1
DISEDISEÑÑO O MODERNO MODERNO DEDE PAVIMENTOSPAVIMENTOSASFALTICOSASFALTICOS
Ing. ABEL ORDOIng. ABEL ORDOÑÑEZ HUAMANEZ HUAMANUNIUNI
MaestrMaestríía en Ingeniera en Ingenieríía Civila CivilDoctorado en IngenierDoctorado en Ingenieríía Geota Geotéécnicacnica
III CONGRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION III CONGRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCION Lima 7Lima 7--9 de Diciembre 2006 9 de Diciembre 2006
Ing. SILENE MINAYA GONZIng. SILENE MINAYA GONZÁÁLEZLEZURP URP –– UAPUAP
MaestrMaestríía en Ing. de Transportesa en Ing. de TransportesMaestrMaestríía en Ing. Geota en Ing. Geotéécnicacnica
Terreno de fundación Compactado
Carpeta asfCarpeta asfáálticaltica
SubSub basebaseBase
rasanterasante
subrasantesubrasante
Terreno de fundación sin compactar
ESTRUCTURA TIPICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOSESTRUCTURA TIPICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOS
2
PROBLEMPROBLEMÁÁTICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOSTICA DE PAVIMENTOS ASFALTICOS
1.1. COMPORTAMIENTO DE FUNDACIONCOMPORTAMIENTO DE FUNDACION
2.2. CAMBIOS VOLUMETRICOS Y EFECTO CAMBIOS VOLUMETRICOS Y EFECTO CAPILAR EN CLIMAS FRIOSCAPILAR EN CLIMAS FRIOS
3. COMPORTAMIENTO DE CARPETAS 3. COMPORTAMIENTO DE CARPETAS ASFALTICAS A TEMPERATURAS ASFALTICAS A TEMPERATURAS EXTREMASEXTREMAS
4. MEZCLAS ASFALTICAS DE ALTA 4. MEZCLAS ASFALTICAS DE ALTA RESISTENCIA ASOCIADO AL INDICE RESISTENCIA ASOCIADO AL INDICE DE PARTICULA (GRANULOMETRIA)DE PARTICULA (GRANULOMETRIA)
5. CONTRIBUCION DE CADA CAPA EN LA 5. CONTRIBUCION DE CADA CAPA EN LA DEFORMACION PERMANENTEDEFORMACION PERMANENTE
SUPERPAVE SUPERPAVE
S.M.A. S.M.A. ““STONE MASTIC ASPHALTSTONE MASTIC ASPHALT””
Por investigar Por investigar (flujo en suelos no saturados)(flujo en suelos no saturados)
AnAnáálisis Deformacionallisis DeformacionalAASHTO 2002AASHTO 2002
CBR natural CBR natural
1.1.-- Suelo de FundaciSuelo de Fundacióónn
3
A. ORDOÑEZ, 2001
PARAMETROS DE DEFORMABILIDADPARAMETROS DE DEFORMABILIDAD
MODULOS ELASTICOS EN MECANICA DE SUELOSMODULOS ELASTICOS EN MECANICA DE SUELOS
E.edo = p/ev
p
ev=∆h/ho
COMPRESION EDOMETRICAASTM D 2435
σc σc
COMPRESION TRIAXIAL
ASTM D 4767σd
σd
E.t = σd./ev
p
E = π(1-ν2)pr/2ρ
ρ
Ecbr = 9.83CBR (kg/cm2)
C.B.R.ASTM D 1883
p
PLACA DE CARGAASTM D 1194
ρ
A. ORDOÑEZ, 2001
MODULO RESILIENTE y COEFICIENTE DE BALASTROMODULO RESILIENTE y COEFICIENTE DE BALASTRO
carga, p (kg/cm2)
asentamiento, s (cm)
k = p/s (kg/cm3)
σcσc
pcarga, p (kg/cm2)
deformación vertical, ev
εp εeMr = p/εe
k = 1.4E/D
TRIAXIAL CICLICOASTM D 5311
PLACA DE CARGAASTM D 1194
A. ORDOÑEZ, 2001
Dp
εtotal
4
carga, p(kg/cm2)
εeεp
deformación vertival, εv
εeεp
carga, p(kg/cm2)
deformación vertival, εv
Comportamiento de Suelos Granulares y Limo-arcillosos
1,450
1,500
1,550
1,600
1,650
1,700
1,750
1,800
1,850
1,900
1,950
2,000
2,050
4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0
Humedad (%)
Den
