MÓDULO 20: DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS ESTRUCTURALES - FERNANDO...

DISEÑO DE OBRAS DE

REHABILITACIÓN PARA LA

CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS

ESTRUCTURALES

CONTENIDO

Diseño de sobrecapas asfálticas sobre pavimentos asfálticos

Diseño de sobrecapas de concreto sobre pavimentos

asfálticos (whitetopping)

Diseño de pavimentos asfálticos reciclados

Diseño de sobrecapas asfálticas sobre pavimentos rígidos

Diseño de sobrecapas de concreto adheridas sobre

pavimentos rígidos

Diseño de sobrecapas de concreto no adheridas sobre

pavimentos rígidos

Diseño de reconstrucción de pavimentos

DISEÑO DE LA REHABILITACIÓN

OPCIONES ADECUADAS DE MEJORAMIENTO EN

DIFERENTES PUNTOS DE LA VIDA DEL PAVIMENTO

DISEÑO DE SOBRECAPAS

ASFÁLTICAS SOBRE

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS


DISEÑO DE SOBRECAPAS ASFÁLTICAS

SOBRE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

APLICACIONES DE LAS SOBRECAPAS

Se pueden construir con un fin funcional, para mejorar la

fricción superficial y la comodidad del usuario, caso en el

cual la sobrecapa es delgada y su espesor no se define con

base en procedimientos de diseño

Se pueden construir para acondicionar la capacidad

estructural del pavimento a la intensidad del tránsito

futuro, caso en el cual su espesor es mayor y se obtiene

como resultado de un diseño. Una sobrecapa construida

con esta misión también corrige las deficiencias de tipo

funcional



ENFOQUES PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS

A partir del concepto de la deficiencia estructural

(AASHTO, The Asphalt Institute)

A partir de las medidas de deflexión (The Asphalt

Institute)

Procedimiento empírico – mecanístico (Washington

DOT, Instituto Nacional de Vías)



ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA

ESTRUCTURAL

Concepto

La sobrecapa debe satisfacer la deficiencia entre la

capacidad estructural requerida para soportar el tránsito

futuro (SCf) y la capacidad estructural del pavimento

existente (SCeff)




ESTRUCTURAL



ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA ESTRUCTURAL

(AASHTO)

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período

de diseño del refuerzo y,si es posible,

los soportados por la estructura actual

2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para

estructural requerido para el diseño de pavimentos nuevos, con

soportar el tránsito futuro el módulo de la subrasante obtenido en

(SNf) ensayos de laboratorio o por retrocálculo

PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LA SOBRECAPA



3 Determinación del número Hay tres métodos:

estructural del pavimento (1) *Se estima en función del espesor y

existente (SNeff) del módulo efectivo de la estructura

del pavimento. Este último es función

de la deflexión máxima, del módulo de

la subrasante in situ, del espesor del

pavimento y del radio del plato de carga

(2) *Se estima asignando coeficientes

estructurales a las capas del pavimento

existente de acuerdo con su condición

(3) *Se estima mediante el concepto

de vida residual

4 Determinación del espesor ( SNf - SNeff ) / a1

de la sobrecapa a1 = coeficiente estructural del material

del refuerzo



(AASHTO)



Enfoque a partir del concepto de la deficiencia estructural (AASHTO)

MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIAL COEFICIENTE

Concreto asfáltico Pocas grietas piel cocodrilo y baja severidad y/o

sólo grietas transversales de baja severidad 0.35 - 0.40

< 10% grietas piel cocodrilo baja severidad y/o

< 5 % grietas transversales severidad media y alta 0.25 - 0.35

>10 % grietas piel cocodrilo severidad media y/o

< 10 % grietas piel cocodrilo severidad alta y/o

> 10 % grietas transversales severidad media y alta 0.14 - 0.20

Base estabilizada Pocas grietas piel cocodrilo y baja severidad y/o

sólo grietas transversales de baja severidad 0.20 - 0.35

< 10% grietas piel cocodrilo baja severidad y/o

< 5 % grietas transversales severidad media y alta 0.15 - 0.25

>10 % grietas piel cocodrilo severidad media y/o

< 10 % grietas piel cocodrilo severidad alta y/o

> 10 % grietas transversales severidad media y alta 0.10 - 0.20

Capas granulares Sin evidencia de degradación y contaminación 0.10 - 0.14

Con evidencia de degradación y contaminación 0.00 - 0.10

COEFICIENTES ESTRUCTURALES SUGERIDOS POR AASHTO




EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – PRIMER MÉTODO

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período

de diseño del refuerzo: N = 1.000.000

2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para

estructural requerido para el diseño de pavimentos nuevos,

soportar el tránsito futuro con los siguientes datos:

(SNf) pi = 4.5 , pt = 2.5 ; MR = 2188 psi ;

R = 50% ; So = 0.49

SNf = 4.25



3 Determinación del número *Deflexiones obtenidas:

estructural del pavimento D0 = 0.02718" ; D 24 = 0.01371"

existente (SNeff) *Espesor pavimento existente (H):

5" (capas asf), 8" (capas granulares)

* MR subras. por retrocálculo con D24:

MR = (0.24*P)/(r*Dr)

= (0.24*9000)/(24*0.01371) = 6544 psi

*MR para diseño = MR retrocálculo/ C

= 6544/3 = 2188 psi

*Se halla por retrocálculo el módulo

efectivo del pavimento (Ep)

Ep = 77593 psi

(también es posible solución gráfica)

SNeff = 0.0045*(H)*(Ep)1/3

Sneff = 0.0045*13*(77593)1/3 = 2.50

4 Espesor de sobrecapa (SNf - SNeff)/a1 = (4.25 - 2.50) / 0.44

= 4.0 pulgadas concreto asfáltico


EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – PRIMER MÉTODO



1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de

diseño del refuerzo: N = 1.000.000

2 Determinación del número Empleando la fórmula AASHTO para el

estructural requerido para diseño de pavimentos nuevos, con los

soportar el tránsito futuro siguientes datos:

(SNf) pi = 4.5 , pt = 2.5 ; MR = 2188 psi ;

R = 50% ; So = 0.49

SNf = 4.25

3 Determinación del número El pavimento está compuesto por:

estructural del pavimento 5" de capas asf álticas con 8 %

existente (SNeff) de agrietamiento piel de cocodrilo

de severidad media (a1 = 0.30)

8" de granulares con síntomas de

contaminación (a2 = 0.10)

SNeff =D1*a1+D2*a2 = 5*0.3 +8*0.10 = 2.30

4 Espesor de sobrecapa (SNf - SNeff)/a1 = (4.25 - 2.30) / 0.44 =

4.5 pulgadas de concreto asfáltico


EJEMPLO DE DISEÑO AASHTO – SEGUNDO MÉTODO




(THE ASPHALT INSTITUTE)


diseño del refuerzo y, si es posible,

los soportados por la estructura actual

2 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para el

requerido en concreto asfáltico diseño de pavimentos nuevos, con el módulo

para soportar tránsito futuro (Tf) de la subrasante obtenido mediante

ensayos de laboratorio o por retrocálculo

3 Determinación del espesor Se estima en función del espesor de cada

efectivo del pavimento capa y de factores de conversión de espesor,

existente (Te) dependientes de la condición de los

materiales constitutivos

4 Determinación del espesor Tr = Tf - Te

de la sobrecapa (Tr)




