Bachiller:

Pablo Briceño 20.317.443

José Rivas 20.318.787

Rodolfo Pimentel

Juan medina

Ingeniería civil: “A”

República bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para la Defensa

Universidad Nacional Experimental de las Fuerzas Armadas

U.N.E.F.A

Pavimentación flexible para

transito liviano

Tutor:

Maurielo Rodríguez

1

Índice General

Capítulo V . . . . . . . . 60

5 La Propuesta Tecnológica . . . . . . 60

5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción . . . 60

5.2 Cómputos Métricos . . . . . . 98

5.3 Presupuesto . . . . . . . 101

5.4Análisis de precio . . . . . 103

5.5 Memoria Técnica Descriptiva . . . 113

6 Anexos . . . . . . . . 115

7 Conclusiones . . . . . . . 120

8 Recomendaciones . . . . . . . 121

9 Referencias Bibliográficas . . . . . 122

2

Tabla de cuadros

Cuadro 1: Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades

del país . . . . . . . . 63

Cuadro 2: Nomenclatura de tránsito pesado . . . . 65

Cuadro 3: Factor de distribución por sentido. . . . 66

Cuadro 4: Factor de utilización por canal . . . . 67

Cuadro5: Tasa de crecimiento . . . . . 69

Cuadro 6: Periodo de diseño . . . . . 70

Cuadro 7: Valor relativo de soporte critico estimado en porcentaje de

Pavimento para sub-rasante compactable 95% . . . 73

Cuadro 8: Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones

Funcionales . . . . . . . 78

Cuadro 9: Propiedades Marshall exigidas para el diseño de mezclas

en laboratorios . .. . . . . . . 84

Cuadro 10: Relaciones de clima en Venezuela . . . 90

Cuadro 11: Capacidad de drenaje para remover la humedad . 91

Cuadro 12: Valores recomendados para coeficientes estructurales de capa

de bases y sub-rasantes, en pavimento flexible . . . 92

Cuadro 13: Datos para el diseño de pavimento . . . 94

Cuadro 14: Espesores mínimos en pulgadas en función de los ejes

equivalentes . . . . . . . 97

Tabla Gráficos

Fig. 1 Encuesta . . . . . 53

3

Fig. 2 Encuesta . . . . . . . 54

Fig. 3 Encuesta . . . . . . . 55

Fig. 4 Encuesta . . . . . . . 56

Fig. 5 Encuesta . . . . . . . 57

Fig. 6 Curva granulométrica . . . . . 59

Fig. 7 Tipos de suelos en Venezuela . . . . 72

Fig. 8 Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica . . . 85

Fig. 9 Coeficiente estructural de la capa base . . . 86

Fig. 10 Coeficiente estructural de la capa sub-base . . . 87

Fig. 11 Zona climática de Venezuela . . . . 89

Fig. 12 Modelo grafico de los espesores de las capas del

Pavimento . . . . . . . 96

4

CAPÍTULO V

5. La Propuesta Tecnológica.

5.1 Especificaciones Técnicas de Construcción.

Propuesta de Pavimento Flexible para la Optimización de la Vialidad en el

Sector Mesa de Cavacas. Del Municipio Guanare Estado portuguesa.

Datos.

- La vía es Urbana

- Carretera de 1 canal por sentido.

- Periodo de diseño: de 15 a 25 años.

Tránsito de Diseño

Un conteo se realiza en un lapso ideal de un (1) año, de esta manera se elimina

cualquier error por condiciones estacionales del flujo de vehículos. Cuando el conteo se

realiza en estaciones de cobertura 1, o en peajes, automáticamente al correr del año se

va registrando el volumen acumulado de vehículos. En otras ocasiones o puntos de

medición, no es ni práctico ni económico, el que se disponga de este lapso de tiempo.

Lo ideal entonces, es realizar una medición de un mes continuo. En caso de que esto

tampoco sea posible, la medición debería ser de una (1) semana completa, en forma tal

que se obtenga un registro de lunes a domingo. Si tampoco esto fuese posible, debería al

menos disponerse de un registro de un día laboral y de un día de fin de semana (sábado

o domingo). Si en alguno casos ni siquiera esto fuese posible, el conteo debe ser

realizado en un día (24 horas) continuas, preferiblemente en un día laborable. Pudiera

darse el caso de que ni aún pudiese contarse en un lapso de 24 horas; en este caso debe

irse a un conteo de doce horas. Si ni aun pueden contarse en estas 12, debe irse a ocho

(8) horas, y a veces solo podrá contarse durante una hora.

