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Condiciones Específicas del ARTCondiciones Específicas del ART Clima de Norte Illinois Clima de Norte Illinois 762mm lluvia762mm lluvia
12 ciclos congel.12 ciclos congel. Construcción de muy alta calidadConstrucción de muy alta calidad Secciones de ensayo cortas: 37 m (120 ft)Secciones de ensayo cortas: 37 m (120 ft) 4 tipos de base (pavimentos flexibles)4 tipos de base (pavimentos flexibles)
– Caliza Chancada, Grava, Grava tratada con cemento, Caliza Chancada, Grava, Grava tratada con cemento, Grava tratada con AsfaltoGrava tratada con Asfalto
Combinación específica de capasCombinación específica de capas Máximo número de ESALS: 7 millones.Máximo número de ESALS: 7 millones.
Modelo de Diseño Actual de Modelo de Diseño Actual de Pavimentos FlexiblesPavimentos Flexibles
+ 2.32 * log (M ) - 8.07
Log W = Z * S + 9.36 log (SN + 1) - 0.20
o
R
R
+
0.40 +
1094(SN + 1)5.1
9
logp4.2 - 1.5
[ ]t
Variables Generales Para el DiseñoVariables Generales Para el Diseño
Variables de tiempoVariables de tiempoPeríodo de desempeñoPeríodo de desempeño
Período de análisisPeríodo de análisis
TráficoTráfico
Nivel de confianza para el diseñoNivel de confianza para el diseño
Efectos de medio ambienteEfectos de medio ambienteHinchamientoHinchamiento
CongelamientoCongelamiento
DeshieloDeshielo
Período de Desempeño (vida útil)Período de Desempeño (vida útil)
Tiempo para el cual el pavimento se deteriorará Tiempo para el cual el pavimento se deteriorará hasta un cierto nivel de serviciabilidad final, en hasta un cierto nivel de serviciabilidad final, en
función de:función de:Clasificación funcional de la carreteraClasificación funcional de la carretera
Respuesta de los usuariosRespuesta de los usuarios
Costo inicial y costo del ciclo de vidaCosto inicial y costo del ciclo de vida
Otras consideraciones de ingeniería.Otras consideraciones de ingeniería.
El diseñador debe seleccionar las fronteras El diseñador debe seleccionar las fronteras
máximas y mínimas.máximas y mínimas.
Período de AnálisisPeríodo de Análisis
Tiempo que debe ser cubierto por cualquier Tiempo que debe ser cubierto por cualquier
estrategia de diseño (diseño inicial y estrategia de diseño (diseño inicial y
rehabilitaciones planeadas).rehabilitaciones planeadas).
El diseñador debe seleccionar el período de El diseñador debe seleccionar el período de
análisis (min. 20 años), para evaluar con análisis (min. 20 años), para evaluar con
precisión las estrategias a largo plazo en base a precisión las estrategias a largo plazo en base a
costos de ciclo de vida.costos de ciclo de vida.
Para gran volúmen de tránsito debería ser 30-50 Para gran volúmen de tránsito debería ser 30-50
años.años.
Período de Análisis y de DesempeñoPeríodo de Análisis y de Desempeño
p
P1
P2
1.5
0
Sobrecarpeta
NN1.
5 f
Período de Análisis
N
Período de Desempeño (vida útil)
Datos de TráficoDatos de Tráfico
Ejes Equivalentes acumulados de 80KN Ejes Equivalentes acumulados de 80KN para el período inicial de desempeño en para el período inicial de desempeño en
el carril de diseñoel carril de diseño
Nivel de ConfianzaNivel de Confianza
Probabilidad de que el pavimento sobreviva a su Probabilidad de que el pavimento sobreviva a su período de desempeño.período de desempeño.
En la ecuación de diseño, Fr es un multiplicador En la ecuación de diseño, Fr es un multiplicador del tráfico.del tráfico.
Fr = f(R,So)Fr = f(R,So)
Fr es el coeficiente de seguridad del diseñoFr es el coeficiente de seguridad del diseño
Para el caso de rehabilitaciones planeadas, se Para el caso de rehabilitaciones planeadas, se
debe considerar el factor compuesto, debe considerar el factor compuesto, R R 1/n1/n
Nivel de Confianza, RNivel de Confianza, R
ClasificaciónClasificación
Interestatal/AutopistaInterestatal/AutopistaArteria PrincipalArteria Principal
ColectoresColectoresLocalesLocales
UrbanoUrbano
85-99.985-99.980-9980-9980-9580-9550-8050-80
RuralRural
80-99.980-99.975-9575-9575-9575-9550-8050-80
Desviación Standard, SoDesviación Standard, So
Factor que toma en cuenta los errores o Factor que toma en cuenta los errores o variabilidad asociados con el diseño y los datos variabilidad asociados con el diseño y los datos
de construcción, incluyendo la variabilidad en las de construcción, incluyendo la variabilidad en las propiedades de los materiales del suelo, propiedades de los materiales del suelo,
estimaciones de tráfico, condiciones climáticas y estimaciones de tráfico, condiciones climáticas y calidad de construcción.calidad de construcción.