MATERIAL CONDICIÓN SUPERFICIAL FACTOR

Concreto asfáltico Poco agrietado o sin grietas 0.90 - 1.00

Con agrietamiento extensivo 0.50 - 0.70

Concreto hidráulico Estable, subsellado y sin grietas 0.90 - 1.00

Fragmentado en pequeños trozos 0.30 - 0.50

Base estabilizada Con cemento o cal y patrones de agrietamiento 0.30 - 0.50

Con emulsión y grietas o deformaciones 0.30 - 0.50

Subbases modificadas con cemento 0.10 - 0.30

Capas granulares Con CBR > 20 0.10 - 0.30

FACTORES DE CONVERSIÓN SUGERIDOS POR

EL INSTITUTO DEL ASFALTO


(THE ASPHALT INSTITUTE)




EJEMPLO DE DISEÑO - THE ASPHALT INSTITUTE

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño

del refuerzo: N =870.000

2 Determinación del espesor en Empleando la gráfica del I.A. para el diseño

concreto asfáltico requerido de pavimentos nuevos, con los siguientes datos:

para soportar tránsito futuro MR = 12.000 psi ; N = 870.000 ejes, se obtiene:

(Tf) Tf = 7.7 pulgadas

3 Determinación del espesor El pavimento existente está compuesto por:

efectivo del pavimento 3 pg de capas asfálticas agrietadas (Factor =0.5)

existente (Te) 8 pg de capas granulares, condición aceptable

(Factor = 0.2)

Te=3*0.5 + 8*0.2=3.1 pg concreto asfáltico nuevo

4 Determinación del espesor Tf - Te = 7.7 - 3.1 = 4.6 pg de concreto asfáltico

de la sobrecapa (Tr)




ENFOQUE A PARTIR DE LAS MEDIDAS DE DEFLEXIÓN

Concepto:

La sobrecapa reduce la

deflexión inducida por la

carga en el pavimento,

hasta un nivel adecuado

asociado con la vida

prevista para el

pavimento reforzado

id

fd

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño del refuerzo

y, si es posible, los soportados por la estructura actual

2 Auscultación deflectométrica Medida de deflexiones Benkelman.

Si se emplea otro equipo, se deben aplicar correlaciones

para estimar las deflexiones Benkelman

3 Cálculo de la deflexión La vía se divide en sectores homogéneos a partir de

característica la condición del pavimento, la resistencia de la subrasante,

las condiciones de drenaje y la homogeneidad de las

deflexiones.

Se calcula la deflexión característica como la suma de la

deflexión promedio (Dp) del sector más "n" veces la desviación

estándar (s), dependiendo "n" de la confiabilidad deseada en

el diseño ( Dc = Dp +n*s )

Las deflexiones se deben corregir por efecto de la temperatura

en el momento del ensayo y la temporada climática (Ft, Fc)

4 Determinación del espesor Se obtiene en una gráfica preparada por el Instituto del Asfalto

de la sobrecapa a partir de la deflexión característica y del tránsito de diseño








FACTOR DE AJUSTE POR TEMPERATURA (FT)




FACTOR DE AJUSTE POR TEMPORADA CLIMÁTICA (Fc)

SUELO DE

SUBRASANTE Período Período Período

lluvioso intermedio seco

Arenoso y permeable 1.0 1.0 - 1.1 1.1. -1.3

Arcilloso e impermeable 1.0 1.2 - 1.5 1.5 - 1.8

FACTOR DE CORRECCIÓN (Fc)




1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño del

refuerzo: N = 2.000.000

2 Auscultación deflectométrica Medida deflexiones Benkelman en mayo (período

intermedio) sobre una subrasante arcillosa (MR = 52 MPa)

Temperatura promedio pavimento = 15 ºC

3 Cálculo de la deflexión La deflexión promedio (Dp) en un sector es 0.90 mm,

característica y la desviación estándar (s) es 0.45 mm

El diseño se hará con una confiabilidad=95 %, por lo tanto

Dc = Dp + n*s = 0.90 + 1.65*0.45 = 1.64 mm

El pavimento tiene 200 mm de capas granulares

Factor de corrección por temperatura (Ft) = 1.15 (figura)

Factor de corrección por temporada climática (Fc) = 1.3

Dc corregida = Dc*Ft*Fc

Dc corregida = 1.64*1.15*1.3 = 2.45 mm

4 Determinación del espesor Se entra a gráfica de diseño con N= 2*106 y Dcc= 2.45 mm

de la sobrecapa Espesor de sobrecapa en concreto asfáltico = 150 mm

EJEMPLO DE DISEÑO (The Asphalt Institute)

PROCEDIMIENTO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

Concepto:

La sobrecapa reduce, a

niveles admisibles para

el tránsito previsto, la

deformación horizontal

por tracción en las fibras

inferiores de las capas

ligadas y la deformación

vertical por compresión

sobre la subrasante





Ejemplo:

Diseñar un refuerzo en concreto asfáltico ( E = 2,100 MPa) para un

pavimento asfáltico en condición aceptable, de acuerdo con los

siguientes datos:

Estructura existente

Capas asfálticas de 80 mm, E = 1,700 MPa, relación Poisson= 0.30

Capas granulares de 275 mm, E = 450 MPa, relación Poisson= 0.35

Subrasante arcillosa, E = 60 MPa, relación Poisson= 0.40

Leyes de fatiga

Concreto asfáltico: εt = 2.60*10-3*Nf-0.2

Subrasante: εv = 0.021*N-0.23

Tránsito

Pasado antes de la rehabilitación = 3*106 ejes equivalentes

Futuro después de la rehabilitación = 12*106 ejes equivalentes




Solución

I.- Modelar la estructura existente, con algún programa de cómputo




Solución

II.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y compresión

en el pavimento existente




Solución

III.- Determinar si las capas asfálticas existentes tiene vida

residual, comparando el número admisible de aplicaciones de

carga para la deformación específica de tracción del modelo, con

el número de aplicaciones que ha soportado el pavimento

εt del modelo= 1.85*10-4

1.85*10-4 = 2.60*10-3*N FATIGA-0.2

N FATIGA = (2.60*10-3 /1.85*10-4)5

N FATIGA = 0.55*10 6

N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DISTRIBUCIÓN

N ADMISIBLE TERRENO = 0.55*10 6* 10 = 5.5*10 6

N circulante antes de la rehabilitación= 3.0*10 6 < 5.5*10 6 O.K.