5

El conteo se llevó a cabo de una manera visual; Aun cuando lo ideal es que el

conteo vehicular –clasificado o no– se realice mediante el empleo de equipos, en el caso

de que esto no sea posible, por razones de tiempo o carencia de recursos, siempre se

podrá recurrir al sistema de contar los vehículos mediante la simple observación visual

del paso del flujo vehicular. El conteo visual permite no solo determinar el total de

vehículos que circulan por el punto de medición, sino que se obtiene un “conteo

clasificado” ya que se contabiliza el número de cada tipo de vehículo que pasa por esa

sección durante el tiempo de la medición. Por lo tanto, tomando en cuenta las

especificaciones, se procedió a analizar el tránsito de la vía similar a la vía en estudio,

puesto que el tránsito a obtener será el equivalente cuando exista la vía consolidada en

el sector Mesa de Cavacas.

Obtenido el conteo vehicular, se procede a determinar el promedio diario de

tránsito (PDT) y con ello poder apreciar el promedio diario de tránsito en el año inicial

(PDTo), con la ecuación prescrita de la siguiente manera:

PDTo=3262+3171+3243+3376+3265+3233+1876 7

= 214267

Calculo de las Repeticiones de los Ejes Equivalentes

Son las cargas equivalentes totales en el periodo de diseño que se requieren para

realizar un diseño de pavimento. El método actual contempla los ejes equivalentes

sencillos de 18,000 lb (8.2 ton) acumulados durante el período de diseño, por lo que no

6

PDTo= 3068.85 vpd = 3061 vpd

ha habido grandes cambios con respecto a la metodología original de AASHTO. El

diseño de transito gira en base a dos ecuaciones que son:

Ecuación 1:

REE= EEo × F

Donde:

REE: Son las repeticiones de ejes equivalentes o cargas equivalentes totales.

EEo: Cargas equivalentes en el año inicial.

F: Factor de crecimiento.

Ecuación 2:

EEo= PDTo × %Vp × FC × fd × fc× Nd

Dónde:

EEo: Cargas equivalentes en el año inicial.

PDTo: Promedio diario de tránsito en el año inicial.

%Vp: Porcentaje de vehículos pesados.

FC: Factor camión.

fd: Factor de distribución por sentido.

fc: Factor de utilización de canal.

Nd: días del año.

Calculo del Factor Camión

El siguiente cuadro nos permite estimar el Factor Camión ponderado total por

estado, y la cual es muy útil cuando se realizan estimaciones de inversión en planes

regionales de pavimentación, o en cualquier otro trabajo de planificación.

7

Cuadro 1 Valores promedio del factor camión para las diferentes entidades del país

Entidad

Factor Camión promedio

ponderado

Amazonas 1.29

Anzoátegui 2.05

Apure 1.42

Aragua 3.77

Barinas 1.42

Bolívar 6.69

Carabobo 3.93

Cojedes 1.42

Delta Amacuro 1.29

Dtto. Federal 3.61

Falcón 3.03

Lara 1.42

Mérida 1.29

Miranda 3.61

Monagas 2.05

Nueva Esparta 1.25

Portuguesa 1.42

Sucre 2.05

Trujillo 1.47

Fuente: II Taller “Evaluación y clasificación de la Red Vial Principal”, Caracas, 1993.

Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Dirección General Sectorial de la Vialidad

Terrestre, Dirección de Conservación Vial.

Según cuadro N° 3 se asume un Fc para el estado Portuguesa de 1.42

8

Porcentaje de Vehículos Pesados

Este se obtiene mediante el volumen de tránsito pesado (VTP), que en nuestro

caso es la sumatoria de todos los vehículos que se consideran pesados, que van

seleccionados como todos aquellos que poseen seis ruedas, es decir desde aquellos

vehículos con un eje trasero de cuatro ruedas, y/o tres o más ejes individuales. Se

clasifican de acuerdo a diferentes categorías señaladas en la siguiente Tabla, donde se

indica tanto la nomenclatura que utiliza la Oficina de Planificación del Transporte

Terrestre (O.P.T.T) del Ministerio de Infraestructura, como la establecida en la Norma

COVENIN 2402-86:

9

Cuadro 2. Nomenclatura de Tránsito Pesado

Fuente: COVENIN 614-1997

10

VTP= 27.4

Con este resultado se obtiene el porcentaje de vehículos pesados con una regla de

tres:

%Vp= VTP × 100%PDTo

= 27.4× 100%

3061

% Vp= 0.8951%

Factor de Distribución por Sentido (fd)

Es el que nos permite medir el total del tránsito que circulará en el sentido de

diseño, y sus valores son los que se indican en el siguiente cuadro:

Cuadro 3. Fd

Modo de medición del

PDT

Valor del fd

En ambos sentidos 0,50

Por sentido de circulación 1,00

Fuente: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc. 1998.

