Método de Diseño AASHTO

8/15/2019 Método de Diseño AASHTO

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Sistema de clasificación de los suelos

Como los depósitos de suelos son infinitamente variados, no ha sido posible crear

un sistema universal de clasificación de suelos para diferenciarlos en grupos y

sub-grupos sobre la base de todas sus propiedades índice importantes. Sin

embargo, se han ideado sistemas útiles basados en una o dos propiedades

características. Algunos de estos sistemas han llegado a generalizarse tanto entre

los trabaadores de los diversos campos en los !ue intervienen los suelos, !ue es

necesario !ue el ingeniero posea al menos un conocimiento general de los

mismos. Al mismo tiempo, es indispensable tener presente !ue ningún sistema

describe adecuadamente ningún suelo para todos los obetos !ue persigue la

ingeniería. "n realidad, muchos sistemas ignoran las propiedades m#s

importantes desde el punto de vista del ingeniero especialista en fundaciones.

Sistemas basados en la te$tura, como el tama%o de las partículas, es

probablemente la característica m#s evidente de un suelo. "s natural !ue los

primeros sistemas de clasificación se hayan basado únicamente en la

granulometría. "n realidad, se han sugerido muchos de estos sistemas. "l &'( y el

)nificado son los m#s usados por los especialistas en fundaciones* el sistema

AAS+( por los ingenieros de caminos, y el Sistema )nificado por los ingenieros

encargados de presas y autopistas.

e una manera general, se han encontrado !ue los suelos, y en menor grado las

rocas, pueden clasificarse en grupos dentro de los cuales, las propiedades

mec#nicas sean algo parecidas. Consecuentemente, la correcta clasificación de

los materiales del subsuelo es un paso importante para cual!uier trabao de

cimentación, por!ue proporciona los primeros datos sobre las e$periencias !ue

puedan anticiparse durante y despus de la construcción. /a capacidad para

identificar y clasificar rocas y suelos correctamente es, por lo tanto, b#sica para el

an#lisis de todos los problemas de ingeniería !ue se refieren los materiales

trreos.


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Sistema AASHTO

"l departamento de Caminos públicos de )SA 01ureau of 2ublic 3oads4 introduo

en 5676 uno de los primeros sistemas de clasificación, para evaluar los suelos

sobre los cuales se construirían las carreteras. "n 5689 fue modificado y a partir de entonces se le conoce como sistema AAS+( y recientemente AAS+(.

"ste sistema describe un procedimiento para clasificar suelos en siete grupos,

basado en las determinaciones de laboratorio de granulometría, límite lí!uido e

índice de plasticidad. /a evaluación de cada grupo se hace mediante un :índice de

grupo;, el cual se calcula por la fórmula empírica<

IG=( F −35 ) [0,2+0,005 (W l−40 )]+0,01 ( F −15) ( IP−10)

En que:

F = porcentae !ue pasa por >,>? mm, e$presado en números enteros.

"ste porcentae est# basado en el material !ue pasa por ?> mm.

W

l


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"l valor del índice de grupo debe ir siempre en parntesis despus del símbolo del

grupo, como< A-7- 0D4* A-E-9 05E4, etc.

"ste mtodo define<

Grava: material !ue pasar por ?> mm y es retenido en tamiz de 7 mm. Arena gruesa: material comprendido entre 7 mm y >,9 mm. Arena fina: material comprendido entre >,9 y >,>? mm. Limo arcilla: material !ue pasa por tamiz >,>? mm.

"l trmino material granular se aplica a a!uellos con D9F o menos bao tamiz >,>?

mm* limoso a los materiales finos !ue tienen un índice de plasticidad 5 o mayor.

&ateriales limo arcilla contienen m#s del D9F bao tamiz >,>? mm.

Cuando se calcula índices de grupo de los subgrupos A-7- y A-7-E, usesolamente el trmino del índice de plasticidad de la fórmula.

Cuando el suelo es 2, o cuando el límite lí!uido no puede ser determinado, el

índice de grupo se debe considerar 0>4.

Si un suelo es altamente org#nico 0turba4 puede ser clasificado como A-? sólo con

una inspección visual, sin considerar el porcentae bao >,>? mm, límite lí!uido e

índice de plasticidad. Beneralmente es de color oscuro, fibroso y olor putrefacto.


