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Captulo VI:Diseo de
Pavimentos
FlexiblesIng. Johny Bendezu Acero
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6.1
Consideraciones
Generales
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Parmetros de Diseo
Trfico
Materiales
Condiciones Ambientales Mantenimiento
Calidad de construccin
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6.2
Mtodo AASHTO
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Mtodo de Diseo AASHTO El mtodo recomendado por la Asociacin Americana de
Oficiales de Carreteras y Transportes (AASHTO) se basaen los resultados de la pista de prueba ensayada a finalesde 1950.
La primera gua de diseo interina se publica en 1961,
revisada en 1972 y 1981. En 1986 se publica la guarevisada y ampliada.
En 1993 se publica una nueva versin con pequeasmodificaciones de la gua de diseo.
El mtodo se base en ecuaciones empricas dedesempeo del pavimento a partir de la pista de pruebas yadaptadas para climas distintos al que originalmente fueensayada.
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Procedimiento de Diseo
Calcular el trfico para el Periodo de diseo(W18)
Determinar la confiabilidad R y la desviacinestndar total S
o Establecer el mdulo de resilencia efectivo dela subrasante Mr
Determinar la prdida de serviciabilidad dediseo
Obtener el nmero estructural SN (baco ofrmula)
Establecer los espesores que satisfagan SN
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Frmula de diseo AASHTO
07.8log32.2
1
109440.0
5.12.4
log
20.01log36.9log19.5
18
RoR M
SN
PSI
SNSZW
Donde:
W18 = Nmero estimado de ejes simples equivalentes de8.2 toneladas
ZR = Desviacin estndar normal.S0 = Error estndar combinado de la prediccin del
trnsito y de la prediccin del comportamientoPSI = Diferencia entre el ndice de Servicio inicial (Po) y
el Final (Pt).MR = Mdulo resiliente.SN = a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3.
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baco de diseo
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Confiabilidad
La confiabilidad en el diseo de pavimentos (Zr) es laprobabilidad de que el sistema estructural que forma elpavimentos cumpla su funcin prevista bajo lascondiciones que tienen lugar en ese lapso.
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Confiabilidad
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Variabilidad
La variabilidad (So) se refiere a las varianzas en lasmediciones de los parmetros que se definen en eldiseo con respecto a los valores que se obtienenen el terreno de forma real.
Se recomienda utilizar los valores comprendidosdentro de los intervalos siguientes:
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Prdida de Serviciabilidad
Time
Ser
viceability
(P
SI)
p0
pt
p0 - pt
Basic Equations
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Prdida de Serviciabilidad
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Carpeta, Base y SubBase
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Coeficientes de capa
Representa una medida de la habilidadrelativa del material de funcionar como
componente estructural del pavimento.
Este coeficiente expresa la relacin emprica
entre el nmero estructural (SN) y el espesor.
1iiiDaSN
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Coeficientes de capa
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C f
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Coeficiente de capa concretoasfltico
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Coeficiente de Capa Base Granular
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Coeficiente de base estabilizada
Estabilizada con asfalto Estabilizada con cemento
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Coeficiente de Capa Sub-Base
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Drenaje
25%
Excelente 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20
Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00
Regular 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80
malo 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60
Muy Malo 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40
Tabla 2.4. Valores de coeficiente de drenaje (m i ) recomendadospara modificar los coeficientes estructurales de capa para base no
tratatas y sub bases en pavimentos flexibles
% del tiempo que la estructura del pavimento estexpuesta a niveles de humedad prximas a la
saturacincalidad del
drenaje
Calidad del
drenaje
Tiempo de remocin
del agua
Excelente 2 horas
Bueno 1 daRegular 1 semana
malo 1 mes
Muy Malo agua no drena
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Tanteo de espesores
1) a,D,m, SN, son los valores mnimos requeridos2) Un asterisco con D o SN indica que este representa el
valor actualmente usado el cual debe ser igual o mayorque el valor requerido
33
*
2
*
13*
3
2
*
2
*
1
22
*
12*
2
1
*
11
*
1
1
1*
1
ma
SNSNSND
SNSNSN
ma
SNSND
SNDaSN
a
SND
33322211 mDamDaDaSN
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Espesores Mnimos
Trfico en ESAL Concreto Asfltico Base granular
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Mtodo del Instituto delAsfalto
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Mtodo del Instituto del Asfalto
Hasta 1969 los procedimientos de diseo publicados enlas 8 ediciones del Manual MS-1 fueron empricos.
La 7ma y 8va edicin se basaron el los datos de la pista de
prueba AASHTO, WASHO , ensayos Ingleses y elprocedimiento de diseo del Cuerpo de Ingenieros deUSA.