Por tal motivo, analizando el tránsito en los dos sentido de circulación se debe

tomar el valor correspondiente de la tabla, en este caso es de fd= 0.5

11

Factor de Utilización por Canal (fc)

Es el que nos permite asignar al canal de diseño, la fracción del total de

vehículos que circulará por este canal y su valor se selecciona de acuerdo al siguiente

cuadro, en Venezuela tradicionalmente sus valores han sido los siguientes para el

tránsito ya asignado al sentido de circulación. Por lo tanto, para el diseño propuesto se

incluirá el valor de fc= 100, que en porcentaje seria fc= 1.00.

Cuadro 4.Fc

Nº de carriles en

cada sentido

Porcentaje de w18 en

el carril de diseño

1 100

2 80 – 100

3 60 – 80

4 o más carriles 50 – 75

Fuente: NCHRP Project 1-32: Pavement Design Tools, Eres Consultants, Inc. 1998.

Días del año

Se tomaran todos los días del año que en total suman 365 días.

Luego de encontrar los datos de la ecuación número dos, resolvemos de la

siguiente manera para encontrar los ejes equivalentes en el año inicial de diseño:

EEo= PDTo × %Vp × FC × fd × fc × Nd

EEo= 3061 ×6.6100

× 1.42 × 0.50 × 1.00 × 365

EEo= 52,355.04

12

Con este resultado podemos calcular las repeticiones de ejes equivalentes que se

muestran en la ecuación uno son:

REE= EEo × F

Como bien podemos observar, calculamos de manera individual el factor de

crecimiento (F) con la siguiente fórmula:

F=[(1 + r)n ]- 1 Ln (1+r)

Donde:

r: Tasa de crecimiento. Incremento anual del volumen de transito de una vía.

n: Periodo de diseño.

La tasa de crecimiento interanual (r), permite constituir el crecimiento del

tránsito a lo largo del período de diseño, y en el caso de que no pueda ser obtenido de

los registros históricos de tránsito, pueden emplearse los resultados de mediciones para

diseños que arrojan los resultados que se presentan en el siguiente cuadro:

13

Cuadro 5. Tasa de Crecimiento

Criterio estadístico Valor

Promedio 4,20%

Desviación estándar 1,80%

Valor mínimo 0,24%

Valor máximo 8,28%

Fuente: Corredor, G.: V Jornadas de Vialidad y Transporte, Valencia.

Basándonos en estos resultados, tomamos el criterio estadístico promedio, el

cual contiene una tasa de crecimiento de r= 4,20

Por otra parte, el periodo de diseño (n) se toma basado en los siguientes valores

del cuadro 9, que resume los periodos de diseño recomendados por la Asociación

Americana de Administradores de Carreteras y Transporte (AASHTO) y la

correspondiente a la tipología de la red vial nacional:

14

Cuadro 6. Periodo de Diseño

Tipo de vía

según AASTHO

Según nomenclador vial

venezolano

Periodo de diseño

(años)

Principal Autopista urbana o rural de

alto volumen y vía troncal

30-50 (30 en autopistas

urbanas)

Secundaria Vía local 20-50

Terciaria Vía ramal, sub-ramal o

agrícola

15-25, con mínimo de

10 años

Fuente: Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte

(AASHTO)

El “Período de Diseño” no debe ser confundido con la “Vida Útil” del

pavimento, ni con el Período de Análisis; este último puede comprender varios Períodos

de Diseño, como en el caso de la pavimentación por etapas. La vialidad en estudio entra

en la categoría de vía principal, es decir, con periodos de diseño entre 15 a 25 años. Para

efectos de diseño, el período de diseño seleccionado para la primera vida útil del

pavimento, fue de 30 años. Debido a esta información determinamos el factor de

crecimiento:

F=(1 + 0,042)30- 1 Ln (1+0,042)

= 59.21

Luego introducimos los valores en la ecuación 1 para obtener los resultados de

las repeticiones de los ejes equivalentes del diseño de pavimento flexible:

REE= 52,355.04× 59.21

REE=3,099,706.06 EE

15

El CBR para las Capas del Pavimento.

El CBR de un material está en función de su densidad, textura, humedad de

compactación, humedad después de la saturación, su grado de alteración y su

granulometría. Estos valores nos permitirán conocer el número estructural de cada capa

según sea sus especificaciones.El CBR comúnmente se calcula mediante ensayos de

suelo, como mínimo cinco ensayos por unidad de diseño, pero teniendo en cuenta las

limitaciones de la investigación se utilizaran valores basados en características del

terreno y materiales, así como de climas, nivel freático y precipitación pluvial, tomando

en consideración estimaciones mínimas bajo las normas para efectos de diseño.