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Introducción a los métodos de diseño

"$isten dos mtodos de dise%o de pavimentos de concreto utilizados en mayor

medida a nivel mundial< el mtodo de la American Association of State +ighGay

and (ransportation fficials 0AAS+(4 y el de la 2ortland Cement Association

02CA4. 2ara trminos de este informe, se referir# en específico al mtodo

AAS+(.

Historia de la rue!a

"l AASHTO "oad Test 0traducido como #rue!a de avimentos AASHTO$ fue un

e$perimento realizado por la “American Association od State Highway and

Transportation Officials” para determinar como el tr#fico contribuye al deterioro del

pavimento de los caminos y carreteras. ficialmente, el Road Test era :Hparaestudiar el rendimiento de las estructuras pavimentadas de espesor conocido bao

cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas;. "ste estudio, llevado a

cabo desde el a%o 569> en ttaGa, 'llinois, es frecuentemente la primera fuente

de información de datos e$perimentales relativos al da%o !ue producen los


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vehículos en las carreteras, para el propósito de dise%ar la carretera, evaluar el

coste y la rentabilidad de una vía.

"l e$perimento se realizó considerando la vía %Interestatal &'( de seis carriles,

con tres en diferente sentido. Cada carril fue sometido a un tipo de cargaespecífica de vehículo y peso. /a variación de la estructura del pavimento y su

interacción con el tr#fico fue estudiada para cada carril. Se planearon

e$perimentos satlites en otros lugares de "stados )nidos para comprobar cómo

afectaría el clima o la inclinación de la rasante a los resultados, pero finalmente no

se llevaron a cabo.

/os resultados de los e$perimentos se usaron para desarrollar la guía de dise%o

de pavimentos, cuya primera edición se lanzó en 565 como %AASHTO InterimGuide for t)e *esign of "igid and +le,i!le #avements( o en espa%ol :Gu-a

#rovisional AASHTO ara el *iseño de #avimentos "-gidos . +le,i!les(, con

reediciones meores en 56E7 y 566D.

3evisiones<

• 56E7< revisiones generales. /a guía pasa a llamarse :Buía AAS+( para

ise%o de "structuras de 2avimentos;.• 56?5< revisión del capítulo ''', !ue hacía alusión al uso del cemento 2ortland

para el ise%o de 2avimentos de Concreto.• 56?< revisión de la :Buía para el ise%o de "structuras de 2avimento;.• 566D< revisión del dise%o de carpetas de pavimento.• 566?< publicación de un mtodo alternativo para el ise%o de 2avimentos,

!ue corresponde a un :suplemente a la guía de dise%o de estructuras de

pavimentos;.

/a versión de 566D sigue estando vigente en "stados )nidos. )na nueva guía,

originalmente pensada para ser publicada en el a%o 7>>7, iba a ser la primera

guía de dise%o !ue no se basaría en los resultados del AAS+( 3oad (est.


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/os e$perimentos de carretera de la AAS+( introdueron algunos conceptos

novedosos en la ingeniería de pavimentos, incluyendo el factor e!uivalente de

carga. "ste factor se utilizó en los tramos de prueba, en donde pavimentos

similares fueron sometidos a diversas cargas según las configuraciones de los

ees, para poder analizar los da%os !ue se producen en ellas y la relación !ue

e$iste entre estas configuraciones y cargas a travs del da%o !ue producen.

Como era de esperar, los vehículos m#s pesados reducen la vida útil de los

pavimentos en mayor medida !ue los vehículos ligeros, cumplindose la llamada

:/ey generalizada de la fuerza a la cuarta;, !ue e$plica !ue el da%o realizado por

los vehículos es :proporcional a la cuarta potencia del peso del ee;. /os otros

resultados del e$perimento sirvieron para realizar las normativas de

aseguramiento de la calidad para la construcción de carreteras en "stados )nidos

y !ue se mantienen vigentes hasta el día de hoy.

/etodolog-a AASHTO ara el diseño de avimentos fle,i!les

"l mtodo AAS+(-566D para el dise%o de pavimentos fle$ibles, se basa

primordialmente en identificar un :número estructural 0"4; para el pavimento, !ue

pueda soportar el nivel de carga solicitado. 2ara determinar el número estructural,

el mtodo se apoya en una ecuación !ue relaciona los coeficientes con sus

respectivos números estructurales, los cuales se calculan con ayuda de un

softGare, utilizando datos de entrada como son el número de ees e!uivalentes, el

rango de serviciabilidad, la confiabilidad y el módulo resiliente de la capa a

analizar.2ara ello tenemos<

• A5< coeficiente estructural de la capa 5.• 5< espesor, en 0pulgadasl4 de la capa 5.• &5< coeficiente de drenae de la capa 5.