Si existe gran confiabilidad en los datos de Si existe gran confiabilidad en los datos de tráfico se recomienda 0.44, de no ser así, 0.49tráfico se recomienda 0.44, de no ser así, 0.49
Efectos Ambientales AdversosEfectos Ambientales Adversos
AASHTO tiene un procedimiento para AASHTO tiene un procedimiento para considerar la pérdida de serviciabilidad por considerar la pérdida de serviciabilidad por
cuestiones de medio ambiente como cuestiones de medio ambiente como hinchamiento de suelos y congelamiento.hinchamiento de suelos y congelamiento.
Estos aspectos deben preferentemente tratarse Estos aspectos deben preferentemente tratarse en el campo, tratar los suelos expansivos o en el campo, tratar los suelos expansivos o removerlos y construir por sobre las capas removerlos y construir por sobre las capas
susceptibles de congelamiento.susceptibles de congelamiento.
Criterio de DesempeñoCriterio de Desempeño
Indice de serviciabilidad inicial PoIndice de serviciabilidad inicial PoDiseño de Pavimento.Diseño de Pavimento.
Construcción según la suavidad especificada (IRI).Construcción según la suavidad especificada (IRI).
Serviciabilidad final PtServiciabilidad final PtImportancia del pavimentoImportancia del pavimento
Clasificación funcionalClasificación funcional
Pérdida de serviciabilidadPérdida de serviciabilidad
PSI = Po - PtPSI = Po - Pt
Valores Recomendados de ServiciabilidadValores Recomendados de Serviciabilidad
Serviciabilidad inicial:Serviciabilidad inicial:4.2 en el AASHTO Road Test.4.2 en el AASHTO Road Test.
4.5 o mayor con especificaciones estrictas, alto 4.5 o mayor con especificaciones estrictas, alto grado de control y equipo de última generación.grado de control y equipo de última generación.
Serviciabilidad final:Serviciabilidad final:
1.5 en el A AASHTO Road Test (falla)1.5 en el A AASHTO Road Test (falla)
Dependiendo del tipo de vía 2.5 en vías importantes Dependiendo del tipo de vía 2.5 en vías importantes
y 2.0 en vías de bajo tráficoy 2.0 en vías de bajo tráfico
Propiedades de los Materiales para Propiedades de los Materiales para Diseño EstructuralDiseño Estructural
Módulo ResilienteMódulo ResilienteSuelo de SubrasanteSuelo de Subrasante
Capas Granulares Capas Granulares
Módulo ElásticoMódulo ElásticoConcreto AsfaltícoConcreto Asfaltíco
Materiales Estabilizados.Materiales Estabilizados.
Módulo Resiliente de la SubrasanteMódulo Resiliente de la Subrasante
Muestras del suelo natural o banco de Muestras del suelo natural o banco de préstamopréstamo
Muestras inalteradasMuestras inalteradas
PerforacionesPerforaciones
Deflecciones Deflecciones
Penetrómetro dinámico de conoPenetrómetro dinámico de cono
Espaciamiento: 100 a 500m alternando líneas.Espaciamiento: 100 a 500m alternando líneas.
Realizar ensayos de:Realizar ensayos de:Módulo Resiliente (AASHTO T 294-921)Módulo Resiliente (AASHTO T 294-921)
CBR, Valor-RCBR, Valor-RPropiedades de suelosPropiedades de suelos
Retrocálculo por deflexionesRetrocálculo por deflexionesPenetrómetro-estimar CBR.Penetrómetro-estimar CBR.
Determinar valor promedio Mr para los niveles Determinar valor promedio Mr para los niveles de humedad esperados en el futuro.de humedad esperados en el futuro.
Variaciones EstacionalesVariaciones Estacionales
Módulo Resiliente de la Subrasante (2)Módulo Resiliente de la Subrasante (2)
Determinar variaciones estacionales Determinar variaciones estacionales del Módulo Resilientedel Módulo Resiliente
Dividir el año en períodos cortos de Dividir el año en períodos cortos de tiempotiempo
Determinar el valor del daño relativo Determinar el valor del daño relativo para cada módulo estacionalpara cada módulo estacional
Estimar el Mr efectivoEstimar el Mr efectivo
Módulo Resiliente Efectivo Módulo Resiliente Efectivo de la Subrasante de la Subrasante
Ecuación del Número EstructuralEcuación del Número Estructural
SNSNeffeff = a = a11DD11 + a + a22DD22mm22 + a + a33DD33mm3 3 + ...+ ...