Solución

IV.- Postular un espesor de refuerzo en concreto asfáltico y

ajustar los módulos de las capas granulares y la subrasante en la

nueva configuración del pavimento con refuerzo, debido a que

su módulo resiliente es dependiente del estado de esfuerzos en

que se encuentren (el módulo de las capas granulares

disminuirá y el del suelo fino de subrasante aumentará)

Espesor de refuerzo asumido = 100 mm

(En el presente problema se omitirá el ajuste de módulos para

simplificar la solución. Esta omisión afecta el resultado del

problema)




Solución

V.- Modelar la estructura reforzada con el programa de cómputo




Solución

VI.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y compresión

en el pavimento existente




Solución

VI.- Calcular las deformaciones críticas de tracción y

compresión en el pavimento existente




Solución

VII.- Calcular la deformación vertical admisible de

compresión sobre la subrasante (εzd) y compararla con la

deformación de compresión obtenida en el modelo reforzado

(3.54*10-4 )εzd = εzp *(NF/NA)-0.23

εzp = deformación vertical de compresión sobre la subrasante

en el modelo del pavimento existente (5.497*10-4)

εzd = 5.497*10-4 *(12*106 / 3*106 )-0.23 = 4.0*10-4

3.54*10-4 < 4.0*10-4 O.K.




Solución

VIII.- Con la fórmula de fatiga de la mezcla asfáltica de refuerzo,

calcular el número admisible de aplicaciones de carga para la

deformación crítica de tracción obtenida en el cálculo para la capa de

refuerzo (εtr) y comparar el tránsito de diseño (NF) con el admisible

εtr del modelo reforzado= 4.629*10-5

4.629*10-5 = 2.60*10-3*N FATIGA-0.2

N FATIGA = (2.60*10-3 /4.629*10-5)5 = 5.6*10 8

N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DESPLAZAMIENTO


N de diseño de la rehabilitación = 12.0*10 6 < 5.6*109 O.K.




Solución

IX.- Con la fórmula de fatiga de la mezcla asfáltica del pavimento

existente, calcular el número admisible de aplicaciones de carga para la

deformación crítica de tracción obtenida en el cálculo para la capa

asfáltica existente (εtra) y comparar el tránsito de diseño (NF) con el

admisible

εtra del modelo reforzado= 1.327*10-4

1.327*10-4 = 2.60*10-3*N FATIGA-0.2

N FATIGA = (2.60*10-3 /1.327*10-4)5 = 2.89*10 6

N ADMISIBLE TERRENO = N FATIGA* FACTOR DE DESPLAZAMIENTO


N de diseño de la rehabilitación = 12.0*10 6 < 28.9*10 6 O.K.




Solución

X.- El espesor de refuerzo asumido es aceptable porque se

cumplen satisfactoriamente los criterios analizados, a saber:

la deformación de compresión sobre la subrasante, obtenida en el

modelo reforzado (3.54*10-4 ) es menor que la deformación

vertical admisible (4.0*10-4)

la deformación de tracción en la fibra inferior del refuerzo genera

un tránsito admisible (5.6*10 11) mayor que el de diseño del

refuerzo (12.0*10 6 )

la deformación de tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica

actual en el pavimento reforzado genera un tránsito admisible

(28.9*10 6) mayor que el de diseño del refuerzo (12.0*10 6 )


CONDICIONES BAJO LAS CUALES NO ES CONVENIENTE

DISEÑAR UNA SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE UN PAVIMENTO

ASFÁLTICO

Cuando el pavimento existente presente áreas extensas con

agrietamientos del tipo piel de cocodrilo de severidad alta, que

indican que la solución más conveniente consiste en la remoción y

el reemplazo de parte de la estructura

Cuando hay ahuellamientos excesivos, sintomáticos de la

existencia de materiales cuya baja estabilidad no prevendrá la

recurrencia del fenómeno

Cuando exista una base estabilizada con severos deterioros que

exigirían una excesiva cantidad de arreglos previos para

proporcionar un soporte uniforme a la sobrecapa

Cuando se considere que la base granular deba ser reemplazada

debido a infiltración y contaminación por una subrasante blanda




DE CONCRETO SOBRE

PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

(WHITETOPPING)


DISEÑO DE SOBRECAPAS DE CONCRETO


ENFOQUE PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS

Las sobrecapas de concreto sobre pavimentos asfálticos se

construyen para aumentar la capacidad estructural y se

diseñan como pavimentos nuevos, considerando al pavimento

existente como una fundación de elevada fricción y alta

capacidad portante

Se recomienda que el espesor de diseño no sea inferior a los

siguientes mínimos, para refuerzos de concreto simple con

juntas:

—150 mm para vías principales

—100 mm para vías de bajo tránsito y estacionamientos



1 Caracterización del pavimento Análisis de antecedentes de diseño y construcción

e inspección visual

2 Análisis de tránsito Calcular número de ejes equivalentes durante

el período de diseño del refuerzo

3 Auscultación deflectométrica Medida de deflexiones con deflectómetro de impacto

5 Estimación del módulo de Hay dos métodos:

reacción del soporte (1) *A partir de las deflexiones se determina el módulo

resiliente de la subrasante "in situ" (MR) y el módulo

efectivo del pavimento (Ep).

Con MR, Ep y el espesor total del pavimento (D), se estima

el "k"dinámico efectivo con un nomograma elaborado

por la AASHTO.

A partir del "k" dinámico se estima el "k" estático.

"k" estático = "k" dinámico / 2

(2) *Se realizan pruebas de placa sobre el pavimento

asfáltico existente y, a partir de ellas, se determina

el "k" estático

4 Determinación del espesor Se obtiene mediante el algoritmo o la gráfica de

de la sobrecapa diseño AASHTO para pavimentos nuevos

(También se puede emplear otro método de diseño)




EJEMPLO DE DISEÑO

Información del pavimento asfáltico existente

Concreto asfáltico = 4.5 pulgadas

Base granular triturada = 7.5 pulgadas

Subbase granular = 20 pulgadas

Espesor total = 32.0 pulgadas

Medidas de deflexión FWD

Carga de 9,000 libras sobre placa de 5.9 pulgadas de radio

D0 = 0.01929 pulgadas; D36 = 0.00407 pulgadas



EJEMPLO DE DISEÑO

Tránsito de diseño

11 millones de ejes simples equivalentes

Condiciones de diseño de la sobrecapa en concreto

(Whitetopping)

Módulo de rotura del concreto (promedio) = 690 psi

Módulo elástico del concreto = 4*106 psi

pi = 4.2 ; pt = 2.2

J (coeficiente de transferencia de carga) = 3.2

Cd (coeficiente de drenaje) = 1.0

S0 (error estándar combinado) = 0.35; confiabilidad = 90%

(Zr= 1.282)

EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

I. Determinación del módulo resiliente de la subrasante a

partir de la deflexión medida a 36 pulgadas del centro del

plato de carga:

psird

PM

r

R 740,1436*00407.0

000,9*24.0

*

*24.0



Solución

II. Determinación del módulo

efectivo del pavimento por

retrocálculo o empleando la

gráfica, a partir del espesor

total del pavimento (32 pg) y

de la relación:

6.319000

29.19*740,14* 0 P

dM R

psiMEM

ERp

R

p220,44740,14*3*33



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

III. Se verifica que la deflexión utilizada para determinar el

módulo resiliente haya sido medida a una distancia mayor o

igual a (0.7*ae):

pg53.4614740

44220*32)9.5(

2

32

0.7*ae = 0.7*46.53 = 32.57 pg < 36 pg O.K.