Capacidad de Soporte del Suelo de Fundación (CBRSR).

Tomando en cuenta lo antes expuesto, para determinar la capacidad de soporte

de la sub-rasante nos basaremos en valores de soportes críticos para las condiciones

previamente dadas debido a la zona en estudio por medio del tipo de suelo y el nivel

freático. En primer lugar obtendremos el tipo de suelo según la región en que se

encuentra ubicada la vía. Venezuela posee una gran variedad de suelos, entre otros

factores, de la diversidad de climas, relieves, rocas y especies vegetales que la

caracterizan. Por esta razón, se han realizado en el país diversos estudios para establecer

su caracterización y según este sistema, Venezuela cuenta con 9 de los 12 tipos de

suelos contemplados que son: entisoles, inceptisoles, vertisoles, olisoles, ultisoles,

oxisoles, aridisoles, histosoles y alfisoles, como lo muestra el siguiente gráfico:

16

Grafico7. Tipos de Suelos en Venezuela. Fuente: Geografía de suelos y

geotecnia (2004)

En el grafico se puede apreciar que la región de Barinas está constituida por los

colores amarillo y verde los cuales corresponden a tipos de suelos inceptisoles y

vertisoles respectivamente. Los inceptisoles son los suelos proporcionalmente maduros

y rocosos. Por otro lado, los suelos vertisoles. Tienen un alto grado de fertilidad y

son buenos para el pastoreo. Dado su alto contenido de arcilla.

De esta manera, el estado PORTUGUESA posee una combinación de suelo

inceptisole – vertisole, lo cual lo hace un suelo rocoso maduro y arcilloso, quiere decir

17

que está en una proporción de arena no plástica y arcilla activa que presentan unos

parámetros de valores de soporte críticos que se pueden apreciar en la siguiente tabla

Cuadro 7. Valor relativo de soporte critico estimado en porcentajes de

pavimentos para subrasantes compactadas 95%

Fuente: Adaptación de suelos subrasantes de “Road Note 31”, tercera edición,

Transport and Road ResearchLaboratory,HerMajesty’sStationery Office, Londres, 1977

(ref 8).

De acuerdo con la variación estacional debe elegirse el nivel freático más alto

para efectos de cálculo por ser el más desfavorable, que será el de 0,6 metros, así pues, a

través de este nivel freático se determina un promedio de los porcentajes mínimos

tolerables a la compactación del 95% en subrasantes de las categorías de arena no

plástica y arcilla activa de valor de soporte relativo obteniendo lo siguiente:

Arena no plástica= 8 -10

Arcilla activa= 2 – 3

Promedio= 8 + 22

= 5 =>CBRSR= 5 %

18

hi=

5 cm.Golpe

sPRIMERA ULTIM

Apor

LECTURA LECTURA 0,025

0,050

0,075

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,10"

0,20"

0,10"

0,20"

Wi %

Wf %Cap

a0,01 MM

0,01 MM

0,01 mm

%

56

0 0 0 0,00

32

108

215

368

886

1.402

1.771

2.049

610

1092

61,04

72,77

12,15

14,742

50 0 0 0,0

047

108

215

307

703

947

1.146

1.192

436

790

43,62

52,65

12,63

14,991

20 0 0 0,0

07 3

259

93

230

368

459

581

183

298

18,31

19,86

12,73

18,69

8,37

10,63

12,57

14,42

16,421.78

41.799

1.814

1775

1.7131.81

5

PENETRACION EN PULGADAS

CARGACORREGIDA

DENS. M. S.:

H.O.%:

12,40

% HUMEDADDENS. SECA

Mayo 2012

ENSAYO DE RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA (C.B.R.)

HINCHAMIENTOCARGA DE PENETRACION EN LBS/PULG.2 CBR

CORR. HUMEDAD

Difer.

Hinch.

DESPUES DE CUATRO DIAS DE INMERSION

ASTM D 1557-91 (A) OBRA

: Barrio Brisas del Este. Guanare Edo. Portuguesa

Material

: c-4 subrasante

020

1.700

1.725

1.750

1.775

1.800

1.825

1.850

7 9 11

13

15

17

19

% Humedad

D e n si

d a d

S e c a

(k g/

m 3 )

0

500

1000

1500

2000

2500

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Penetración (Pulg.)

C a r g a

d e

P e n e tr a ci

ó n

(L b s/

P ul

g.