DDii = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase) = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase)
aaii = Coeficiente estructural de la capa “i” = Coeficiente estructural de la capa “i”
mmii = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas
consideradas impermeables i= 1 consideradas impermeables i= 1
Coeficientes Estructurales de Capa (aCoeficientes Estructurales de Capa (aii))
Capacidad relativa de un material de espesor Capacidad relativa de un material de espesor unitario para que funcione como un unitario para que funcione como un componente estructural del pavimentocomponente estructural del pavimento
Indicación de la contribución estructural de un Indicación de la contribución estructural de un material a la estructura del pavimentomaterial a la estructura del pavimento
Los valores originales se derivan del AASHO Los valores originales se derivan del AASHO Road Test y han sido modificados por varias Road Test y han sido modificados por varias agencias de víasagencias de vías
Coeficientes de Drenaje (mCoeficientes de Drenaje (mii))
Ajustan los coeficientes estructurales de Ajustan los coeficientes estructurales de materiales no tratados para tomar en cuenta materiales no tratados para tomar en cuenta los efectos de drenaje en el desempeño de los los efectos de drenaje en el desempeño de los pavimentos en función de:pavimentos en función de:
Calidad del Drenaje.Calidad del Drenaje. Tiempo de saturación.Tiempo de saturación. Las condiciones de drenaje en el AASHTO Las condiciones de drenaje en el AASHTO
Road Test fueron pobres.Road Test fueron pobres.
Calidad del DrenajeCalidad del Drenaje
Calidad deCalidad de Agua Removida dentro de Agua Removida dentro de DrenajeDrenaje
Excelente 2 horas
Bueno 1 día
Regular 1 semana
Pobre 1 mes
Muy Pobre El agua no drena
Valores mValores mii Recomendados Recomendados
Calidad del Calidad del DrenajeDrenaje
ExcelenteExcelenteBuenaBuenaRegularRegularPobrePobreMuy PobreMuy Pobre
< 1%< 1%
1.40-1.351.40-1.351.35-1.251.35-1.251.25-1.151.25-1.151.15-1.051.15-1.051.05-0.951.05-0.95
1-5%1-5%
1.35-1.301.35-1.301.25-1.151.25-1.151.15-1.051.15-1.051.05-0.801.05-0.800.95-0.750.95-0.75
5-25%5-25%
1.30-1.201.30-1.201.15-1.001.15-1.001.00-0.801.00-0.800.80-0.600.80-0.600.75-0.400.75-0.40
> 25%> 25%
1.201.201.001.000.800.800.600.600.400.40
% del tiempo en que la estructura del pavimento está % del tiempo en que la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturaciónexpuesta a niveles de humedad próximos a la saturación
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
Determinación de Espesores:Determinación de Espesores:Soluciones manualesSoluciones manuales
Abacos (Nomogramas)Abacos (Nomogramas)
Software Software
Subgrad
e Resilien
t Modulu
s (ksi)
50
70
90
99
99.9
.05
.5
5.0
50
18-kip
ESA
Ls (m
illions)
4020105
1
9 7 5 3 1Design Structural Number, SN
Design Serviceability Loss
0.5
1.53.0
Abaco de DiseñoAbaco de Diseño
Procedimiento de Diseño de AASHTOProcedimiento de Diseño de AASHTO
Determinar el número estructural requeridoDeterminar el número estructural requerido
Identificar diseños tentativosIdentificar diseños tentativos
Corregir por pérdidas de serviciabilidad Corregir por pérdidas de serviciabilidad ambientales (opcional)ambientales (opcional)
Determinar opciones “en etapas”Determinar opciones “en etapas”
Realizar análisis de costo del ciclo de vidaRealizar análisis de costo del ciclo de vida
Definir el diseño final del pavimento Definir el diseño final del pavimento
Ecuación del Número EstructuralEcuación del Número Estructural
SNef = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3 + ...