EJEMPLO DE DISEÑO

EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

IV. Determinación del ―k‖

dinámico en la gráfica

AASHTO, a partir de los

siguientes datos:

Espesor pavimento = 32 pg

MR subrasante = 14,740 psi

Ep = 44,240 psi

―k‖ dinámico = 1,000 pci



Solución

V. Determinación del ―k‖ estático

―k‖ estático = ―k‖ dinámico / 2 = 1,000 / 2 = 500 pci

Alternativamente, el ―k‖ estático se puede determinar

mediante la ejecución de pruebas de placa directa sobre la

superficie del pavimento asfáltico por rehabilitar



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

VI. Determinación del espesor de losas de concreto

Con la gráfica o el algoritmo correspondiente al método

que se desee emplear y con los datos adecuados, se

determina el espesor de sobrecapa (Whitetopping) como si

se tratase del diseño de un pavimento rígido nuevo



EJEMPLO DE DISEÑO

Solución

VI. Determinación del espesor de losas de concreto (cont.)

R:/ D = 9.0 pulgadas (230 mm) de losas de concreto simple



EJEMPLO DE DISEÑO


DISEÑAR UNA SOBRECAPA DE CONCRETO SOBRE UN

PAVIMENTO ASFÁLTICO

Cuando el pavimento existente presente pocos deterioros,

pudiendo existir otra solución de rehabilitación más económica

Cuando se presenten inconvenientes por la elevación de la

rasante, especialmente en vías urbanas y cuando los gálibos

sean limitados y se puedan generar problemas en la luz libre

debido al espesor de las losas (para evitar este inconveniente se

pudieran realizar reconstrucciones del pavimento en los cruces

a desnivel)

Cuando exista la posibilidad de que el pavimento existente

sufra cambios volumétricos de importancia (levantamientos o

asentamientos)



DISEÑO DE PAVIMENTOS

ASFÁLTICOS RECICLADOS




GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL MÉTODO DE RECICLADO

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO

EN PLANTA EN CALIENTE

El reciclado en planta en caliente constituye una

mezcla similar a una nueva

Su aplicación como sobrecapa sirve para corregir

deficiencias funcionales de la calzada, caso en el cual

no se realiza dimensionamiento, o para mejorar la

capacidad estructural del pavimento, caso en el cual el

diseño de la rehabilitación es el correspondiente al

diseño de sobrecapas asfálticas



ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO

EN CALIENTE EN EL SITIO

El reciclado superficial en caliente, en sus diversas

modalidades, (cepillado, termo-reperfilado y termo-

regeneración) consiste en un reprocesamiento de la

superficie del pavimento en bajos espesores, con o sin

la adición de nuevos materiales

Es aplicable donde los deterioros del pavimento no

obedezcan a causas estructurales y, por lo tanto, es

considerado como un trabajo de restauración superficial

al cual no aplica ningún método de diseño estructural



ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO EN FRÍO EN

EL SITIO

El reciclado en frío en el lugar es un medio de incrementar

la capacidad estructural de un pavimento asfáltico mediante

el reprocesamiento de los materiales de las capas superiores

Se emplean ligantes hidrocarbonados (emulsión o asfalto

espumado), cemento Portland o una mezcla de ellos

Las capas recicladas en frío son susceptibles a la abrasión

y a la erosión, por lo cual deben ser protegidas por un

revestimiento, generalmente de tipo asfáltico

El diseño del pavimento reciclado se puede realizar a partir

del concepto de la deficiencia estructural o mediante

procedimientos empírico - mecanísticos



ENFOQUE PARA EL DISEÑO DEL RECICLADO EN FRÍO

EN EL SITIO



POSIBILIDADES DE RECICLADO EN FRÍO CON LIGANTES HIDROCARBONADOS



PROPIEDADES BÁSICAS DE LOS MATERIALES

RECICLADOS EN FRÍO EN EL SITIO

Reciclado con emulsión

o asfalto espumado

Tipo I 1200 - 1800

Tipo II 2000 - 2500

Tipo III 2500 - 3000

Reciclado con cemento 3500 - 4200

Reciclado mixto Como el reciclado con emulsión

MÓDULOS DINÁMICOS (MPa)

Reciclado con emulsión

o asfalto espumado o mixto

Reciclado con cemento

LEYES DE FATIGA

2*1

k

t Nk

NAmáx

log*1

DISEÑO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO

RECICLADO EN FRÍO EN EL SITIO


(The Asphalt Institute)

1 Análisis de tránsito Ejes equivalentes durante el período de diseño de la

rehabilitación (N)

2 Determinación de las Se determinan los espesores y condicIón de las capas

características del asfálticas (ha) y granulares (hg) del pavimento existente

pavimento por reciclar

3 Asignación de factor de Se asigna un valor variable entre 0.1 y 0.2 de acuerdo

equivalencia al material con sus características de plasticidad, abrasión

granular por reciclar (Fe) y resistencia

4 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para el diseño de pavimentos

requerido de pavimento reciclados, con el módulo de la subrasante, obtenido

reciclado y la nueva mediante ensayos de laboratorio o por retrocálculo

carpeta asfáltica (Tn) y con el tránsito de diseño

5 Determinación del espesor Se determina en tabla propuesta por el Instituto del Asfalto

requerido de carpeta en función del tránsito de diseño de la rehabilitación (N)

asfáltica nueva (Ta)

PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE UN PAVIMENTO ASFÁLTICO

RECICLADO EN FRÍO CON EMULSIÓN ASFÁLTICA O ASFALTO ESPUMADO

6 Determinación del espesor de Tr = Tn - Ta

pavimento existente que debe ser

reprocesado (Tr)

7 Determinación del espesor granular hgr = Tr - ha

por reprocesar (hgr)

8 Determinación del espesor efectivo de hger = (hg - hgr)*Fe

las capas granulares remanentes (hger)

9 Determinación del espesor corregido hgr* = hgr - hger

de las capas granulares por reciclar (hgr*)

10 Cálculo del espesor definitivo del espesor Tr* = ha + hgr*

de pavimento por reciclar (Tr*)

(CONTINUACIÓN)