úmero estructural


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"s el número !ue e$presa la resistencia del pavimento en trminos del valor de

soporte del suelo, del e!uivalente diario de 5?>>> lb de carga por ee, del índice

de utilidad y del factor regional. /os coeficientes adecuados convierten el valor S

0Structural umber4 en el espesor real de la carpeta, de la base y de la sub-base.

eterminación del número estructural

"l dise%o estructural depende de los siguientes factores<

I5?< el número de aplicaciones de carga por ee simple e!uivalente a 5?>>> lbs.

&r< módulo resiliente.

3< confiabilidad.

So< desviación est#ndar total.

2i< serviciabilidad inicial.

2t< serviciabilidad final.

A5< coeficiente estructural de la capa 5.

A7< coeficiente estructural de la base granular.

AD< coeficiente estructural de la sub base granular.

&7< coeficiente de drenae de la base granular.

&D< coeficiente de drenae de la sub base granular.

5. Carga por ee e!uivalente 0I5?4

"l llamado "SA/ 0"!uivalent Single A$ial /oad4 es el número de aplicaciones de

un ee simple de 5?>>> lbs 0?> J4. "l procedimiento para convertir un fluo de

tr#fico mi$to de diferentes cargas y configuraciones por ee a un número de tr#ficopara el dise%o, consiste en convertir cada carga por ee, en un número e!uivalente

de cargas por ee simple de 5?>>> lbs, multiplicando cada carga por ee por el

factor de e!uivalencia de carga.

7. &ódulo resiliente 0&r4


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"s una medida de las propiedades el#sticas de los suelos 0tanto del suelo de la

subrasante como de los materiales de base y sub base4, tomando en cuenta

ciertas características no lineales se refiere al comportamiento esfuerzo-

deformación de material bao condiciones normales de carga de pavimentos.

2uede ser usado directamente para el dise%o de pavimentos fle$ibles, pero debe

ser convertido a un módulo de reacción de la subrasante 0valor K4 para el dise%o

de pavimentos rígidos o compuestos. "l módulo resiliente fue seleccionado para

reemplazar el valor de soporte del suelo utilizado anteriormente.

"n el caso de países !ue no tengan e!uipos para realizar los ensayos de módulo

resiliente, se han hecho factores apropiados !ue pueden ser usados en la

estimación del &r a partir de los ensayos de C13.

D. Confiabilidad 034

"s la probabilidad e$presada como porcentae !ue el pavimento proyectado

soporte el tr#fico previsto. Se trata pues de llegar a cierto grado de certeza del

mtodo de dise%o, para asegurar !ue las diversas alternativas de sección

estructural !ue se obtengan, durar#n como mínimo el periodo de dise%o.

"l mtodo AAS+( para el dise%o de pavimentos fle$ibles, recomienda valores

desde 9> hasta 66,6F con diferentes clasificaciones funcionales, not#ndose !ue

los niveles m#s altos corresponden a niveles importantes y de mayor volumen

vehicular.


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8. esviación est#ndar 0So4

Considera las posibilidades de variables en el tr#fico previsto y a variación en el

comportamiento para un pavimento "A/ dado. /a desviación est#ndar total, así

como la confiabilidad, deber#n tenerse en cuenta para el efecto combinado de la

variación en todas las variables de dise%o.

/os criterios !ue se toman en cuenta para la selección de la So total son<

• /a desviación est#ndar estimada para el caso de !ue la variación del tr#fico

futuro proyectado es considerada como >,D6 para pavimentos rígidos y >,86

para pavimentos fle$ibles.

"n general, el rango de So se puede estimar entre<

•

>,D>->,8> para pavimentos rígidos.• >,8>->,9> para pavimentos fle$ibles.

9. @ndice de serviciabilidad del pavimento

Se debe elegir un nivel de servicio inicial y terminal para el dise%o del pavimento.

"l nivel de servicio inicial 02i4 es la estimación inmediatamente despus de

terminada la construcción 0generalmente 8,7 para pavimentos fle$ibles y 8,9 para

pavimentos rígidos4. "l nivel de servicio terminal 02t4 es el nivel aceptable m#s

bao al volver a pavimentar 0para vías importantes se recomienda 7,9-D,> y 7,>

para vías de bao volumen4.

