.1. DISEÑO DEL
PAVIMENTO
CON CAPA SUPERFICIAL DE ESPESOR MÍNIMO
La capa superficial de espesor mínimo es un tratamiento
superficial doble. Puede necesitar más de un tanteo diseñar un
pavimento por esté método. Los paso a seguir:
1.- Determinar el período de diseño, que puede ser reformulado
durante el procedimiento, si resulta conveniente (construcción
por etapas).
2.- Asumir el coeficiente de variación de construcción de
acuerdo a la evaluación del proyectista.
3.- Estimar el EAL total en el carril de diseño. Este cálculo se
hará preferentemente según todo lo señalado en el numeral
8.2.7. c o, en ausencia de información, se estimará el volumen
en la que se muestra en la tabla.
4.- Calcular la resistencia de la subrasante, a partir de los
ensayos de laboratorio enumerados en el numeral 2.00 y
expresarla como CBR de diseño, cuyo valor está relacionado
con el tráfico esperado y se determina en la tabla.
5.- Determinar las propiedades mecánicas de los materiales
que se van a utilizar en las capas estructurales según lo
especificado en las tablas. Los CBR de diseño se establecerán
según el numeral 3.2.0.
6.- Determinar el tipo de espesor de la superficie de rodadura
en función CBR de la base y el tránsito vehicular de diseño. El
tratamiento superficial no contribuye a la resistencia del
pavimento y no se toma en cuenta su espesor.
7.- Pre dimensionar el espesor combinado de las capas
estructurales libres (base y subbase) en la siguiente figura se
muestra que es igual al espesor mínimo de cobertura sobre la
subrasante. En la misma figura, determinar el espesor de la
base función del CBR del material de subabse.
El espesor de subbase es el restante de cubierta. El espesor de
la subrasante es el restante es la diferencia entre el espesor de
la sección de diseño standard (90 cm) (ecuación 2) y el espesor
de cubierta.
8.- Obtener de la siguiente figura el índice estructural requerido
en función del EAL total de diseño.
9.- Verificar la suficiencia de este primer tanteo de diseño
calculando el índice estructural total (SI) provisto con la
ecuación (1) y comparándolo con el índice estructural (SI)
requerido que se obtuvo en el paso 8°
Si el índice estructural provisto resulta más bajo que el
requerido hay seis alternativas básicas que se pueden
considerar para alcanzar el valor deseado:
Incrementar el espesor de sub-base. Esto significa un
incremento del espesor de cobertura sobre la subrasante
pero no afecta las capas de superficie y de base.
Incrementar el espesor de la base y reducir el de sub-
base en igual magnitud. Esto mantiene el mínimo
espesor de cubertura sobre la subrasante.
Usar una carpeta de4 concreto asfaltico en vez de
tratamiento superficial y reducir el de la base o sub-base
en una misma magnitud. Este diseño también conserva
espesor mínimo de cobertura.
Estabilizar la capa de base para incr3ementar su
coeficiente estructural. Esto mantiene todos los
espesores del primer tanteo.
Para valores de EAL de diseños muy elevados, mejorar la
subrasante mediante tratamiento o con material de
préstamo, en espesor parcial o total, como sea requerido
por el cálculo.
Cualquier combinación de las anteriores
MATERIALESVFsdsdrhj
3.6.2. DISEÑO DE PAVIMENTO CON CAPA SUPERFICIAL DE CONCRETO ASFALTICO
El diseño de pavimento con capa superficial de concreto
asfaltico es más complejo porque las capas de concreto
asfaltico, además de proporcionar su propia resistencia y
características carga- distribución, mejoran estas propiedades
en las capas de suelos libres subyacente. En consecuencia, el
componente de resistencia de las capas inferiores no tiene que
ser tan alto como si estuviese dando soporte a una superficie
de tratamiento superficial.
El beneficio carga- distribución se extiende a 50 cm bajo la
superficie en el caso de carpetas de concreto asfaltico se
extiende a toda la profundidad de la sección de diseño
standard de 90 cm en los casos de carpeta de concreto
asfaltico de 15,20 y 25 cm. Los pasos del diseño en el caso de
la carpeta de concreto asfaltico de 5 y 10 cm, son:
1° al 6 Ídem que el tratamiento superficial.
7° igual que el tratamiento superficial, pero debe disminuirse el
espesor de la base en un valor igual al espesor de carpeta de
concreto asfaltico requerido según el paso 6°
La base y sub-base no deben diseñarse con menos de 10 cm de
espesor, ya que no es práctico construir una capa más delgada.
