“AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN”

FACULTAD : INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA.

ESCUELA : ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL.

CURSO : MECANICA DE SUELOS APLICADOS A LA CIMENTACION.

TEMA : DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE CON METODO AASTHO 1993.

DOCENTE : ING. DIOMEDES OYOLA.

ALUMNO : FLORES MÁRQUEZ LUIS RICARDO.

VILCHEZ MENDOZA IVI.

CICLO : 10mo CICLO.

FECHA : 03 DE JUNIO DEL 2015.

INTRODUCCION

Desde el principio de la existencia del ser humano se ha observado su necesidad por comunicarse ,por lo cual fue desarrollando diversos métodos para la construcción de caminos ,basándose en las experiencia que conducen a grades autopistas de pavimento flexibles.

El dimensionamiento de las estructuras de pavimento, es de gran preocupación, durante mucho tiempo, se han utilizado métodos de gran correlación experimental y considerable tiempo de uso para su verificación.

El diseño de un pavimento flexible lo podemos definir, como una estructura que se diseña y se forma mediante un conjunto de capas construidas sobre el suelo de fundación, con la finalidad de ser utilizado como una superficie apta para el libre tránsito de vehículos de tipo liviano y pesados y comercial, donde la circulación se hace de manera rápida, confortable, segura. Ya que un pavimento tiene como función resistir, transmitir y distribuir al terreno de fundación la intensidad de las cargas originadas por los vehículos. También mejora las condiciones de rodadura de los vehículos proporcionando comodidad y seguridad a los usuarios.

Es por eso que el presente trabajo contribuirá parte de nuestra formación como ingenieros civiles, al conocer la construcción de pavimentos, por esto de gran utilidad a la ciudadanía.

Asimismo contar con la información pertinente para la realización de los mismos rigiéndonos a la norma establecida AASTHO 93.

DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

(Metodología del diseño AASTHO 93)

El método AASTHO es un método de regresión basado en resultados empíricos de la carretera de prueba aastho construida en los años 50, el procedimiento de diseño se realiza suponiendo un numero estructural del pavimento efectuando tanteos analíticamente hasta equilibrar la expresión de diseño atreves de nomogramas .el numero estructural de un pavimento se obtiene del producto de ciertos coeficientes de resistencia relativa de cada una de sus capas constituyentes, de acuerdo el tipo de material .la ecuación básica de diseño propuesta por AASTHO 93.

La ecuación básica de diseño propuesta por aastho es la siguiente:

Donde:

W18= trafico

Zr= Desviación estándar normal

So =Error estándar combinado de la predicción del tráfico.𝞓Psi= diferencia entre la servicialidad inicial Po y final Pi

Mr =Módulo de Resilencia de la sub-rasante (psi).

Sn= numero estructural indicativo espesor del pavimento

a1, a2, a3 = Coeficiente estructural de la capa de carpeta de base y sub base respectivamente.

D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.

PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFALTICO MÉTODO AASTHO 93

Sn=a1*D1+a2*D2*m2+a3*D3*m3

El diseño para pavimentos flexibles según AASTHO está basado en la determinación del número estructural “SN” que debe soportar el nivel de carga exigido por el proyecto, a continuación se describen las variables que se consideran en el método AASTHO.

MODULO DE RESILENCIA

Para el diseño de pavimentos flexibles se deben utilizarse valores medios resultantes de valores de laboratorio las diferencias que se pueden presentar están consideradas en el nivel de confiabilidad (R).

Durante el año se presentan variaciones en el contenido de húmeda de la subrasante durante las cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo .para evaluar esta situación es necesario evaluar los cambios que produce la húmeda en el módulo resilente.

Con este fin se obtiene módulos resilentes para diferentes contenido de humedad que simulan las condiciones que se presentan al transcurso del año, en base a los resultados se divide el año en periodos en los cuales el MR es constante.

Para cada valor de MR se determina el valor del año relativo utilizando el Abaco de la figura.

