Métodos de Diseño Pavimentos

MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

LISTADO MÉTODOS DE DISEÑO

1. AASHTO rígido

2. Shell


MÉTODOS AASHTO

El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como

AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de

los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante

2 años en el estado de Illinois, con el fin de desarrollar tablas,

gráficos y fórmulas que representen las relaciones deterioro-

solicitación de las distintas secciones ensayadas.

A partir de la versión del año 1986, y su correspondiente

versión mejorada de 1993, el método AASHTO comenzó a

introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos

parámetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el

lugar del ensayo original.

AASHTO establece dos tipos de métodos:

- Para pavimento rígido.

- Para pavimento flexible.


1. Método AASHTO rígido

El diseño del pavimento rígido involucra el

análisis de diversos factores: tráfico, drenaje,

clima, características de los suelos, capacidad de

transferencia de carga, nivel de serviciabilidad

deseado, y el grado de confiabilidad al que se

desea efectuar el diseño acorde con el grado de

importancia de la carretera. Todos estos factores

son necesarios para predecir un comportamiento

confiable de la estructura del pavimento y evitar

que el daño del pavimento alcance el nivel de

colapso durante su vida en servicio.



La ecuación fundamental AASHTO para el diseño de

pavimentos rígidos es:



De la ecuación:

VARIABLE DESCRICPCIÓN

E18 = Número de cargas de 18 kips (80 kN) previstas.

ZR =Es el valor de Z (área bajo la curva de distribución) correspondiente a la curva estandarizada, para una confiabilidad R.

S0 = Desvío estándar de todas las variables.

D = Espesor de la losa del pavimento en pulg.

ΔPSI = Pérdida de serviciabilidad prevista en el diseño.

Pt = Serviciabilidad final.

Sc = Módulo de rotura del concreto en psi.

J = Coeficiente de transferencia de carga.

Cd = Coeficiente de drenaje.

EC = Módulo de elasticidad del concreto, en psi.

k =Módulo de reacción de la subrasante (coeficiente de balastro), en pci(psi/pulg).



El procedimiento de diseño normal es suponer un espesor

de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor

supuesto calcular los ejes equivalentes y posteriormente

evaluar todos los factores adicionales de diseño, si se

cumple en equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es

resultado del problema, de lo contrario de debe de seguir

haciendo tanteos.

Las variables de diseño de un pavimento rígido son:

a) Espesor

b) Serviciabilidad

c) Tránsito

d) Transferencia de carga

e) Propiedades del concreto

f) Resistencia a la subrasante

g) Drenaje

h) Confiabilidad



a) Espesor:

El espesor del pavimento de concreto es la variable que

se pretende determinar al realizar un diseño, el

resultado del espesor se ve afectado por todas las demás

variables que interviene en los cálculos.



b) Serviciabilidad:

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento

de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en

la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero)

significa una calificación para pavimento intransitable y 5

(cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una

medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo

la tendencia es poder definirla con parámetros medibles.

Índice de servicio

Calificación

5 Excelente

4 Muy Bueno

3 Bueno

2 Regular

1 Malo

0 Intransitable


Índice de serviciabilidad inicial (Po):

Es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después

de la construcción del mismo, para su elección es necesario

considerar los métodos de construcción, ya que de esto depende

la calidad del pavimento.

Usando buenas técnicas de construcción, el pavimento de

concreto puede tener una serviciabilidad Po = 4.7 ó 4.8.

A mayor índice de serviciabilidad mayor será su vida útil

Comportamiento del pavimento de acuerdo al índice de serviciabilidad inicial (Po).



Índice de serviciabilidad final (Pt):

Tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento

al final de su vida útil, o bien, el valor más bajo que pueda ser

admitido, antes de que sea necesario efectuar una rehabilitación,

un refuerzo o la reconstrucción del pavimento.

Valores de serviciabilidad final (Pt) en función del tipo de camino.