190 mm





Espesores mínimos de carpeta asfáltica para pavimentos

reciclados en frío con emulsión asfáltica

Ejes equivalentes en el Espesor mínimo de carpeta

carril de diseño (N) asfáltica nueva (Ta), mm

< 104 Tratamiento superficial

104 - 105 50*

105 - 106 75*

106 - 107 100*

> 107 125** concreto asfáltico






The Asphalt Institute - Ejemplo de diseño

1 Análisis de tránsito N = 105 ejes equivalentes de 80 kN

2 Determinación de las características ha = 40 mm

del pavimento por reciclar hg = 180 mm

3 Asignación de factor de equivalencia Se asigna un valor de 0.2 teniendo en

al material granular por reciclar (Fe) cuenta que la calidad de los materiales

granulares cumple las especificaciones

4 Determinación del espesor Empleando la gráfica del I.A. para

requerido de pavimento reciclado diseño de pavimentos reciclados, con el

y la nueva carpeta asfáltica (Tn) módulo de la subrasante (MR = 30 MPa)

y N = 105 ejes , se obtiene: Tn = 190 mm

5 Determinación del espesor requerido Ta = 50 mm (ver Tabla Instituto Asfalto)

de carpeta asfáltica nueva (Ta)





6 Determinación del espesor de Tr = 190 - 50 = 140 mm

pavimento existente que debe ser

reprocesado (Tr)

7 Determinación del espesor granular hgr = 140 - 40 = 100 mm

por reprocesar (hgr)

8 Determinación del espesor efectivo de hger = (180 - 100)*0.2 = 16 mm

las capas granulares remanentes (hger)

9 Ddeterminación del espesor corregido hgr* = 100 - 16 = 84 mm

de las capas granulares por reciclar (hgr*)

10 Cálculo del espesor definitivo del espesor Tr* = 40 + 84 = 124 mm del pavimento

de pavimento por reciclar (Tr*) existente






The Asphalt Institute - Ejemplo de diseño (cont.)



diseño de la rehabilitación (N)

2 Determinación de las características Se determinan los espesores y módulos

del pavimento por reciclar de las capas asfálticas y granulares del

pavimento existente y el módulo de

la subrasante

3 Elección del espesor de pavimento Se escoge por tanteo un espesor de

antiguo por reciclar (Ter1) pavimento por reciclar

4 Elección del tipo de reciclado y El tipo de reciclado se escoge según las

determinación de su módulo y del caracterísiticas de los materiales por

módulo de la nueva capa de rodadura reciclar y los módulos se determinan

a través de ensayos de laboratorio

u otros medios confiables

5 Determinación del espesor requerido Se determina en una tabla propuesta por

de carpeta asfáltica nueva (Ta) el Instituto del Asfalto en función del

tránsito de diseño de la rehabilitación (N)

RECICLADO EN FRÍO




PROCEDIMIENTO EMPÍRICO – MECANÍSTICO

(cont.)

6 Ajustar los módulos de las capas Debido al cambio tensional que sufrirán

granulares remanentes y de la estas capas, se deben estas capas, se deben

subrasante recalcular sus módulos para su nueva

condición de trabajo una vez rehabilitado

el pavimento

7 Elaboración del modelo del pavimento Se entrega al programa de cómputo la

rehabilitado información que requiera del modelo

(carga, espesores, módulos, μ, etc)

8 Corrida del programa de cómputo El programa calcula deformaciones y

esfuerzos en diferentes puntos del modelo.

Se eligen los críticos

9 Determinación de valores admisibles A partir de las leyes de fatiga y el N de diseño,

de esfuerzo y deformación se calculan los valores admisibles. Aplicar el

factor de desplazamiento cuando corresponda

10 Comparación de valores críticos del Si los valores críticos de la estructura modelada

pavimento reciclado con los admisibles exceden los admisibles se hará un nuevo tanteo

eligiendo otro espesor por reciclar (Ter2)

RECICLADO EN FRÍO





Ejemplo de diseño

Análisis de tránsito N = 8*106

Determinación de las características Capas asfálticas agrietadas (h = 80 mm; E =1500 MPa; μ = 0.30)

del pavimento por reciclar Capas granulares (h = 275 mm; E =400 MPa; μ = 0.35)

Subrasante ( E =100 MPa; μ = 0.40)

Elección del espesor de pavimento 120 mm (80 mm de las capas asfálticas y 40 mm de las granulares)

antiguo por reciclar (Ter1)

Elección del tipo de reciclado y Reciclado con emulsión asfáltica (Tipo II)

determinación de su módulo y del módulo E capa reciclada = 2000 MPa

de la nueva capa de rodadura E nueva capa rodadura = 2100 MPa

Determinación del espesor requerido Según tabla propuesta por el Instituto del Asfalto (Ta = 100 mm)

de carpeta asfáltica nueva (Ta)

Ajustar los módulos de las capas Se omite este paso para simplificar la explicación

granulares remanentes y de la subrasante Esta omisión afecta el resultado del diseño

Elaboración del modelo del pavimento Capa asfáltica nueva (h = 100 mm; E =2100MPa; μ = 0.30)

rehabilitado Capa reciclada (h = 120 mm; E =2000 MPa; μ = 0.35)

Capa granular remanente (h = 275-40 = 235 mm; E =400 MPa; μ = 0.35)

Subrasante ( E =100 MPa; μ = 0.40)




Ejemplo de diseño (cont.)




Ejemplo de diseño (cont.)

Corrida del programa y determinación εt (fibra inferior capas asfálticas) = 3.13*10-5

de las deformaciones críticas εz (superficie de la subrasante) = 2.66*10-4

Determinación de valores admisibles Ley de fatiga mezcla asfáltica:

de las deformaciones críticas εt adm = 3.38*10-3*Nfat-0.2 = 3.38*10-3*(N/10)-0.2 = 8.88*10-4

Ley de fatiga de la subrasante:

εz adm = 0.021*N-0.23 = 4.53*10-4

Comparación de valores críticos del Si los módulos de las capas granulares y la subrasante fuesen correctos,

pavimento reciclado con los admisibles el diseño sería aceptable, porque las deformaciones críticas de la

estructura modelada son menores que los valores críticos admisibles




DISEÑAR EL RECICLADO EN FRÍO EN EL LUGAR DE UN

PAVIMENTO ASFÁLTICO

Cuando el pavimento existente presente pocos deterioros, por

cuanto puede existir otra solución de rehabilitación más

económica

Cuando existan variaciones muy pronunciadas en las

características de los materiales por tratar, así como en los

espesores de las capas, tanto en sentido longitudinal como

transversal

Cuando la capa de apoyo de la reciclada tenga muy baja

capacidad de soporte

Cuando las propiedades de los agentes de reciclado disponibles

no se ajusten a las necesidades específicas del proyecto



DISEÑO DE

SOBRECAPAS

ASFÁLTICAS SOBRE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS


Una sobrecapa asfáltica sobre un pavimento rígido se

construye para: (i) mejorar la calidad de la circulación y la

fricción superficial y (ii) incrementar la capacidad

estructural del pavimento

Se considera que un pavimento de concreto simple con

juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10 % o

más de las losas del carril exterior presentan grietas

estructurales

El enfoque que más se utiliza para el diseño de la

sobrecapa es el que parte del concepto de la deficiencia

estructural (AASHTO)