Con los resultados de los daños relativos se obtiene el valor promedio anual, el módulo de resilente (MR) que corresponde al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el diseño si

no se tiene la posibilidad de obtener esta información se puede estimar el valor del MR en función del CBR.

RELACION CBR – MODULO DE RESILENCIA

CBR<15%(SHELL)

MR(Mpa) =10CBR

MR(Psi)= 1500 CBR

K= tiene una dispersión de valores de 4 a 25

K=tiene una dispersión de valores de 750a 3000

MR(Mpa)= 17.6 CBR 0.64 (Powell et all)

El instituto de asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982 obtuvo las relaciones siguientes:

PERIODO DE DISEÑO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseño para el cual se determinan las características del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo con el fin de establecer exigencias de servicio durante el tiempo de diseño elegido a un costo razonable .generalmente el periodo de diseño será mayor a la vida útil del pavimento porque incluye en el análisis al menos una rehabilitación o recrecimiento por lo tanto esta será superior a 20 años.

INDICE DE SERVICIABILIDAD

Tipo de % CBR MR en (psi)Arena 31 46500Limo 20 30000Arena magra 25 37500Limo - arcilla 25 37500Arcilla limosa 8 11400Arcilla pesada 5 7800

Se define como la condición necesaria de un pavimento para proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento, inicialmente esta condición se cuantifico atraves de la opinión de los conductores cuyas respuestas se tabulan en la escala de 1 a 5.

Antes de diseñar el pavimento se debe elegir los índice de servicio inicial y final .El índice de servicio inicial Po depende del diseño y la calidad de la construcción en los pavimentos flexibles estudiado por AASTHO.

PÉRDIDA O DISMINUCIÓN DEL ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar las disminuciones del índice de servicio que representa una pérdida gradual de la calidad de servicio de la carretera originada por el deterioro del pavimento.

Donde:

Psi= Índice de servicio presente.𝞓Psi=Diferencia entre los índice de servicio inicial y final.

Po =Índice de servicio inicial.

Pt= Índice de servicio final.

NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACION ESTANDAR

Índice de Serviciabilidad ( Calificación )

5 – 4 Muy buena 4 – 3 Buena 3 – 2 Regular 2 – 1 Mala 1 – 0 Muy mala

𝞓PSI=Po-Pt

Parámetro importante introducido por la AASTHO al diseño de pavimentos, porque establece un criterio que está relacionado con el desempeño del pavimento frente a las situaciones exteriores. La confiabilidad se define como la probabilidad que el pavimento diseñado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto, bajo las solicitaciones de carga e intemperismo .para el elegir el valor de este parámetro se considera la importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el tránsito de diseño pronosticado .

Valores de nivel de confianza R

COEFICIENTE DE DRENAJE (Cd)

El valor de este coeficiente depende de parámetros de la capacidad de drenaje que se determina de acurdo el tiempo que tarda el agua al ser evacuada del pavimento, y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación en el transcurso del año. La AASTHO define cinco capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla:

De acuerdo a las capacidades de drenaje AASTHO establece los factores de corrección m2 bases y m3 (sub-base granular sin estabilizar).

Tabla: Valores m1 para modificar los coeficientes estructurales o de capa de base y sub-base sin tratamiento, en pavimento flexibles.

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas rurales Autopistas 85 – 99.9 80 – 99.9

Carreteras de primer orden 80 – 99 75 – 95

Carreteras secundarias 80 – 95 75 – 95

Caminos vecinales 50 – 80 50 – 80

Calidad del Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser Evacuada

Excelente 2 horas

Bueno 1 día

Regular 1 semana

Malo 1 mes

Muy malo Agua no drena

DETERMINACION DEL NÚMERO ESTRUCTURAL

El método está basado en el cálculo del número estructural “SN” sobre la capa subrazante o cuerpo de terraplén para esto se dispone la figura 1

DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA

Capacidad Drenaje

% de tiempo en el que el pavimento está expuesto a humedad próximos a la saturación.