2 )

1.600

1.650

1.700

1.750

1.800

1.850

0 1 2 3 4

% C.B.R

D e n si

d a d

S e c a

( K g/

M 3 )

Según estudio de suelo elaborado por la gobernación del estado portuguesa (INVITRA)

en el sector mencionado (urbanización rosa Inés) según planilla a continuación.

19

Capacidad de soporte de la sub-base (CBRSB).

Para efectos de diseño se puede usar el porcentaje mínimo de CBR que según

Hugh A. Wallace y J. Rogers Martin en su libro AsphaltPavementEngineer,

recomiendan un CBR mínimo de 20% para las capas de sub-base, sin embargo,

experiencias en nuestro país han demostrado que una sub-base granular con materiales

apropiados y construida de manera adecuada dan como resultado valores de CBR

superiores a 30%, como lo indica la norma COVENIN 1124-11. Por consiguiente, se

propone un CBR mínimo de 30% para la capa de sub-base.

CBR= 30%

Capacidad de Soporte de la Base (CBRBS).

Para la base granular se puede utilizar en la estructura de pavimento un CBR

mínimo de 80% para una densidad mínima del 95% según lo indicado en la norma

COVENIN 1124-11 0-07 para bases y sub-bases, recalcando que para efectos de diseño

debemos trabajar con valores mínimos establecidos.

CBR= 80%

Cálculos de los MódulosResilentes para las Capas del Pavimento.

El método AASHTO 93 establece ecuaciones correlativas para determinar el

módulo resiliente de cada capa de la estructura del pavimento en función del CBR y

esto debido a la ausencia del manejo de equipos en muchos países para la determinación

de este parámetro. Estas ecuaciones para el caso del suelo de fundación fueron

corregidas por el Dr. Augusto Jugo para ser aplicadas en Venezuela.Por lo tanto, se

lleva a cabo con las siguientes ecuaciones del método AASTHO:

20

Módulo Resilente del Suelo de Fundación (Sub-rasante).

CBR ≤ 7, 2%

Mr = 1500 × CBR

7, 2% < CBR ≤ 20%

Mr = 3000 × CBR0,65

CBR > 20%

Mr = 4326 × ln(CBR) + 241

A modo de diseño se determinó anteriormente que el CBR de la sub-rasante

debe ser 3.5%, por ser el valor del resultado del estudio de suelo y por consiguiente

tenemos que la ecuación a usar será la del CBR≤ 7,2% como se muestra a continuación:

Mr= 1500 × CBR

Mr= 1500× 7

MrSR= 10500psi

Módulo Resilente para Bases y Sub-bases.

Para un CBR menor a 80%:

CBR < 80% =>Mr= 385,08 × CBR + 8660

Para un CBR mayor o igual al 80%

CBR ≥ 80% =>Mr= 321,05 × CBR + 13327

21

Por consiguiente efectuando las evaluaciones correspondientes según sea el caso

tenemos los siguientes resultados:

Mr= 321.05 × 72 + 13327

MrB= 36,442.60 psi

Mr= 385.08 × 25 + 8660

MrSB= 18.287 psi

Ecuación AASTHO para el Diseño del Pavimento Flexible.

La ecuación para el diseño de la sección estructural de los pavimentos se deriva

de la información obtenida empíricamente por AASTHO ROAD TEST. Para resolver

esta ecuación metodológicamente empírica se deben hallar otras variables importantes

que se muestran a continuación.

Desviación Normal del Error Estándar (So).

22

Es la combinación en la estimación de los parámetros de diseño y el

comportamiento del pavimento, por lo cual este parámetro está ligado directamente con

la Confiabilidad ®; habiéndolo determinado, en este paso deberá seleccionarse un valor

So “Desviación Estándar Global”, representativo de condiciones locales particulares,

que considera posibles variaciones en el comportamiento del pavimento y en la

predicción del tránsito. Valores de “So” en los tramos de prueba de AASHO no

incluyeron errores en la estimación del tránsito; sin embargo, el error en la predicción

del comportamiento de las secciones en tales tramos, fue de 0,25 para pavimentos

rígidos y 0,35 para los flexibles, lo que corresponde a valores de la desviación estándar

total debidos al tránsito de 0,35 y 0,45 para pavimentos rígidos y flexibles

respectivamente. En Venezuela se tiene una estimación para pavimentos flexibles según

el método AASTHO de:

0,40 < So < 0,50S e recomienda usar 0,45

Confiabilidad del Diseño (R).

La confiabilidad de un pavimento es la probabilidad de que una sección diseñada

se comportara satisfactoriamente bajo las condiciones de tránsito y ambientales durante

el periodo de diseño. Con el parámetro de Confiabilidad “R”, se trata de llegar a cierto

grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de

la sección estructural que se obtengan, durarán como mínimo el período de diseño. Se

consideran posibles variaciones en las predicciones del tránsito en ejes acumulados y en

el comportamiento de la sección diseñada.