Tipo de CaminoServiciabilidad

final

Autopistas 2.5Carreteras 2.0

Zonas industriales 1.8

Pavimentos urbanos Principales

1.8

Pavimentos urbanos secundarios

1.5

La diferencia entre ambos índices es: ΔPSI= Po – Pt, que se define como pérdida de serviciabilidad.



c) Tránsito:

El tránsito es una de las variables más significativas del diseño del pavimento y

sin embargo es una de las que más incertidumbre presenta al momento de

estimarse. Es importante hacer notar que debemos contar con la información

más precisa posible del tráfico para el diseño, ya que de no ser así podríamos

tener diseños inseguros o con un grado importante de sobre diseño, debido a

esto, en este trabajo se tratará de manera sencilla esta parte.

El método AASHTO utiliza en su formulación el número de repeticiones esperadas

de carga de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de entrar a las fórmulas de

diseño, debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los vehículos que

circulan por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2Ton)

también conocidos como ESAL´s.

Número de carriles en una dirección

Porcentaje de ejes simples equivalentes de 82kN en el carril de diseño

1 100

2 80-100

3 60-80

4 50-75

Porcentaje de ejes equivalentes.



c) Tránsito:

La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20

años, es común realizar diseños para 30, 40 ó más de 50 años. Otro factor que

hay que tomar en cuenta es la tasa de crecimiento anual, que depende del

desarrollo económico – social, de la capacidad de la vía, tipo de vehículo que

pueden ser más de un tipo que de otro.

Es conveniente prever este crecimiento del tráfico, tomando en consideración

una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento

de tráfico.

Valores comunes de tasa de crecimiento..


Caso Tasa de crecimientoCrecimiento normal 1% a 3%

Vías completamente saturadas 0% a 1%Con tráfico inducido* 4% a 5%

Alto crecimiento* mayor al 5%*solamente durante 3 a 5 años


c) Tránsito:

El Factor de Crecimiento del Tráfico considera los años de vida útil más un

número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía.


𝐹𝐶𝑇 =1 + 𝑔 𝑛 − 1

𝑔

Donde:𝑔 = tasa de crecimienton = años de vida útil

Tvu = Tráfico en la vida útil = Tpa x FTCTpa = Tráfico durante el primer año


c) Tránsito:

Factor de sentido: Del total del tráfico que se estima para el diseño del

pavimento deberá determinarse el correspondiente a cada sentido de

circulación, esto se realiza mediante la introducción del Factor de Sentido,

cuyos valores recomendados son:

- Un sentido de Circulación 1.0

- Doble sentido de Circulación 2.0

Factor carril: El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo no

necesariamente deben utilizarse.


Número de Carriles Factor Carril1 1.002 0.80 a 1.00

3 0.60 a 0.804 0.50 a 0.75

Valores comunes factor carril en función del número de carriles.


d) Transferencia de carga:

También se conoce como coeficiente de transmisión de carga (J) y es la

capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir las fuerzas

cortantes con sus losas adyacentes, con el objetivo de minimizar las

deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento. Mientras

mejor sea la transferencia de cargas, mejor será el comportamiento de

las losa del pavimento.

Esta transferencia de cargas se realiza a través de los extremos de las

losas (juntas o grietas) y su valor depende del tipo de pavimento, del

tipo de borde u hombro y de la colocación de los elementos de

transmisión de carga.


Valores de coeficiente de transmisión de carga J.

Tipo de pavimento

HombroElementos de transmisión de carga

Concreto hidráulico

SI NO

No reforzado o armado con juntas

2.5 - 3.2 3.6 - 4.2

Armado continuo 2.3 - 2.9 -


e) Propiedades del concreto:

Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño y en su

comportamiento:

a lo largo de su vida útil.

Resistencia a la tensión por flexión o Módulo de Ruptura (MR)

Módulo de elasticidad del concreto (Ec)


Módulo de ruptura.