(AASHTO)

1. Información sobre el diseño del pavimento existente

Espesor construido (D), tipo de transferencia de carga, tipo de

bermas

2. Tránsito de diseño

Calcular el número de ejes equivalentes de 80kN en el período de

diseño de la sobrecapa, empleando los factores de equivalencia de

carga aplicables a pavimentos rígidos

3. Análisis de la condición general del pavimento

Determinación del número de grietas transversales y juntas

transversales deterioradas por milla, número de parches asfálticos

y de juntas muy abiertas

Detección de problemas de durabilidad o agregados reactivos

Evidencias de escalonamiento o bombeo



4. Medida de deflexiones en la huella externa

Las deflexiones se emplean para determinar el módulo de reacción

de la subrasante (ke), el módulo de elasticidad del concreto (E) y

la eficiencia de la transferencia de carga en las juntas (ET)

4.1 Determinación del módulo de reacción (ke)

A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula

el parámetro AREA


(AASHTO)



4.1 Determinación del módulo de reacción (ke) (continuación)

A partir de la deflexión máxima (D0) y del valor de AREA,

determinar en la figura el k dinámico efectivo de cada punto


(AASHTO)




Promediar los valores del k dinámico en la sección homogénea

y, a partir de dicho promedio, determinar el k estático efectivo:

ke = k dinámico efectivo promedio / 2


(AASHTO)



4.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto (E)

A partir de ke y del parámetro AREA, determinar en la figura

el producto ED3 y de allí despejar E


(AASHTO)



4.3 Determinación de la eficiencia de la transferencia de carga en

las juntas transversales (ET)

Se miden valores de deflexión a uno y otro lado de la junta, a una

separación de 12 pulgadas

BETl

ul **100

Δul = deflexión medida en el lado no cargado

Δl = deflexión medida en el lado cargado

B = factor de corrección por alabeo de losa, típicamente entre

1.05 y 1.10 [B = d0 centro / d12 centro]


(AASHTO)



4.4 Asignación del coeficiente de transferencia de carga en las

juntas transversales (J)

ET J

> 70 3.2

50 – 70 3.5

< 50 4.0


(AASHTO)



5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de ensayos de

resistencia

Extraer núcleos del centro de las losas y medir espesor (D)

Determinar resistencia de núcleos a la tensión indirecta (IT)

según norma ASTM C 496

Calcular el módulo de rotura correspondiente (Sc)

Sc = 210 + 1.02*IT

Sc e IT en libras/pulgada2


(AASHTO)



6. Determinación del espesor requerido de losas para soportar el

tránsito futuro (Df)

Emplear la fórmula AASHTO para el diseño de pavimentos

rígidos nuevos:


(AASHTO)




tránsito futuro (Df) – continuación -

Fórmula en la cual:

ke: obtenido en paso 4.1 o hallado por pruebas de placa sobre la

subrasante in situ

E: módulo dinámico del concreto existente ( paso 4.2 )

ΔISP: diferencia de índices de servicio inicial (pi) y terminal (pt)

J: factor de transferencia de carga ( paso 4.4 )

Sc: módulo de rotura del concreto del pavimento existente (paso

5)


(AASHTO)




tránsito futuro (Df) – continuación –

El valor Sc se puede hallar también a partir de E, con la expresión

Sc = 43.5*(E/106) + 488.5

Pérdida de soporte de las losas existentes (LS): las faltas de

soporte se deben corregir antes de construir la sobrecapa, por lo

cual LS = 0.0

Confiabilidad ( R ) y error estándar total: usar los habituales para

el diseño de pavimentos nuevos

Coeficiente de drenaje (Cd): emplear el correspondiente según las

condiciones de drenaje del lugar (usualmente Cd = 1.0)


(AASHTO)



7. Determinación del espesor efectivo del pavimento existente (Deff )

Deff = D*Fjc*Fd*Ffat

D = espesor de losas del pavimento existente

Fjc = factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas y

grietas

Fd = factor de ajuste por severidad y cantidad de daños relacionados

con la durabilidad o con la presencia de agregados reactivos

Ffat= factor de ajuste por severidad y cantidad de daños por fatiga


(AASHTO)



7.1 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas

y grietas (Fjc)

Considera la posibilidad de que se reflejen en la

sobrecapa todas las juntas deterioradas, grietas y otras

discontinuidades no corregidas previamente

Si las reparaciones se realizan correctamente, Fjc = 1.0

Si no es posible realizar todas las reparaciones, se

determina el número de juntas deterioradas, grietas y otras

discontinuidades por milla y se halla el valor Fjc en la

siguiente figura


(AASHTO)



7.1 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas

y grietas (Fjc)


(AASHTO)



7.2 Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños relacionados

con la durabilidad y la presencia de agregados reactivos (Fd)

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO (Fd)

Sin problemas de durabilidad 1.0

Algunas grietas en ―D‖, pero sin

desintegraciones por reacción expansiva

0.96 – 0.99

Bastantes grietas en ―D‖ y algunas


0.88 – 0.95

Extensivos agrietamientos en ―D‖ y


0.80 – 0.88


(AASHTO)



7.3 Factor de ajuste por el agrietamiento por fatiga que haya

sufrido el pavimento hasta el instante de la rehabilitación (Ffat)

CONDICIÓN DEL PAVIMENTO (Fd)

< 5 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.97 – 1.00

5 % - 15 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.94 – 0.96

> 15 % DE LOSAS AGRIETADAS 0.90 – 0.93


(AASHTO)



8. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto asfáltico (Dol )

Dol = (Df –Deff)*A

A = factor para convertir la deficiencia en espesor de pavimento

rígido a espesor de sobrecapa asfáltica

Opciones:

A = 2.5

A = 2.2233 + 0.0099 (Df –Deff)2 - 0.1534 (Df –Deff)


(AASHTO)


DISEÑAR UNA SOBRECAPA ASFÁLTICA SOBRE UN

PAVIMENTO RÍGIDO

Cuando la cantidad de losas agrietadas y con juntas

deterioradas sea tan grande, que resulte más conveniente la

remoción y reemplazo de las losas

Cuando haya daños severos y extensos por durabilidad o por

reacciones expansivas de los agregados del concreto

Cuando el gálibo en las intersecciones a desnivel sea

insuficiente para alojar el espesor de diseño de la sobrecapa o

existan problemas con el manejo de la rasante






(AASHTO – Ejemplo de diseño)


Espesor construido (D = 8.2 pg), transferencia de carga por trabazón


11,000,000 de ejes de 80 kN durante el período de diseño


Aunque hay algunas juntas transversales deterioradas, ellas serán

reparadas en espesor pleno antes de la colocación de la sobrecapa

(Fjc=1.0). No se detectaron problemas de durabilidad o agregados

reactivos (Fd= 1.0) y el agrietamiento transversal atribuible a fatiga se

estima que abarca 10 % de las losas (Ffat= 0.95)