Por consiguiente, puede ser necesario redimensionar estas
capas con el fin de considerar este problema.
8° Ídem que en tratamiento superficial.
9° calcular con la ecuación(1), el índice estructural de las capas
de suelo libre hasta 90 cm de profundidad(base , sub-base y
subrasante); con el valor resultante, según corresponda, y se
obtendrá el índice estructural total provisto de la sección de
pavimento.
3.7. LIMITACIONES DE DISEÑO
Se ha demostrado que el comportamiento del pavimento no está
regulado únicamente por el total de cargas de eje sino también por el
número de cargas aplicadas durante un periodo de tiempo dado. Se
recomienda varias intensidades de carga de eje standard, que
aparecen en la (fig. 6-72). Si en el diseño se requiere de
intensidades máximas más altas deberá considerarse la posibilidad
de añadir carriles adicionales para el tránsito vehicular.
3.8. CONDICIONES DE DRENAJE
Es muy importante considerar la eliminación o la intercepción del
agua antes de su ingreso dentro de la sección del pavimento y se
han diseñado sistemas para eliminar el agua infiltrada de la sección
de pavimento. Se usan zanjas el nivel freático.
Por lo general, el agua que se filtra en el pavimento es subestimada;
se ha comprobado que en un alto porcentaje de agua de lluvia
puede penetrar en las capas de suelo subyacente a través de la
superficie pavimentada (fig. 6-73 muestra resultado típico del
estudio)
Fisuras del pavimento, que para otros efectos son aceptables,
pueden permitir el ingreso del agua dentro de la estructura del
pavimento, reduciendo su resistencia por la formación de presiones
de agua libre (poros de agua) bajo cargas de tráfico, que disminuye
la fricción interna y la resistencia al corte.
Puede ser más económico aplicar un sello durante los últimos años
del periodo de diseño que proyecta el sistema de subdrenaje para el
agua infiltrada en los porcentajes que resultan (fig.6.73).
En tal caso, el diseño de sistema de subdrenaje podría estar basado
en pruebas de permeabilidad de mezclas asfálticas standard. Las
tasas de infiltración así establecidas, para rango de precipitación
apropiada, serian razonables.
Tal información puede obtenerse por ensayos de laboratorio en
sondeos de pavimentos existentes. La tasa de precipitación
promedio más dos desviaciones standard proporcionaran un valor
de diseño adecuado.
La capa de subdrenaje se diseñara con la ley de Darcy.
Q= KiA
Dónde:
Q= infiltración de diseño
K= permeabilidad
I= gradiente hidráulico
A= espesor de la base
La capacidad de drenaje de la capa KA debe ser igual a la infiltración
de diseño Q dividida entre la gradiente hidráulica de la capa de
drenaje i. Estas referencias pueden usarse para determinar
combinaciones de espesores y permeabilidad que suministren la
capacidad de drenaje requerida. El sistema incluye la capa de
drenaje, filtros, cunetas y tuberías.
La capa de drenaje consiste en una base de graduación abierta
inmediatamente debajo de la superficie asfáltica con agregados
duros, durables y si es necesario estabilizados con ligante asfaltico
(2.4%)
Las bases de graduación abierta deben ser protegidas contra
contaminación o atascamiento producido por el material
subyacente, por lo que suele ser necesario proyectar capas de
graduación intermedia para prevenir la situación.
La interrelación entre capas contiguas es:
En las que D es la abertura de tamiz para que pase el
porcentaje indicado en el subíndice.
El espesor mínimo deseable de la capas de drenaje e
intermedias (anticontaminantes) es de 8 cm; sin embargo, pueden
usarse 4º 5 cm, si es que los métodos utilizados aseguran que no se
va a producir contaminación por mezcla durante la construcción.
Se puede utilizar capas anticontaminantes de arena a- 3 como
transición entre subrasante a-6 y a-7 y las capas de subbase y base
granulares A – 1. Por su CBR (_+ 17 al 100% compactación PM),
aquellas arena finas no proporcional aporte estructural hasta los 50
cm de profundidad, donde normalmente se encuentran base y
subbase. Sin embargo, en los casos de altos volúmenes de tráfico
vehicular, pueden ser una alternativa para incrementar el índice
estructural del pavimento si se utiliza para mejorar la subrasante por
debajo de los 50 cm de profundidad, remplazando el suelo natural en
el espesor requerido. También pueden emplearse, para volúmenes
moderados de tránsito, como una alternativa para cumplir con los
requisitos de espesor mínimo de cobertura.