Tipo de pavimentoMR recomendado

kg/cm2 psiAutopistas 48.0 682.7Carreteras 48.0 682.7

Zonas industriales 45.0 640.1Urbanas principales 45.0 640.1

Urbanas secundarias 42.0 597.4



AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio que se haya

obtenido del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas

para cumplir la resistencia especificada del proyecto.

MR promedio = MR especificado + Zr x (desviación estándar del MR)

Donde Zr = desviación estándar


Valores típicos de desviación estándar.

Promedio

Concreto premezclado 6% a 12% 9.0%Mezclado central 5% a 10% 7.5%

La desviación normal estándar (Zr) define que, para un

conjunto de variables (espesor de las capas, características de

los materiales, condiciones de drenaje, etc.) que intervienen

en un pavimento, el tránsito que puede soportar el mismo a lo

largo de un periodo de diseño.




Valores para Zr en función de la Confiabilidad R.

El módulo de elasticidad del concreto (Ec) esta relacionado con su

módulo de ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469.

En su defecto correlacionarlo con otras características del material

como puede ser su resistencia a la compresión (𝑓′𝑐). Esto es:

Confiabilidad R, %Desviación normal

estándar ,ZrConfiabilidad R, %

Desviación normal estándar ,Zr

50 -0.000 93 -1.476

60 -0.253 94 -1.555

70 -0.524 95 -1.645

75 -0.674 96 -1.881

80 -0.841 97 -2.054

85 -1.037 98 -2.054

90 -1.282 99 -2.327

91 --1.340 99.9 -3.090

92 --1.405 99.99 -3.750

𝐸𝑐 = 21000 𝑋 𝑓′𝑐 1 2


f) Resistencia a la subrasante:


La resistencia a la subrasante se obtiene mediante el módulo de

reacción del suelo (K) por medio de la prueba de placa.

El módulo de reacción del suelo corresponde a la capacidad portante

que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del

pavimento.

El valor del módulo de reacción se puede obtener directamente del

terreno mediante la prueba de placa ASTM D1195 Y D1196 (Figura

3.7).

Dado que la prueba de placa es tardada y cara, el valor de k, es

usualmente estimado por correlación a una prueba simple, tal como

la Relación de Soporte de California (CBR).


f) Resistencia a la subrasante:


Cuando se diseña un pavimento es probable que tenga diferentes

valores de K a lo largo del tramo por diseñar, por lo que se

recomienda utilizar el valor promedio de los módulos K para el

diseño.

TIPOS DE SUELO SOPORTE RANGO DE VALORES DE K [PCI]

Suelo de grano fino en el cualel tamaño de las partículas

de limo y arcilla predominanBajo 75-120

Arenas y mezclas de arenacon gravas, con una cantidadconsiderable de limo y arcilla

Medio 130-170

Arenas y mezclas de arenacon grava, relativamente

libre de finos.Alto 180-220

Subbase tratada concemento

Muy Alto 250-400

Tipos de suelo de subrasante y valores aproximados de k.


g) Drenaje:

En cualquier tipo de pavimento, el drenaje es un factor importante en

el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida

útil y por lo tanto en el diseño del mismo. Se puede evaluar mediante el

coeficiente de drenaje (Cd) el cual depende de:

Calidad del drenaje: Viene determinado por el tiempo que tarda el

agua infiltrada en ser evacuada de la estructura del pavimento.

Exposición a la saturación: Porcentaje de tiempo durante el año en

que un pavimento esta expuesto a niveles de humedad que se

aproximan a la saturación.


Calidad de drenajeTiempo en que tarde el agua en ser

evacuada

Excelente El suelo libera el 50% de agua en 2 horas

Bueno El suelo libera el 50% de agua en 1 día

Mediano El suelo libera el 50% de agua libre en 7 días

Malo El suelo libera el 50% de agua libre en 1 mes

Muy malo El agua no evacua

Calidad del drenaje.


g) Drenaje:

Combinando todas las variables que interviene para llegar a determinar

el coeficiente de drenaje Cd, se llega a los valores de la siguiente Tabla:


Valores para el Coeficiente de drenaje Cd.