En 1981 se publica la 9
na
edicin del manual basado enmtodos mecansiticos empricos a partir de los resultadosdel programa DAMA, en 1991 se publica una revisin de la9na edicin incluyendo grficos de diseo para tres tipos declima
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Criterio de diseo
Se analizan criterios de falla:
Criterio de falla por fatiga: en la parte inferior de la carpetaasfltica, se desarrollaron los grficos de diseo para una
mezcla asfltica con 11% de asfalto en volumen y 5% decontenido de vacos, y se considera falla cuando el 20%del rea est fisurada.
Criterio de falla por Deformacin Permanente: Elahuellamiento lmite debe ser menor a 0.50 (12.7 mm)
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Procedimiento de Diseo
Seleccionar los datos de diseo
a) Trfico (EAL)
b) Modulo resilente de la subrasante (Mr)
c) Tipo de base y superficie de rodadura
Determinar los espesores de diseo (grficos)
Verificar los espesores mnimos
Diseo por etapas (de corresponder)
Anlisis econmico de diferentes alternativas
Seleccionar el diseo final
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Correccin por presin de inflado
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Suelo de Fundacin
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Mdulo Resilente de Diseo(Variacin Estacional)
M d l d R il i d Di
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Modulo de Resilencia de Diseode la Sub rasante
Nivel de trfico EALValor de diseo de lasubrasante, Percentil
106 87.5
LIMITES DE DISEO DE LA SUBRASANTE
Tabla 5.7
Ejemplo de Determinacin de la Resistencia de Diseo
Resultados de Ensayos
(de menor a
mayor)
Nmero de
Resultados
mayores o
iguales
Porcentaje de Resultados
Mayores o iguales
2.0 8 ( 8 / 8 )* 100 = 100
2.0
5.0 6 ( 6 / 8 )* 100 = 75
5.0
7.0 4 ( 4 / 8 )* 100 = 50
7.0
8.0 2 ( 2 / 8 )* 100 = 25
9.0 1 ( 1 / 8 )* 100 = 13
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Carpeta y Base
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Seleccin de los Materiales
Condicin de Temperatura
AC-5 AC-10
AR-2000 AR-4000
pen 120/150 pen 85/100AC-10 AC-20
AR-4000 AR-8000
pen 85/100 pen 60/70
AC-20 AC-40
AR-8000 AR-16000
pen 60/70 pen 40/50
Caliente, temperatura medianaual >=24C (75F)
TABLA VI-1 SELECCIN DE GRADO DE ASFALTO
Grados Asflticos
Fro, tempertura media anual
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Requisitos calidad de base y subbase granular
Ensayo Sub base Base
CBR mnimo 20 80
Lmite lquido, mximo 25 25
Indice de Plasticidad, mximo 6% NP
Equivalente de arena, mnimo 25 35
Pasante mall N200, mximo 12 7
Tabla V-3 Requerimientos de calidad para bases y sub basesgranulares
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Bases asflticas con emulsiones
Tipo I: mezclas con asfaltos emulsionados
elaboradas con agredados procesados
densamente gradados
Tipo II: mezclas con asfaltos emulsionadoselaboradas con agregados semi-procesados,
chancados, o zarandeados
Tipo III: mezclas con asfaltos emulsionados
elaboradas con arenas o arenas limosas
TABLA VI-2 ESPESOR MINIMO DE ASFALTO SOBRE
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EspesoresMnimos de
capas
mm pulgadas
104 50 2
105
50 2106 75 3
107 100 4
>107 130 5
TABLA VI-2 ESPESOR MINIMO DE ASFALTO SOBRE
BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIONES
1 Concreto asfltico o base con emulsin Tipo I con un tratamientosuperficial pueden ser tulizados sobre bases con emultsin Tipo II y III
Nivel de Trfico
EAL
Base Tipo II y III1
mm pulgadas
106 Trfico pesado de camiones 125 5 o ms
Para pavimentos de espesor total (full depth) o pavimentos con asfaltosemulsificados el espesor mnimo es de 100 mm (4 pulg) aplicable en el rangode trfico, como se muestra en las tablas de diseo
Trfico
EALCondicin de Trfico
Espesor Mnimo de
TABLA VI-3 ESPESOR MINIMO DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASEGRANULAR NO TRATADA
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Grficos de DiseoCarpeta + Base granular
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Grficos de DiseoCarpeta + Base granular
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Grficos de DiseoCarpeta + Base granular
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Grficos de DiseoCarpeta + Base granular
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Grficos de DiseoFull depth
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Grficos de DiseoFull depth
Grficos de Diseo
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Grficos de DiseoCarpeta + Base estabilizada con emulsin
Emulsin tipo I: Mezcla de
emulsin con agregadosprocesados densamentegraduados
Emulsin tipo II: Mezcla deEmulsin con agregadossemiprocesados de trituracin,de bancos o carreteras
Emulsion tipo III: Mezcla de emulsin con arenas o arenas limosas
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Evaluacin de diseos con el mtodo del Instituto
del Asfalto
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