DDii = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase) = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase)
aaii = Coeficiente estructural de la capa “i” = Coeficiente estructural de la capa “i”
mmii = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas
consideradas impermeables i= 1consideradas impermeables i= 1
NO EXISTE UNA SOLUCION UNICANO EXISTE UNA SOLUCION UNICA
Consideraciones para la SelecciónConsideraciones para la Selección de los Materiales de los Materiales
Facilidad de construcciónFacilidad de construcción
Disponibilidad a distancias razonablesDisponibilidad a distancias razonables
Consideraciones de costoConsideraciones de costo
Consideraciones de mantenimientoConsideraciones de mantenimiento
Normas de la entidad ejecutoraNormas de la entidad ejecutora
Espesores Mínimos (tabla 8-2)Espesores Mínimos (tabla 8-2)
Análisis con Verificación por CapasAnálisis con Verificación por CapasEspesores Mínimos en Función del SNEspesores Mínimos en Función del SN
DDii = = SNSNi+1i+1 - SN - SNii
aaii m miiEspesores mínimos para proteger la capa subyacenteEspesores mínimos para proteger la capa subyacente
DDii = Espesor de la capa “i” = Espesor de la capa “i”
aaii = Coeficiente estructural de la capa “i” = Coeficiente estructural de la capa “i”
mmii = Coeficiente de drenaje de las capas “i” = Coeficiente de drenaje de las capas “i”
SNSNii = Número estructural requerido sobre la capa = Número estructural requerido sobre la capa
SNSNi+1i+1 = Número estructural requerido por encima = Número estructural requerido por encima
de la capa subyacente de la capa subyacente
substituir el Mr de la subrasante por el Mr de la capasubstituir el Mr de la subrasante por el Mr de la capa
Análisis con Verificación por CapasAnálisis con Verificación por CapasEspesores Mínimos en Función del SNEspesores Mínimos en Función del SN
DDii = = SNSNi+1i+1 - SN - SNii
aaii m miiSubstituir el Mr de subrasante por el Mr de base, Substituir el Mr de subrasante por el Mr de base, determinar S1 con el mismo ábaco u ecuación. determinar S1 con el mismo ábaco u ecuación. Con S1 y a1 definir D1. (D1 = S1/a1)Con S1 y a1 definir D1. (D1 = S1/a1)
Con Mr de subbase, determinar SN2, el valor debe Con Mr de subbase, determinar SN2, el valor debe ser absorbido por el asfalto y la capa base, ser absorbido por el asfalto y la capa base, entonces se puede determinar D2 …entonces se puede determinar D2 …
Los espesores tienen la lógica del sistema en Los espesores tienen la lógica del sistema en capas.capas.
Análisis con Verificación por CapasAnálisis con Verificación por CapasEspesores Mínimos en Función del SNEspesores Mínimos en Función del SN
Los espesores tienen la lógica del sistema en Los espesores tienen la lógica del sistema en capas. Cada capa estaría protegida por la capa capas. Cada capa estaría protegida por la capa superior.superior.
El criterio no es aplicable para capas con El criterio no es aplicable para capas con módulo resiliente mayor a 40,000 psi (280 MPa)módulo resiliente mayor a 40,000 psi (280 MPa)
Construcción en EtapasConstrucción en Etapas
Construcción de la estructura del pavimento Construcción de la estructura del pavimento en etapas, de acuerdo con una en etapas, de acuerdo con una programación programación
pre-determinadapre-determinada..
Fondos limitados para el diseño completoFondos limitados para el diseño completo
Se espera que los volúmenes de camiones se Se espera que los volúmenes de camiones se incrementen fuertemente en el futuroincrementen fuertemente en el futuro
Diseñar la 2a etapa como Sobrecarpeta Diseñar la 2a etapa como Sobrecarpeta (método de la vida remanente)(método de la vida remanente)
R(etapa) = R (global)R(etapa) = R (global)1/n1/n
Análisis de SensibilidadAnálisis de Sensibilidad
Examinar el efecto de diferentes datos en el Examinar el efecto de diferentes datos en el Número Estructural resultante.Número Estructural resultante.
Provee un indicador de los valores que deben Provee un indicador de los valores que deben ser seleccionados más cuidadosamente.ser seleccionados más cuidadosamente.
Ejemplo de los ApuntesEjemplo de los Apuntes
ESALs = 10 millonesESALs = 10 millones
Serviciabilidad inicial = 4.2Serviciabilidad inicial = 4.2
Serviciabilidad final = 2.5Serviciabilidad final = 2.5
Nivel de confianza = 90%Nivel de confianza = 90%
Desviación standard = 0.45Desviación standard = 0.45
Módulo Resiliente = 5000psiMódulo Resiliente = 5000psi
Limitaciones del Limitaciones del Método de Diseño AASHTOMétodo de Diseño AASHTO
Materiales y subrasantes limitados.Materiales y subrasantes limitados. Variabilidad de materiales y de los procesos Variabilidad de materiales y de los procesos
construcctivosconstrucctivos Una sóla región climáticaUna sóla región climática Corto periodo de desempeño del Road TestCorto periodo de desempeño del Road Test No uso de tráfico mixtoNo uso de tráfico mixto Ausencia de guía en algunas variables de diseñoAusencia de guía en algunas variables de diseño Modelos extrapolados para los Factores Equivalentes Modelos extrapolados para los Factores Equivalentes
VehicularesVehiculares Es importante la calibración a condiciones localesEs importante la calibración a condiciones locales