4. Medida de deflexiones en la huella externa (mils)


A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula el

parámetro AREA

D0 D12 D24 D36

3.55 3.10 2.75 2.25

pgAREA 58.2955.3

)25.275.2*210.3*255.3(*6







se determina en la figura el k dinámico efectivo = 367 pci






A partir del k dinámico se determina el k estático

efectivo:


ke = 367 / 2 = 184 pci





4.2 Determinación del módulo de elasticidad del concreto (E)

ke = 184 pci

AREA = 29.58 pg

ED3 = 2.5*109

E = 2.5*109/(8.2) 3

E = 4.6*106 psi

184



A partir de ke y del parámetro AREA, determinar en la

figura el producto ED3 y de allí despejar E



4.3 Asignación del coeficiente de transferencia de carga en las

juntas transversales (J)

Debido al sistema de transferencia de carga (trabazón

de agregados), el coeficiente de transferencia (J) se

encuentra entre 3.6 y 4.4, según el criterio de diseño

AASHTO

Se adopta J = 4.0





5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de ensayos de

resistencia

No se pudieron realizar ensayos de resistencia, motivo

por el cual la resistencia a flexión se estima a partir del

módulo de elasticidad:

Sc = 43.5*(E/106) + 488.5

Sc = 43.5*(4.6* 106 /106) + 488.5

Sc= 689 psi






tránsito futuro (Df)

ke: 184 pci Sc: 689 psi

E: 4.6* 106 psi Pérdida de soporte (LS): 0.0

ΔISP: 4.5 – 2.5 = 2.0 Confiabilidad ( R ): 90% (Zr = 1.282)

J: 4.0 Error estándar total (S0): 0.35

- Coeficiente de drenaje (Cd): 1.0



Emplear la fórmula AASHTO para el diseño de

pavimentos rígidos nuevos, con los siguientes datos:



Df






Deff = D*Fjc*Fd*Ffat = Deff = 8.2*1.0*1.0*0.95 = 7.79 pg

8. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto asfáltico (Dol )

A = 2.2233 + 0.0099 (11.08 –7.79)2 - 0.1534 (11.08 –7.79) = 1.826

Dol = (Df –Deff)*A = (11.08 –7.79)*1.826 = 6.0 pg

R/ La sobrecapa debe tener 6.0 pulgadas de concreto asfáltico




DE CONCRETO

ADHERIDAS SOBRE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



ADHERIDAS SOBRE PAVIMENTOS RÍGIDOS


Una sobrecapa de concreto sobre un pavimento rígido

se construye para: (i) mejorar la condición funcional y (ii)

incrementar la capacidad estructural del pavimento

Se considera que un pavimento de concreto simple con

juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10 % o

más de las losas del carril exterior presentan grietas

estructurales






Dol = (Df – Deff)

Los pasos necesarios para determinar Df y Deff son

los mismos que se requieren para el diseño de

sobrecapas asfálticas sobre pavimentos rígidos


ESTRUCTURAL

(AASHTO)

CONDICIONES BAJO LAS CUALES NO ES CONVENIENTE DISEÑAR

UNA SOBRECAPA ADHERIDA DE CONCRETO SOBRE UN PAVIMENTO

RÍGIDO


deterioradas sea tan grande, que resulte más conveniente la

remoción y el reemplazo de las losas

Cuando haya daños severos y extensos por durabilidad o

por reacciones expansivas de los agregados del concreto (en

general, si Fd < 0.95)






DISEÑO DE

SOBRECAPAS DE

CONCRETO NO

ADHERIDAS SOBRE

PAVIMENTOS RÍGIDOS



Una sobrecapa no adherida de concreto sobre un

pavimento rígido se construye fundamentalmente para

incrementar la capacidad estructural del pavimento

Se considera que un pavimento de concreto simple

con juntas requiere mejoramiento estructural cuando

10% o más de las losas del carril exterior presentan

grietas estructurales




DISEÑO DE SOBRECAPAS DE CONCRETO NO



(AASHTO)

1. Información sobre el diseño del pavimento

existente

Espesor construido (D), tipo de bermas


Calcular el número de ejes equivalentes de 80 kN en

el período de diseño de la sobrecapa, empleando los

factores de equivalencia de carga aplicables a

pavimentos rígidos




(AASHTO)


Determinación del número de grietas transversales y

juntas transversales deterioradas por milla, número

de parches asfálticos y de juntas muy abiertas

Detección de problemas de durabilidad o agregados

reactivos

Evidencias de escalonamiento o bombeo



4. Medida de deflexiones en la huella externa

Las deflexiones se emplean para determinar el

módulo de reacción de la subrasante (ke)


A partir de las medidas de deflexión en cada punto,

se calcula el parámetro AREA




(AASHTO)

4.1 Determinación del módulo de reacción (ke) (cont.)


determinar en la figura el k dinámico efectivo de cada

punto




(AASHTO)


Promediar los valores del k dinámico en la sección

homogénea y, a partir de dicho promedio, determinar

el k estático efectivo:





(AASHTO)

5. Toma de núcleos del pavimento y ejecución de

ensayos de resistencia

En el caso del diseño de sobrecapas de concreto no

adheridas sobre pavimentos rígidos, no se requiere la

toma de núcleos ni la ejecución de ensayos de

resistencia sobre el concreto del pavimento existente

La resistencia a la flexión y el módulo de elasticidad

del concreto para la sobrecapa serán los

correspondientes a una mezcla nueva de las

características deseadas por el diseñador




(AASHTO)

6. Determinación del espesor requerido de losas para

soportar el tránsito futuro (Df)


rígidos nuevos, con los siguientes datos:

ke: obtenido en paso 4.1 o hallado por pruebas de placa

sobre la subrasante in situ

E: módulo dinámico del concreto para la sobrecapa

ΔISP: diferencia de índices de servicio inicial (pi) y terminal

(pt)




(AASHTO)


soportar el tránsito futuro (Df) – continuación –

J: factor de transferencia de carga (como para el diseño de

pavimentos nuevos)

Sc: módulo de rotura promedio del concreto con el cual se

prevé construir la sobrecapa




(AASHTO)


soportar el tránsito futuro (Df) – continuación –

Pérdida de soporte de las losas existentes (LS): 0.0

Confiabilidad ( R ) y error estándar total: usar los habituales

para el diseño de pavimentos nuevos

Coeficiente de drenaje (Cd): emplear el correspondiente

según las condiciones de drenaje del lugar (usualmente Cd =

1.0)




(AASHTO)

7. Determinación del espesor efectivo del pavimento

existente (Deff )

Deff = D*Fjcu

D = espesor de losas del pavimento existente (si es

mayor de 10 pulgadas, tomar 10 pulgadas)

Fjcu = factor de ajuste por severidad y cantidad de

daños en juntas y grietas (figura)




(AASHTO)

Factor de ajuste por severidad y cantidad de daños en juntas y

grietas (Fjcu)




(AASHTO)

8. Determinación del espesor de sobrecapa de concreto

(Dol )