EJEMPLO 1
Diseñar el pavimento de una calle rural menor, cuya subrasante tiene 4.9, 4.7 y 4.4 % como CBR de diseño; no se tiene un estudio de tráfico vehicular y se ha evaluado canteras donde se cuenta con material con 35 y 80% de CBR. El período de diseño es 20 años.
SOLUCIÓN:
1° Período de diseño: 20 años
2° Coeficiente de variación: 35 % (recomendable con un adecuado control de calidad).
3° Por no contar con análisis de tránsito vehicular, se requiere del siguiente gráfico, donde recomienda un valor de EAL de 105=10,000. (6.-72)
4° El valor percentil del CBR de diseño de la subrasante es 4.7 %, que responde a un EAL 100,000
5° Los materiales disponibles tienen un CBR de diseño 80% para base y 35% para subbase.
6° Para un tráfico de diseño de 100,000 EAL y CBR de la base 80%, la superficie de rodadura recomendada, es un tratamiento TS. Tabla (6.59)
7° Los espesores mínimos de cobertura son: según la figura (6-69).
- Sobre la subrasante, CBR = 4.7% : 39 cm- Sobre la subbase, CBR = 35% : 15cm- Sobre la base. CBR = 80% : 0 cm
Los espesores del primer tanteo son:
- Superficie TS : 0 cm- Base, (15-0) : 15 cm- Subbase (39-15) : 24 cm- Subrasante (90-39) : 51 cm
__________
90 cm
8° Para un tráfico de diseño de 100.000 EAL u un coeficiente de variación de 35%, se obtiene un índice estructural SI requerido de 35.
9° Para la determinación del índice estructural de las capas del suelo libre se hace mediante los coeficientes de la tabla (6-58).
Profundidad de 0.25 cm
Base, CBR= 80%: 15 x 1.102 = 16.53
Subbase, CBR <25%:10 X 0.000 = 0.00
Profundidad de 25-50cm
Subbase remanente, CBR= 35%: 14 x 0.290 = 4.06
Subrasante, CBR <25%:11 X 0.000 = 0.00
Profundidad de 50-90 cm
Subrasante remanente, CBR= 4.7%: 40 x 0.029= 1.16----------- 21.75
El índice estructural provisto, 21.75, es menor al requerido, 35.Es necesario redimensionar los espesores de cobertura mínima obtenida en el paso 7° y se dice incrementar el espesor de base 24 cm, manteniendo el de la subbase en 24 cm.
El índice estructural modificado es:
Profundidad 0-25 cm
Base, CBR = 80%:24 x 1.102 = 26.448
Profundidad 25-50 cm
Subbase, CBR = 35 %: 24 X 0.290 = 6.960
Profundidad 50-90 cm
Subrasante, CBR =4.7%: 40 X 0.029 = 1.160 --------------
34.568
El nuevo índice estructural provisto, 34.568, es prácticamente igual al requerido, 35. el diseño de la estructura se muestra (fig.6 -75)
EJEMPLO 2
Considerando los ensayos de subrasante del ejemplo anterior y efectuando el analiss de trafico vehicular se tiene un EAL de diseño 1´480,0000; diseñar el pavimento para un periodo de diseño de 20 años. Los ensayos de laboratorio indican, ademas, que se necesita una capa anticontaminante entre la subrasante y la subbase para cumplir con las condiciones de drenaje.
SOLUCION :
1° periodo de diseño 20años
2° coeficiente de variacion : 35%
3° el analisis de trafico da un EAL de diseño , 1´480,000 – 1´500,000
4° el valor percentil del CBR de la subrasante es 4.3%,que corresponde al EAL > 1´000,000 en el ejemplo del numeral 3.2.0 del capitulo III
5° los materiales disponibles evaluados tiene un CBR de diseño 90% para base,30% para subbasey 17% para capa anticontaminante.
6° para un trafico de diseño de 1´500,000 EAL y CBR de capa de base 90%, la superficie de rodadura recomendada en la tabla 6.59 es carpeta de concretoasfaltico de 5 cm de espesor
7° Los espesores mínimos de cobertura son:
- Sobre la subrasante, CBR = 4.3% : 40 cm- Sobre capa anticontaminante, CBR = 17% : 23 cm- Sobre la subbase, CBR = 30% : 18 cm- Sobre la base. CBR = 90% : 5 cm
Espesor del primer tanteo de diseño:
- Superficie de concreto asfáltico : 5 cm- Base, (18-5) = 13 cm, se asume : 15 cm- Subbase (23-20) = 3 cm, se asume : 10 cm- Anticontaminante. (40-30) = 10 cm, se asume : 15 cm- Subrasante (90-45) : 45 cm
90 cm
8° Para un tráfico de diseño de 1’500. 000 EAL y un coeficiente de variación de 35% (fig. 6-70) como se observa en la figura se obtiene un SI requerido de 56.