Calidad deldrenaje

Porcentaje del tiempo en que la estructura del pavimento esta expuesta a niveles de humedad próximos a la

saturación

Menos del 1% 1% - 5% 5% - 25% más del 25%

Excelente 1.25 - 1.20 1.20 - 1.15 1.15 - 1.10 1.10

Bueno 1.20 - 1.15 1.15 - 1.10 1.10 -1.00 1.00

Mediano 1.15 - 1.10 1.10 - 1.00 1.00 - 0.90 0.90

Malo 1.10 - 1.00 1.00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80

Muy malo 1.00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80 - 0.70 0.70


h) Confiabilidad:

Los factores estadísticos que influyen en el comportamiento de los

pavimentos son:

Confiabilidad R: probabilidad de que el sistema de pavimento se

comporte de manera satisfactoria durante su vida útil en condiciones

adecuadas para su operación.


Valores recomendados del nivel de confianza atendiendo al tipo de camino.

Clasificación del camino Urbano Rural

Autopistas 85% - 99.9% 80% - 99.9%Arterias principales 80% - 99% 75% - 99%

Colectoras 80% - 95% 75% - 95%

Locales 50% - 80% 50% - 80%


h) Confiabilidad:

La confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad y va

asociada con la desviación estándar (So) ó también llamado error

estándar. Este último representa el número de ejes que puede soportar

el pavimento hasta que su índice de serviciabilidad descienda por

debajo de un determinado índice de servicio final (Pt)

Desviación estándar (So) relacionada con la confiabilidad (R) se

muestra a continuación:


Desviación estándar y confiabilidad.

Desviaciónestándar

(So)

Confiabilidad (R)

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

0.30 1.00 1.19 1.44 1.79 2.42 3.12

0.35 1.00 1.26 1.53 1.97 2.81 3.76

0.39 1.00 1.26 1.60 2.13 3.16 4.38

0.40 1.00 1.26 1.62 2.17 3.26 4.55


EJEMPLO MÉTODO DE DISEÑO:

• Hallar el espesor y longitud de la losa.


Datos de entrada con sus respectivos valores.

Dato de entrada ValorTransito de Diseño = 6.3 105 ejes equivalentes de 8.2 t

Confiabilidad deseada = 95 % (zR= 1.645)Pérdida total de serviciabilidad = 4.5 –2.0 =2.5

Desviación estándar total = 0.35

Capacidad de soporte, CBR = 10%Características de Drenaje = Bueno

Condición cercana a la saturación = Durante 4 meses/añomi =0.80




Selección desviación estándar

Proyecto de pavimento

Desviación estándar, S0

Flexible Rígido

0.40-0.50 0.30-0.40

Construcción nueva 0.45 0.35

Sobrecapas 0.50 0.40

Seleccionado

Dato de entrada Valor

Tipo de Berma = De Concreto

Dispositivos de trnasmisión de cargas = SI

Tipo de Pavimento NO reforzado

Berma De Asfalto De Concreto

Dispositivos de transmisión de carga SI NO SI NO

Pavimento no reforzado o reforzado con juntas 3.2 3.8-4.4 2.5-3.1 3.6-4.2

Pavimento reforzado continuo 2.9-3.2 - 2.3-2.9 -

Transferencia de cargas, J




Selección Módulo de Elasticidad

Tipo de AgregadoMódulo de elasticidad, Ec

MPa kg/cm2

Grueso Ígneo 5.500 (f'c)0.5 17.500 (f'c)0.5

Grueso Metamórfico 4.700 (f'c)0.5 15.000 (f'c)0.5

Grueso Sedimentario 3.600 (f'c)0.5 11.500 (f'c)0.5

Sin Información 3.900 (f'c)0.5 12.500 (f'c)0.5 Seleccionado

CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO

Resistencia del concreto a compresión f'c = 245 kg/cm2

Módulo de Ruptura del Concreto:

Sc = 2.2(f'c)0.5 = 2,2 x (350 kg/cm2)0.5

Sc = 34,4 kg/cm2 = 3,37 Mpa = 491,31 lb/in2

Módulo de Elasticidad del Concreto, Ec =No se tiene información del tipo de agregado por lo tanto se utiliza la siguiente ecuación

Ec = 12.500 (f'c)0.5

Ec = 12.500 (245kg/cm2)0.5

Ec = 195.656 kg/cm2 = 19.193 Mpa = 2´798.147 lb/in2

Resistencia de la fundación del pavimento:

K = 0,25 + 5,15 Log (CBR%) = 0,25 + 5,15 Log (10%)

K = 198 lb/in3




Módulo resiliente de la subrasante, MR:

Mr = 100 x CBR

Mr = 100 x 10 = 1.000 kg/cm2 = 98,1 Mpa = 14.224,5 lb/in2

Espesor de la sub-bsase granular:

Hsbg = 200mm

Módulo resiliente de la sub-base granular, Esbg:

Se determina con la metodología Shell

Esbg = 0,206 x Hsbg0.45 x Mr subrasante

Esbg = 0,206 x (200mm)0.45 x 700 kg/cm2

Esbg = 1.564 kg/cm2 = 153 Mpa = 22.353 lb/in2

Factor de perdida de soporte, Ls:

Seleccionado



Módulo de reacción del conjunto sub-rasante, Kc:




Kcc = 30 Mpa/m

Daño relativo, Ur

Adoptando un espesor de losa 180mm




Aplicamos la ecuación:

Finalmente D = 210 mm para CBR 10%

Dimensiones de la losa: Longitud máxima de la losa:

- Espesor = 21 cm - Longitud de Ia losa = 25 D = 25 x 21 cm =5.25 m

- Ancho del carril 3m - Longitud de la losa = ancho del carril x 1.25 =

= 3.0 m x 1.25 = 3.75 m



2. Método Shell para pavimentos flexibles

Características generales:

- Considera la estructura del pavimento como un sistema

multicapa linealmente elástico.

- Los materiales se encuentran caracterizados por su módulo de

elasticidad de Young (E) y su relación de Poisson (μ).

- Los materiales de la estructura se consideran homogéneos e

isotrópicos y supone capas infinitas horizontalmente.

- El tránsito se expresa en ejes simples equivalentes de 8,2t,

aplicadas con rueda doble con área de contacto circular de

210mm de diámetro.

- El método consiste en elegir la combinación de espesores y

características de los materiales de las capas de pavimento de

modo que las deformaciones, horizontal por fracción (εT) y

vertical por compresión (εV), permanezcan dentro de unos

límites admisibles durante el periodo de diseño.


Modelo estructural tricapa:

𝜀𝑇 = 𝑎 [1/𝑁]𝑏

𝜀𝑉 = 𝑐 [1/𝑁]𝑑

𝜀𝑇 = 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎𝑠𝑐𝑎𝑝𝑎𝑠 𝑎𝑠𝑓á𝑙𝑡𝑖𝑐𝑎𝑠.𝜀𝑉 = 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛.𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑒𝑡𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎.𝑎, 𝑏, 𝑐, 𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑦 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑜.




Gráficos de diseño a partir de los resultados del programa de cómputo de Shell:

Fig. 5.36 - Combinación de espesores

de las capas asfálticas (h1) y de las

capas granulares (h2) para que

satisfagan los criterios de deformación

horizontal por tracción (𝜀𝑇). Los

espesores a1 en capas asfálticas y a2

en capas granulares, combinados,

cumplen el requisito.