El actual método AASHTO para el diseño de la sección estructural de

pavimentos flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99,9 para el parámetro de

confiabilidad, con diferentes clasificaciones funcionales, notándose que los niveles más

23

altos corresponden a obras que estarán sujetas a un uso intensivo, mientras que los

niveles más bajos corresponden a obras o caminos locales y secundarios.

Cuadro 10. Valores de confiabilidad con diferentes clasificaciones funcionales

Clasificación funcional Nivel recomendados por AASTHO

para carreteras

Interestatal o autopista 80 – 99,9

Red principal o federal 75 – 95

Red secundaria o estatal 75 – 95

Red rural o local 50 – 80

Fuente: Guía AASHTO para diseño de carreteras.

Por ser la vialidad en estudio una red vial urbana por lo tanto se toma la relación

entre50 – 80, por lo tanto para efectos de diseño tomamos la menor confiabilidad R=

50%.

Índice de Servicialidad (∆PSI).

La servicialidad es la condición de un pavimento para proveer un manejo seguro

y confortable a los usuarios en un determinado momento. La mejor forma de evaluarla

es a través del índice de servicio presente el cual varía desde 0 hasta 5. La filosofía

básica del diseño es el concepto del comportamiento y capacidad de servicio, el cual

proporciona un medio para diseñar un pavimento con base en un volumen especifico de

transito total, y con un nivel mínimo de servicialidad deseado, al final del periodo de

diseño.Se sugiere que el criterio para definir el índice de servicio terminal o mínimo de

rechazo esté en función de la aceptación de los usuarios de la carretera. El cambio o

24

pérdida en la calidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se define en el

método con la siguiente ecuación:∆PSI= Po – Pt

Po=Índice de servicio inicial (4,5 para pavimentos rígidos y 4,2 para flexibles).Cada

entidad podrá elegir un valor apropiado para sus condiciones, por lo tanto, en Venezuela

debido al exceso de cargas que no se pueden controlar, está entre 3,80 y 4,00.

Pt= Es el índice más bajo que pueda tolerarse antes de realizar una medida de

rehabilitación. Se define como el índice de servicio terminal, para el cual AASHTO

maneja en su versión1993 valores de 3,0; 2,5 y 2,0, recomendando 2,5 o 3,0 para

caminos principales y 2,0 para secundarios, siendo este último el correspondiente a la

vía del sector Brisas del Este.

Calculo del Numero Estructural (SN).

El SN es un número abstracto que expresa la resistencia estructural de un

pavimento requerido, para una combinación dada del soporte del suelo (Mr), del tránsito

total (W18), de la servicialidad terminal y de las condiciones ambientales. Para el

diseño del pavimento flexible se deben tener los datos para identificar el número

estructural, donde este se obtiene mediante un tanteo simultáneo para verificar que:

W18REE

≥ 1 tomando una tolerancia de 1 a 1,20

Tomando en consideración esta base teórica que inculca el método AASTHO

podemos resumir de manera técnica y estratégica lo siguiente:

W18REE

≥ 1 despejando W18 ≥ REE

W18 = REE

De esta manera podemos introducir directamente el valor de las repeticiones de

los ejes equivalentes calculados anteriormente usando el programa de la ecuación

25

AASTHO (1993), desarrollado por el Ingeniero Civil Manizales en el año 2004, para

que arroje de forma definitiva y exacta el numero estructural por cada escalón de la

superestructura multicapa sin necesidad de realizar tanteos alternativos y de esta manera

conservar la pureza logística del diseño.

Números Estructurales de las Capas del Pavimento.

SN de la Base.

El número estructural de la capa base se calcula con el módulo resilente de la

base:

26

Este número estructural se calcula consecutivamente con el módulo Resilente de la

sub-base, quedando evidencia de esto en la siguiente demostración:

El dato obtenido es de SNSB= 2.35

Luego se procede a calcular de igual manera el número estructural para el suelo de

fundación o sub-rasante.

27

SN de la sub-rasante.

Al igual que los demás números estructurales, el de la sub-rasante se obtiene

introduciendo el valor del módulo resilente correspondiente obtenido del mismo suelo

de fundación, como se puede notar:

El valor que se obtuvo es de SNSR= 2.87

Así de esta manera, se puede proceder a realizar los cálculos de los espesores de las

capas del pavimento propuesto en la investigación.

28

Calculo de Espesores de las Capas del Pavimento.