. Coeficiente estructural de la capa 0A54


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Se asigna un valor de este coeficiente a cada capa del material en estructura del

pavimento con el obetivo de convertir los espesores y capas en el ". "stos

coeficientes de la capa estructural e$presan una relación empírica entre el " y el

espesor y es una medida de la habilidad relativa del material para funcionar como

un componente estructural del pavimento.

/a forma de estimar este coeficiente se separa en 9 categorías. ependiendo del

tipo y función del material de cada capa, estos son<

• Concreto asf#ltica.• 1ase granular.• Sub base granular.• 1ase tratada con cemento.•

1ase tratada con asfalto.

E. Coeficiente de drenae 0&i4

"l drenae es tratado considerando el efecto del agua sobre las propiedades de las

capas del pavimento y sus consecuencias sobre la capacidad estructural del

mismo. 2ara el dise%o, el efecto del drenae es considerado modificando el

coeficiente de la capa estructural en función de<

• /a calidad del drenae 0el tiempo re!uerido por el pavimento para drenar4.• "l porcentae de tiempo !ue la estructura del pavimento estar# e$puesta a

niveles de humedad cercanos a la saturación.


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Gu-a de evaluación AASHTO 012&341225$

"n la actualidad, el avance de las tecnologías en favor del ser humano ha llevado

a implementar nuevas y meores tcnicas de dise%o de pavimentos rígidos y

fle$ibles.

/a prueba madre fue la de 'llinois, "stados )nidos, desarrollada entre los a%os

569? y 56> y cuya duración fue de apro$imadamente dos a%os. /os tramos de

prueba estaban constituidos por seis circuitos principales, con dos pistas de

circulación de D,9 metros de ancho cada una. Cada circuito fue sometido adistintos volúmenes de tr#nsito de camiones.

/os tipos de pavimentos considerados en la prueba fueron principalmente

concreto asf#ltico 0en ingls AC4 y hormigón con untas simples 0en ingls L2C24,

adem#s de algunas secciones de hormigón armado y hormigón pretensado. /os

volúmenes m#$imos de tr#nsito acumulados durante los dos a%os !ue duró la

prueba fueron del orden de 5,5 millones de ees e!uivalentes, con una tipología de

ees simples y t#ndem. "ste aspecto es muy importante, por cuanto actualmenteen un a%o se puede alcanzar f#cilmente ese volumen de ees e!uivalentes en las

principales carreteras de Chile. "l comportamiento de los pavimentos fue medido

con el índice de serviciabilidad presente 024, cuya escala varía entre > y 9. A un

pavimento nuevo se le asigna un valor entre 8 y 9 0según su calidad constructiva4.

/as características clim#ticas de la zona de la prueba AAS+(, 'llinois, presentan


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condiciones de alta pluviometría, con precipitaciones medidas anuales de ?> mm*

profundidades de helada relativamente altas 0D> mm4* y con un promedio de 57

ciclos de heladas por a%o. e acuerdo a estos antecedentes, las condiciones

ambientales se pueden definir como muy rigurosas, de alta humedad y fuertes

heladas.

"ste mtodo, como se mencionó anteriormente, fue realizado en "stados )nidos,

por ende es necesario ser muy cuidadoso cuando se traslada a otra ubicación !ue

cuenta con condiciones distintas a las originales. Al respecto, las principales

variables !ue se deben evaluar dicen relación con el clima, el dise%o de untos, los

tipos de base, las tcnicas constructivas, el drenae, la resistencia y durabilidad del

hormigón, suelos de la subrasante, la confiabilidad del dise%o y las cargas del

tr#fico.

/a prueba del mtodo AAS+( fue realizada bao condiciones de lluvias fuertes,

heladas e$tremas y mtodos constructivos propios del sector. (omando en cuenta

estas condiciones, los ingenieros estimaron una vida útil de 5> a%os. /levando a la

prueba al territorio chileno, el primer punto a considerar la e$tensión del territorio,

lo !ue implica diferentes par#metros de medida, lo !ue llevó a evaluar y adecuar

estos par#metros. 2or eemplo, un pavimento situado en la zona norte o central,

puede tener una vida útil de 5> a 7> a%os* en cambio, si nos trasladamos a la zona

sur, esta vida útil podría verse disminuida.