Fig. 5.37 - Combinación de espesores

de las capas asfálticas (h1) y de las

capas granulares (h2) para que

satisfagan los criterios de deformación

vertical por compresión (𝜀𝑉). Los

espesores a3 en capas asfálticas y a4

combinados, cumplen el requisito.



Gráficos de diseño a partir de los resultados del programa de cómputo de Shell:

Fig. 5.38 – Para satisfacer los

dos criterios básicos para el

diseño estructural, la Shell

fusionó las dos curvas anteriores

dando origen a las cartas de

diseño.

Fig. 5.38 – Razonamientos:

1. Al elegir un espesor de pavimento a5, en capas asfálticas, satisface los dos criterios 𝜀𝑇 y

𝜀𝑉 aunque el criterio de deformación por compresión (𝜀𝑉) se cumpliría con un espesor

mayor al mínimo requerido para cumplir la 𝜀𝑇.

2. Al elegir un espesor de pavimento a6, este apenas sería necesario para satisfacer el

criterio de deformación por tracción (𝜀𝑇) mas no el de deformación por compresión 𝜀𝑉 .3. Al elegir un espesor de pavimento a7 en capas asfálticas y a8 en capas granulares,

satisface el criterios de deformación por compresión (𝜀𝑉) pero no el de deformación por

tracción (𝜀𝑇). Cuando esto sucede, se debe aumentar el espesor de las capas granulares

hasta a9 para cumplir también con el criterio de deformación por tracción.



Se aconseja considerar espesores de capas granulares

mayores a aquel donde se cruzan las curvas ya que una

pequeña reducción en el espesor de las capas asfálticas da

lugar a un incremento apreciable de capas granulares.

Los parámetros para el diseño son los siguientes:

a) El tránsito

b) La temperatura

c) Las propiedades de la sub-rasante, sub-base y base.

d) Características de la mezcla asfáltica



a) El tránsito: se efectúa a través del número acumulado de

ejes equivalentes de 8,2t, por eje sencillo, que van a

circular sobre el pavimento durante el período de diseño.

𝑁 = 𝑇𝑃𝐷 𝑥𝐴

100𝑋

𝐵

100𝑋 365 𝑋

(1 + 𝑟)𝑛−1

𝐿𝑛(1 + 𝑟)𝑋 𝐹𝐶

Donde:

𝑇𝑃𝐷 = 𝑇𝑟á𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜, 𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜.

𝐴 = % 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑣í𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑏𝑢𝑠𝑒𝑠 + 𝑐𝑎𝑚𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 .

𝐵 = % 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑣í𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑚𝑝𝑙𝑒𝑎𝑛 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜.

𝑛 = 𝑝𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑒ñ𝑜 𝑒𝑛 𝑎ñ𝑜𝑠.

𝑟 = 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟á𝑛𝑠𝑖𝑡𝑜.

𝐹𝐶 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶𝑎𝑚𝑖ó𝑛.



b) La temperatura: de la zona donde va a quedar construido el

pavimento y aunque las variaciones diarias y estaciones no

representan influencia significativa en los módulos de elasticidad

de las capas granulares, si son influyentes en las propiedades de

las capas asfálticas a causa de las susceptibilidad térmica del

asfalto que las constituye.

Para lo anterior se presenta un procedimiento para estimar una

temperatura media anual ponderada del aire (w-MAAT) en la

región del proyecto.

Con el promedio de los factores de ponderación (1.09) se entra

en la ordenada de la figura 5.39 y en la gráfica se obtiene la

temperatura: w-MAAT = 21°C



b) La temperatura:

Figura 5.39 – Curva de ponderación de la temperatura.



c) Las propiedades de la sub-rasante, sub-base y base: se

requiere el módulo dinámico de elasticidad de la sub-rasante

(Módulo de resiliencia MR) cuando el suelo se encuentre en su

densidad de equilibrio.

En nuestro medio el ensayo de resistencia más difundido es el

CBR y la ecuación para el cálculo del módulo dinámico es la

siguiente:

MR = 107 X CBR N/m2.