Luego de obtener el número estructural SN para la sección estructural del

pavimento, utilizando la ecuación general básica de diseño, donde se involucraron los

parámetros anteriormente descritos(tránsito, R, So, MR , ΔPSI ), se requiere ahora

determinar una sección multicapa que en conjunto provea de suficiente capacidad de

soporte equivalente al número estructural de diseño original. La siguiente ecuación

puede utilizarse para obtener los espesores de cada capa, para la superficie de

rodamiento o carpeta, base y sub-base, haciéndose notar que el actual método de

AASHTO, versión 1993, involucra coeficientes de drenaje particulares para la base y

sub-base. Para el cálculo de los espesores de las capas el método AASTHO propone la

siguiente ecuación:

SN = a1D1m1 + a2D2m2 + a3D3m3

Donde:

a1, a2 y a3 = Son coeficientes estructurales de capa representativos de carpeta asfáltica,

base y sub-base respectivamente.

D1, D2 y D3 = son los espesores de la carpeta asfáltica, base y sub-base

respectivamente, en pulgadas.

m1, m2 y m3 =son los coeficientes de drenaje para la carpeta asfáltica, base y sub-base,

respectivamente.

Empezaremos a determinar cada variable de la ecuación para poder introducirlos

en la misma.

Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica.

29

Se determina a través de la Estabilidad Marshall en libras, la cual se obtiene

mediante el ensayo de la estabilidad Marshall de la mezcla asfáltica, tomando en

consideración distintas propiedades de la misma. La estabilidad es una de las

propiedades más importantes que debe buscarse en una mezcla asfáltica, ya que de ella

dependerá en gran parte el que la mezcla que se diseñe logre un comportamiento

adecuado en obra, garantizando una mezcla que no se deforme o desplace ante las

cargas pesadas, y que sea resistente ante el efecto de la repetición de cargas (REE o

Wt18) a la cual un pavimento se ve sometido durante su vida deservicio. En vista de no

poseer con los recursos necesarios para realizar los ensayos de la Estabilidad Marshall,

el cuadro 12 resume los criterios de la Norma INVEAS 2002 en cuanto a las

propiedades que debe cumplir una mezcla asfáltica densa:

Cuadro 11. Propiedades Marshall Exigidas para el Diseño de Mezclas en

Laboratorio

Fuente: Norma INVEAS 2002

30

En vista de esto, para efectos de diseño se toma un valor mínimo exigido de

estabilidad Marshall para transito bajo de 1600. Con este valor se consigue el

coeficiente a1 interceptado en el nomograma proporcionado por el método AASTHO

para estimar el coeficiente estructural de la carpeta asfáltica de la siguiente manera:

Grafico 8.Coeficiente Estructural de la carpeta asfáltica. Fuente: AASTHO

93

Se observa que el coeficiente a1 equivale aproximadamente a 0,40.

31

Coeficiente Estructural de la Capa Base.

Este coeficiente se determina por medio de la capacidad de soporte de la base

(CBRBS) y para conseguir el valor del coeficiente debemos utilizar el grafico que se

presenta:

Grafico 9.Coeficiente Estructural de la Capa Base Fuente: AASTHO 93

32

Para un CBR de 80% se obtiene aproximadamente un valor de coeficiente a2 de

0,12.

Coeficiente Estructural de la Capa Subbase (A3).

Se determina mediante la capacidad de soporte de la subbase(CBRSB),

impuesta para este diseño y para ello se utiliza el siguiente gráfico:

Grafico 10.Coeficiente Estructural de la Capa Subbase (A3).Fuente: AASTHO 93

Para un CBR de 30% se obtiene aproximadamente un valor de coeficiente a3 de

0,10.

33

Coeficiente de Drenaje (m).

Para la obtención de los coeficientes de drenaje, m2 y m3, correspondientes a las

capas de base y sub-base respectivamente, el método actual de AASHTO se basa en la

capacidad del drenaje para remover la humedad interna del pavimento, por lo que se

refiere a un valor “m” de acuerdo a la calidad del drenaje y el tiempo en el año durante

el cual se espera que el pavimento este normalmente expuesto a niveles de humedad

cercanos a la saturación. Estos factores se determinan según la zona climática, Calidad

del drenaje del material usado en la base y/o Sub-base y el porcentaje del tiempo con la

estructura próxima a la saturación. Para determinar el coeficiente “m” se debe manejar

la siguiente información:

34

Grafico 11. Zonas Climáticas de Venezuela

De acuerdo a este gráfico, Barinas se encuentra en el punto VI y esto se traduce

en lo siguiente:

Cuadro 12. Relaciones de Clima en Venezuela

Zona

climática

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Meses de

condición

seca

2 6 3 4 6 5,5 6 7 10 7 5 12

35

Meses de

cond.