/a )niversidad de Chile ha efectuado varias investigaciones sobre el tema, cuyos

resultados podrían utilizarse para orientar las faenas constructivas, en condiciones

clim#ticas m#s favorables. "s muy probable !ue e$istan otras diferencias

constructivas respecto de la prueba AAS+(, tales como la compactación y el

curado, las !ue evidentemente tendr#n un efecto en el comportamiento de los

pavimentos. "stas evaluaciones se realizan a travs del tiempo con estudios muy

específicos en las diferentes zonas del país para evaluar y modificar algunos

par#metros de la prueba AAS+( y adecuarlos a las necesidades !ue se

presenten en la obra. Bracias a las diversas intervenciones realizadas, se ha ido

actualizando el mtodo, agregando nuevos factores como lo es el coeficiente de


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drenae, !ue permite dise%ar y construir un camino o carretera de manera de

sanear las aguas lluvias de manera efectiva, ya !ue mientras m#s tiempo

permanece el agua sobre un pavimento, mayor es el da%o !ue puede provocar,

especialmente en presencia de grandes cargas. 2or esta razón, es primordial

incorporar el drenae en el dise%o.

/os obetivos b#sicos planteados para el desarrollo de esta prueba fueron<

a4 eterminar las relaciones significativas entre el número de repeticiones de

cargas por ees de diferentes magnitudes y configuraciones, y el

comportamiento de diferentes secciones de pavimentos Mfle$ibles y rígidos-

construidos sobre una misma fundación, pero sobre capas de sub bases y

bases de diversos tipos y espesores.b4 eterminar los efectos significativos de diferentes cargas por ee y cargas

totales sobre los elementos estructurales de puentes de características

conocidas.c4 3ealizar estudios especiales referentes a hombrillos pavimentados, tipos de

bases, fatiga en pavimentos, tama%o y presión de inflado de los cauchos.d4 btener un registro de los recursos y materiales re!ueridos para mantener

las secciones de prueba en condiciones de ser ensayadas.

e4 esarrollar instrumentación, procedimientos de ensayo y laboratorio, datos,

gr#ficos, tablas y fórmulas !ue reflear#n las características de las

diferentes secciones de prueba y !ue pudieran ser útiles posteriormente en

la evaluación de las condiciones estructurales de un pavimento e$istente.f4 eterminar #reas !ue re!uiriesen estudios posteriores.

'magen e$plicativa


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2ista de prueba

6onclusión de la rue!a de avimentación

2rimero !ue todo, se ha hecho una recopilación de material referente a los

pavimentos de concreto tanto como para tener un buen control de la calidad de

estos en la obra como un buen nivel de servicio al usuario.

Se analizaron las limitaciones y las e$pectativas !ue nos ofrece el concreto en la

pavimentación y se plantearon sus ventaas sobre pavimentos fle$ibles, siendo


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stas apoyadas con una serie de propiedades y descripción de sus funciones

trabaadas bao distintas condiciones, tanto como elemento del producto transporte

como estructuralmente.

Se describieron los tipos de pavimentos y su constitución retomando el tema delos pavimentos de concreto para analizarlo m#s profundamente* se e$pusieron los

datos de inters para el dise%o de las variables !ue entran en ste* se recopiló

información sobre las especificaciones de las capas del pavimento y los problemas

!ue se pueden presentar en ellas.

Se planteó el aspecto constructivo analizando los tipos de untas y los problemas

de las losas, así como la colocación, el e$tendido, los moldes, la ma!uinaria y

e!uipo. Adem#s, se e$puso el vibrado, el curado y el serrado, unto con lasprecauciones a tener para el clima.

ebido a la necesidad de una muy buena funcionalidad y comodidad, se

desarrolló el tema del acabado de las dimensiones del proyecto, así como el de

los efectos en las losas, siendo este tema un indicador de las causas principales

de fallas en dichas losas.

2ara eemplificar el mtodo de dise%o AAS+(, se tomaron una serie de datos

!ue finalmente dieron como resultado un espesor de pavimento de 5>; 079 cm4.

"l mtodo propuesto por AAS+( puede parecer poco efectivo, ya !ue dea a la

interpretación personal una serie de factores de dise%o, !uedando así, un margen

de error a la selección de las variables bastante grandes pudiendo, en un

momento determinado, forzar la secuencia normal del mtodo, ya sea voluntario o

involuntario, y alear así, los valores reales para un dise%o adecuado.

"n

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