Menos del 1 % 1 a 5 % 5 a 25 % Más del 25 %

Excelente 1,40 – 1,35 1,35 – 1,30 1,30 – 1,20 1,20

Bueno 1,35 – 1,25 1,25 – 1,15 1,15 – 1,00 1,00

Regular 1,25 – 1,15 1,15 – 1,05 1,00 – 0,80 0,80

Malo 1,15 – 1,05 1,05 – 0,80 0,80 – 0,60 0,60

Muy malo 1,05 – 0,95 0,95 – 0,75 0,75 – 0,40 0,40

Ejemplo:

W=2x105 , R= 99%, PO=4.5, PT=2.5

PO

La estructura del pavimento flexible está formado por un sistema de varias capas por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus características propias .una vez que el diseñador haya obtenido el SN para la sección estructural del pavimento, se requiere determinar una sección multicapa que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte ,equivalente al número estructural de diseño .para este fin se utiliza la siguiente ecuación que permite obtener los espesores de cada capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base

a1, a2, a3 = Coeficiente estructural de la capa de carpeta de base y sub base respectivamente.

D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.

Abaco para estimar el número estructural de la carpeta estructural a1

SN=a1*d1+a2*d2*m2+a3*d3*m3

Figura IV.4. Ábaco para estimar el número estructural de la capa base granular “a2”.Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Figura IV.5. Ábaco para estimar el número estructural de la sub-base granular “a3”.Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993.

ESPESORES MINIMOS EN FUNCION AL “SN”

El control de los espesores D1, D2, D3 atraves del SN, se busca dar protección a las capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que producirán deformaciones permanentes, como se muestra en el grafico siguiente:

Problema: 01

Autopista urbana w18 = w18=2 x105 ESALs. El agua drena del pavimento aproximadamente una semana y la estructura del pavimento está expuesta a niveles próximos a la saturación en un 30%del tiempo, los datos de los materiales son:

Modulo elástico de concreto asfaltico a 20°c (68°f)=3100 MPA = 450000 PSI Base = CBR 100% Sub-base =16% Subrasante= CBR 5%

SOLUCCION:

Como el pavimento es una Autopista urbana se adopta:

R=99%

S0=0.45

Po= 4.2

Pt=2.5

𝞓P= 4.2-2.5=1.7

Obtenemos el” SN”

MB=214 MPA=31000PSI

MSB=90.4MPA=13111 PSI

MR=53.8MPA=7800PSI

So= El rango de desviación estándar sugerido por aastho se encuentra entre los siguientes valores 0.40≤So≥0.50

Por tabla

SN= 3.30 pulg.

SN1=1.98 pulg.

SN2= 2.75 pulg.

ESPESOR C° ASFALTICO

D1≥ SN 1a1 , a1= 0.44 (Valor de tabla)

D1≥ 1.980.44 = 4.5” se adopta 5”

SN1= (5) (0.44) = 2.20”

ESPESOR PARA LA BASE

D2≥ SN 2−SN 1a1∗m 2 a2= 0.14 (Valor de tabla)

m2= 0.80 (coeficiente de drenaje)

D2≥ 2.7 5−2.20.14∗0.80 = 4.91” se adopta 6”

D2 = 6” Por norma espesor mínimo 6”

SN2=0.14 (0.80)(6)

SN2=0.67”

ESPESOR SUBBASE

SN3 = SN

SN3 =3.30”

D3≥ SN 3−(SN 1+SN 2)

a3∗m3

a3=0.09

m3= 0.8

D3≥ 3.3 0−(2.20+0.67)

0.09∗0.8 = 5.97” se adopta 6”

D3 = 6” Por norma espesor mínimo 6”

Por lo tanto:

SN3= (a3) (m3) (D3)

SN3= (0.09) (0.8) (6)

SN3= 0.43”

Se sabe que

SN1 SN2 SN3 SN

Donde:

SN1 SN2 SN3 SN

2.20” + 0.67” +0.43” 3.30"

3.30” 3.30" ok

D1 = 5”

D2 = 6”

D3 = 6”