Húmeda

2 4 3 4 2 3 3 3 1,5 4 5 0

Meses de

cond.

Saturada

8 2 6 4 4 3,5 3 2 0,5 1 2 0

Fuente: Hidrosfera de Venezuela (2002)

Para la calidad del drenaje del material y la capacidad para remover la humedad

nos basaremos en los siguientes parámetros.

Calidad del

drenaje del

material usado

en la base y/o

subbase

Porcentaje del tiempo al cual está expuesta la estructura

del pavimento a niveles de humedad próxima a la

saturación

del 1% 1 – 5% 5 – 25% al 25%

Región del país

XII IX II, VII, VIII,

X, XI

I, III, IV, V, VI

Excelente 1,20 1,20 1,20 1,20

Bueno 1,20 1,20 1,10 1,00

Regular 1,20 1,10 0,90 0,80

Pobre 1,10 0,90 0,80 0,80

36

Muy pobre 1,00 0,85 0,80 0,80

Cuadro 13. Capacidad del Drenaje para Remover la Humedad

Calidad del drenaje Tiempo en que el agua es removida

Excelente 2 horas

Bueno 1 día

Regular 1 semana

Pobre 1 mes

Malo Agua no drena

Fuente: Asociación Americana de Administradores de Carreteras y Transporte

(AASHTO).

Para efectos de diseño usaremos la calidad del drenaje regular. En el cuadro 15

se presentan los valores recomendados para m2 y m3 en función de la calidad del

drenaje y el porcentaje del tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del

pavimento pueda estar expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación:

37

Cuadro 14. Valores Recomendados para Coeficientes Estructurales de Capa de

Bases y Sub-bases, en Pavimentos Flexibles

Fuente: (AASHTO 86-93).

Como se puede notar la zona VI del mapa en función del clima se encuentra en

el nivel de porcentaje de tiempo mayor al 25%, por lo tanto tomamos el valor de la

calidad del drenaje regular de m= 0,80 para base y sub-base, puesto que la carpeta

obtiene el 100% de la calidad del drenaje que equivale a 1.

Para calcular los espesores de las capas del pavimento el método AASTHO

asemeja la estructura en una posición superpuesta desde la primera capa hasta la última,

38

usando el valor abstracto del número estructural de cada capa. Para ello se recopilaron

en orden los resultados obtenidos en el siguiente cuadro:

Cuadro 15. Datos para el Diseño de Pavimento

NOMBRE NOMENCLATURA VALOR

Numero Estructural de la Base SNBS 1.81

Numero Estructural de la Subbase SNSB 2.35

39

Numero Estructural de la Subrasante SNSR 2.87

Coeficiente Estructural de la Carpeta

Asfáltica

a1 0,40

Coeficiente Estructural de la Base a2 0,12

Coeficiente Estructural de la Subbase a3 0,10

Coeficiente de Drenaje de la Carpeta

Asfáltica

M1 1,0

Coeficiente de Drenaje de la Base M2 0,80

Coeficiente de Drenaje de la Subbase M3 0,80

Fuente: Grupo Francisco Castillo, Domingo Nieves.

Espesor de la Carpeta Asfáltica

Se calcula con el número estructural de la base de la siguiente manera:

SNBS= a1 × m1 × D1

D1=1.81

0 ,40 ×1= 4.53 in × 2, 54 = 11.51 cm ≈

Ahora recalculamos el número estructural de la base y tenemos:

D1=12

2,54= 4.72 in

SNBS*= 0,40 × 1,0 ×4.72 = 1.89

40

12 cm

Espesor de la Base

Se calcula con el número estructural de la sub-base:

SNSB= SNBS* + a2 × m2 × D2

D2= 2.35−1.89

0 ,12 × 0 ,80= 4.79in × 2.54 cm = 12.17 cm ≈

Luego calculamos el nuevo número estructural para la sub-base para equilibrar

la ecuación:

D2= 12cm2,54

= 4.72 in

SNSB*= 1.89+ 0,12 × 0,80 × 4.72 = 2.34

SNSB**=2.34 – 1.89 = 0.45

Espesor de la Sub-base

Se calcula tomando el número estructural de la sub-rasante o suelo de fundación,

de la siguiente manera:

SNSR= SNBS* + SNSB * + a3 × m3 × D3

D3 =2.87−1.89−0.45

0 ,10 × 0 ,80= 6.63in × 2,54 = 16.84cm ≈

De esta manera hemos obtenido el diseño de los espesores del pavimento que se

pueden apreciar en la siguiente gráfica:

41

12cm

17cm

42

Carpeta Asfáltica = 12 cm

Base = 12 cm

Sub- Base= 17 cm