22

efffol DDD




(AASHTO)

9. Determinación del tipo y espesor de la capa separadora

Generalmente se emplean mezclas de concreto asfáltico,

de 25 mm a 50 mm de espesor, aunque se deben colocar

espesores mayores cuando el pavimento existente presente

baja capacidad de transferencia de carga y altas deflexiones

diferenciales a través de juntas y grietas

También se pueden usar capas permeables estabilizadas,

si se diseña un adecuado sistema de drenaje para colectar el

agua de ellas




(AASHTO)


Espesor construido (D = 9.0 pg), pavimento con bermas

asfálticas


16,000,000 de ejes de 80 kN durante el período de diseño


Hay un número abundante de juntas transversales deterioradas

y zonas agrietadas (Fjcu= 0.90)


(AASHTO) – Ejemplo de diseño



4. Medida de deflexiones en la huella externa (mils)


A partir de las medidas de deflexión en cada punto, se calcula

el parámetro AREA

D0 D12 D24 D36

3.79 3.47 2.93 2.40

pgAREA 06.3079.3

)40.293.2*247.3*279.3(*6







determinar en la figura el k dinámico efectivo = 290 pci






A partir del k dinámico se determina el k estático efectivo:


ke = 290 / 2 = 145 pci






soportar el tránsito futuro (Df)


rígidos nuevos, con los siguientes datos:

ke: 145 pci Sc: 720 psi (nuevo)

E: 5.0* 106 psi Pérdida de soporte (LS): 0.0

ΔISP: 4.5 – 2.5 = 2.0 Confiabilidad ( R ): 90% (Zr = 1.282)

J: 3.6 Error estándar total (S0): 0.35

- Coeficiente de drenaje (Cd): 1.0





Df






Deff = D*Fjcu= Deff = 9.0*0.90 = 8.1 pg

7. Determinación del espesor de sobrecapa en concreto hidráulico

(Dol )

pgDDD effol f44.7)1.8()11( 2222

Previamente a la colocación de la sobrecapa se deberán

reparar localmente las zonas más deterioradas y colocar la

capa separadora






DISEÑAR UNA SOBRECAPA NO ADHERIDA DE

CONCRETO SOBRE UN PAVIMENTO RÍGIDO


deterioradas sea tan reducida, que existan otras soluciones más

económicas

Cuando el pavimento por reparar sea susceptible de sufrir

grandes asentamientos o levantamientos






DISEÑO DE

RECONSTRUCCIÓN

DE PAVIMENTOS


DISEÑO DE RECONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS

ENFOQUE PARA EL DISEÑO DE LA RECONSTRUCCIÓN

La alternativa de reconstrucción es la más drástica que

se contempla para la rehabilitación de pavimentos

Se adopta cuando el pavimento existente presenta

deterioros tan severos y extensos, que resulta necesaria

la remoción parcial o total de la estructura y su

reemplazo por materiales totalmente nuevos

En este caso, la vida residual del pavimento existente

es nula

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE LA

RECONSTRUCCIÓN

1. Estimación del tránsito futuro de diseño

2. Determinación de la resistencia de la subrasante y del

espesor de capas por remover, según las características de

sus materiales y el tipo, gravedad e intensidad de las fallas

del pavimento

3. Determinación del aporte que pueden presentar las capas

del pavimento existente que no esté previsto remover

4. Determinación del espesor requerido de nuevas capas para

soportar el tránsito futuro sobre la estructura remanente

empleando un procedimiento reconocido. La solución

puede ser en pavimento asfáltico o rígido


Características del pavimento por rehabilitar

Capa de rodadura de 80 mm de espesor promedio con

elevado grado de deterioro (agrietamientos y deformaciones

severos y abundantes, ojos de pescado y pérdidas de película de

ligante)

Base granular de 180 mm deficientemente compactada (IP =

12 %; equivalente de arena =16 %; % pasa tamiz 200=22 %)

Subbase granular aceptable de 300 mm (IP=6 %; CBR=25 %)

La subrasante es una arena arcillosa que, en la condición de

equilibrio actual presenta un CBR = 6 % (MR = 60 MPa)


EJEMPLO DE DISEÑO DE RECONSTRUCCIÓN DE UN

PAVIMENTO ASFÁLTICO MEDIANTE ALTERNATIVA

ASFÁLTICA

Tránsito de diseño

El pavimento se debe rehabilitar para un tránsito de diseño

de 6*106 ejes simples equivalentes (flexible)

Leyes de fatiga

Concreto asfáltico: la de Shell

Subrasante: la de Shell (85 % de confiabilidad)

Otras características de la mezcla asfáltica compactada

Composición volumétrica= Agregados 82%, Asfalto 12%,

Aire 6%

Stiffness = 2,300 MPa, para t = 0.02 segundos


Clima

w - MAAT = 14 º C

Módulo capas granulares nuevas

Calculado al 85 % de confiabilidad

Relaciones de Poisson (μ)

Mezcla asfáltica = 0.35

Capas granulares nuevas = 0.35

Soporte del nuevo pavimento= 0.40


Solución del problema

Debido a la deficiente condición de las capas superiores se

recomienda la remoción de la capa de rodadura y de la base

granular y diseñar una nueva estructura a partir de la

subbase existente, de espesores apropiados para soportar el

tránsito futuro de diseño

El módulo de la subrasante es 60 MPa y el módulo de la

subbase se puede estimar con la expresión SHELL

MRsb = 0.2*hsb0.45* MRsr

MRsb = 0.2*(300)0.45* 60 = 156 MPa


Solución del problema (cont.)

En estas condiciones, corresponde estimar el aporte

que brinda el sistema bicapa constituido por la

subrasante y la subbase granular

Dicho aporte se puede establecer mediante la gráfica

de Ivanov o el criterio checoeslovaco

3

2

3

2

3

Re

sb

sb

srR

sb

sbRsb

quiv

h

ah

Mh

aMh

M


Empleando la ecuación checoeslovaca se halla:

MR equivalente = 131 MPa

A partir del MR equivalente se diseña una nueva

estructura para el tránsito previsto

El ejemplo se resolverá para una alternativa asfáltica

empleando el SPDM 3.0



El método SPDM 3.0 exige adoptar un espesor de

capas granulares

—Para el ejemplo se adopta hg=0.20 m (200 mm)

Con todos los demás parámetros de diseño, el

programa calcula automáticamente el espesor

requerido de capas asfálticas y entrega el resultado:

0.130 m ( 130 mm)



Solución del problema (SPDM 3.0)


En consecuencia, el diseño consistirá en:

—Remoción de las capas asfálticas y base existentes

—Conformación y recompactación de la subbase

—Base granular nueva de 200 mm

—Capas asfálticas nuevas (Stiffness = 2,300 MPa)

de 130 mm



MÓDULO 20: DISEÑO DE OBRAS DE REHABILITACIÓN CORRECCIÓN DE DEFICIENCIAS ESTRUCTURALES - FERNANDO...

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