9° Índice estructural, de acuerdo con la Figura 6-76, se tiene
Profundidad 0- 25 cm Superficie de CA : 5 Base, CBR = 90% : 15 x 1.23 = 18.48 Subbase, CBR= 50% : 5 x 0.000 = 0.00
Profundidad 25-50 cm
Subbase remanente, CBR = 5 x 0.205 = 1.03 Anticontaminante, CBR = 15 x 0.000 = 0.00 Subrasante, CBR = 5 x 0.000 = 0.00
--------- 19.51
Si combinado de capas de suelo libre 19.51 y C.A. 5 cm: 41.00
Profundidad 50-90 cm- Subrasante CBR = 4.3% : 40 x 0.024 = 0.96
----------- 41.96
El SI provisto 41.96, es menor al requisito, 56. Por tanteos, Se divide incrementar los espesores de base y de subbase a 20 cm y se verifica el redimensionamiento:
Profundidad 0-25 cm
- Superficie de C.A : 5- BASE, CBR = 90% : 20 x 1.232 = 24.64
Profundidad 25-50 cm
- Subbase, CBR = 30% : 20 x 0.025 = 4.10- Anticontaminante, CBR = 25% : 5 x 0.000 = 000
------- 28.74
Si ha combinado de capas de suelo libre 28.64 y C.A. 5 cm : 52.00
Profundidad 50-90 cm
o Anticontaminante, CBR = 17% : 10 x 0.406 = 4.06o Subrasante. CBR = 4.3% : 30 x 0.024 = 0.72
-----------
56.78El SI provisto 56.78 SI requerido 56, el diseño será como se muestra (fig.6 -77).
EJEMPLO 3
Con las mismas evaluaciones de subrasante y de materiales del ejemplo anterior, diseñar el pavimento bituminoso para un volumen de tráfico de 17085, 200.
SOLUCIÓN:
1° y 2° Idem ejemplo 2
3° El análisis de tráfico da un EAL de diseño = 17’085,200
17’000.000
4° Idem ejemplo 2.
5° Debido al considerable EAL de diseño, resulta conveniente
optimizar la delimitación de las canteras de subbase y base para
obtener CBR de diseño de 40 a 100%, respectivamente de ser
necesario, en el caso del material de base, mezclando con grava (10
a 20% en peso) para incrementar su resistencia.
6° Da recomendaciones de espesores de capas de concreto asfáltico
solo hasta un EAL máximo de 5’000,000 Se podría inferir, a partir del
análisis de la tabla, que el espesor de 10 cm de C.A. (que se adopta)
puede ser suficiente hasta aproximadamente 8’000,000 de EAL,
equivalente a la mitad de lo requerido. Esto significa que antes de
cumplir los 10 años del período de diseño será necesario un estudio
de deflexión para determinar la TG θ representativa, compararla con
el criterio sugerido en la Figura y, ser el caso, proyectar una
sobrecapa.
7° A partir de los resultados del ejemplo anterior, el primer tanteo de
espesores en:
8° El EAL también excede los alcances de la curva de diseño
estructural, lo que hace necesario reducir el período de diseño a 10
años. En la tabla se muestra que se aplicó un factor de crecimiento
para 10 años al 2% de tasa anual es 10.95.
9° Índice estructural:
Profundidad 0-25 cm
Superficie de C.A : 10- Base, CBR = 100% : 15 x 1.395 = 20.91
Profundidad 25-50 cm- Subbase, CBR = 40% : 25 x 0.576 = 14.40
--------- 35.31
SI combinado de capas de suelo libre 35.31 y C.A 10 cm: 64.00Profundidad 50-90 cm
- Anticontaminante, CBR = 17% : 10 x 0.406 = 4.06- Subrasante, CBR = 4.3% : 30 x 0.024 = 0.72
______ 68.78
SI provisto 68.78 es menos que SI requerido 80, si se reemplazan los 30 cm
de subrasante natural por material anticontaminante, se tendrá:
Si combinado de suelos libres y C.A. 10 cm: 64.00
Profundidad 50-90 cm
Anticontaminante, CBR = 175: 40 x 0.406 = 16.24 ______ 80.24
SI provisto 80.24 Si requerido 80, luego, el diseño de la estructura del
pavimento como se muestra (FIG. 6-78)