MR = 100 X CBR kg/cm2.

Para determinar lel módulo resiliente de la base y sub-base, la

Shell emplea la misma correlación utilizada para la sub-rasante.



c) Características de la mezcla asfáltica:

1. Su módulo de elasticidad dinámico a cortos tiempos

de aplicación de carga (Stiffness). Se consideran dos tipos de

mezclas:

S1 – mezclas corrientes de cemento asfáltico de alta rigidez

y con contenidos normales o promedios de agregados, de

asfalto y de vacíos con aire.

S2 – mezclas de baja rigidez, mezclas abiertas que tienen

un alto contenido de vacíos con aire y un bajo

contenido de asfalto.

2. Resistencia de la mezcla a la fatiga, es decir, al

agrietamiento por su flexión repetida bajo la acción de

las cargas. Se consideran dos tipos de mezclas:

F1 - de alta resistencia y con cantidades moderadas de vacío

con aire y de asfalto.

F2 - de baja resistencia y con altos volúmenes de vacíos con

aire.




Procedimiento:

1. Determinar el índice de penetración y la temperatura T800 del asfalto.

2. Determinar el Stittness del asfalto a la temperatura de trabajo en obra.

3. Determinar el Stiffness de la mezcla asfáltica.

4. Identificación del código de rigidez de la mezcla (si es tipo S1 o S2)

5. Determinar la deformación máxima admisible específica de tracción en

la fibra inferior de las capas asfálticas gráficamente usando la siguiente

ecuación:

εt = (0,856Vb + 1,08) E1-0,36 (N8.2/K)-0,20

6. Identificación de código de fatiga de la mezcla.

7. Identificación del código total de la mezcla.

8. Diseño estructural. Empleo de las gráficas de diseño.




Ejemplo de aplicación:

Diseñar un pavimento flexible por el método Shell para los siguientes

parámetros de diseño de la vía Icononzo – Cunday (Tolima):

Dato de entrada Valor

Temperatura w-MAAT = 21°C

MR = 4 x 108 N/m2 (CBR = 4%)

N = 4 x 107 ejes de 8,2t

Código de la mezcla asfáltica = S1 - F1 - 50




Ejemplo de aplicación:

Desarrollo:

La gráfica adecuada para los parámetros dados es la HN 49,en la cual se

observan varias curvas, en nuestro caso la que nos interesa es la curva

correspondiente a N = 5 x 107. Ahora consideramos el circulo (4)

correspondiente al MR = 4 x 108N/m2

Cualquier punto sobre la curva N = 5 x 107 ejes de 8,2t dará una

combinación de espesores de capas asfálticas y granulares que satisfacen

los criterios de deformación.

Se presentan las siguientes alternativas:




Ejemplo de aplicación:Desarrollo:

AlternativaN°

Espesor de las capas granularesmm h2

Espesor de las capas asfálticas

mm h1

CBR >= 20 CBR >= 40 CBR >= 80

1 - - - 250

2 166,7 - - 215

3 175 75 - 185

4 87,5 150 262,5 100

Solución:Capa asfáltica = 100mmCapas granularesCBR>=20 = 88mmCBR>=40 = 150mm

CBR>=80 = 262mmEspesor del pavimento = 600mm


BIBLIOGRAFÍA

Páginas WEB:

- www.medellin.unal.edu.co

- http://www.biblioteca.udep.edu.pe

- http://www.ptolomeo.unam.mx:8080

- http://es.slideshare.net

- http://libro-pavimentos.blogspot.com

Documentos:

Guía para el Diseño de estructuras de pavimento, AASHTO, 1993

Libros:

Montejo, Alfonso, Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, 2da ed., Editorial

Universidad Católica de Colombia

http://www.medellin.unal.edu.co/

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http://libro-pavimentos.blogspot.com/

Métodos de Diseño Pavimentos

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