sida
d S
eca
(gr/c
m3 )
Curva Densidad SecaCurva Densidad Seca--HumedadHumedadAv. La Paz Cdra.10 San MiguelAv. La Paz Cdra.10 San Miguel--LimaLima
11.7
1.971
(20.1,1.62)
Proctor Modificado
Condición Natural
5
2.2.-- CARPETA ASFALTICACARPETA ASFALTICA
ESFUERZOS EN PAVIMENTOS TIPICOSESFUERZOS EN PAVIMENTOS TIPICOS
Carpeta
Base granular
(+)(-)
σv
σH
Sub base granular
Suelo compactadoFundación
Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Típicos
6
Ensayo Ensayo de Traccide Traccióón Indirecta n Indirecta para determinar Mpara determinar MóódulosdulosResilienteResiliente de Mezclas Asfde Mezclas Asfáálticaslticas
Y
P
PY
Tracción
Compresión
X
dtP
y 6
πσ −
=
P
dtP
x 2π
σ =
P
ESTRUCTURAS SEMIRIGIDASESTRUCTURAS SEMIRIGIDAS
Carpeta
Base Estabilizada
Sub base Estabilizada
Fundación
(+)
(-) σv
σH Distribución de Esfuerzos en
Pavimentos con Base y/o Sub Base Estabilizada.
7
Ensayo Ensayo TriaxialTriaxial CCííclico clico para determinar Mpara determinar MóódulosdulosDinDináámicosmicos de Mezclas Asfde Mezclas Asfáálticaslticas
Universidad de Arizona,Universidad de Arizona, 20002000
EcuaciEcuacióón de n de WitczakWitczak -- MMóódulo Dindulo Dináámicomico( ) a4
2200200 V0580970p0028410p0017670p02923207500633E ×−×−×−×+= .....log *
( )( )
( ) ( )( )η−−−+
+−+−+
+×−
log..log............
. 3935320f3133510603313034
238384
aeff
eff
e1p0054700p0000170p0039580p002108719773
VVbVb8022080
E* Módulo dinámico de mezclas asfálticas, psiη Viscosidad de ligante en 106 poise (cualquier Tº y envejecimiento)f Frecuencia de carga en Hz.Va % de vacíos de aire en la mezcla, por volumen.Vbeff contenido de asfalto efectivo, porcentaje por volumenP34 % ret. acum. en tamiz ¾”, por peso total de agregadoP38 % ret. acum. en tamiz 3/8”, por peso total de agregadoP4 % ret. acum. en tamiz Nº4, por peso total de agregadoP200 % que pasa el tamiz Nº200, por peso total de agregado
η
8
Modelo de Mirza, 1995Modelo de Mirza, 1995
2Pen003890Pen 26012501210 )log(.)log(..log +−=η
η Viscosidad de ligante, poisesPen Penetración del asfalto a 25ºC (penetración de 3 a 300dmm)
Viscosidad del Asfalto OriginalViscosidad del Asfalto Original
AASHTO 2002AASHTO 2002
RTVTSA log log log +=η
η Viscosidad de ligante, centipoises cPTR Temperatura en RankineA y VTS Parámetros de regresión
9
-10 1,115,628.43 731,029.32 417,758.92 173,811.03 19,295.57
0 21,249.81 13,933.23 7,967.08 3,339.57 381.226
10 739.15 487.84 281.40 120.22 14.533
20 42.136 28.105 16.444 7.214 0.941
40 0.435 0.298 0.181 0.085 0.013
TºC
Viscosidad Viscosidad ηη del del liganteligante no envejecido, no envejecido, MpoiseMpoise
PEN40-50
PEN60-70
PEN 85-100
PEN 120-150
PEN 200-300
60 0.014 0.010 0.006 0.003 0.001
EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LAECUACION DE WITCZAK
Mezcla asfáltica densa convencional:
TMN 3/4”
(P34:0%, P38:30%, P4:50%, P200:5%, Vbeff:15%, Va: 4%)
Velocidad 25, 70 y 95 kph
Frecuencias 15, 50 y 70 Hz
Asfalto PEN 60-70, 85-100 y 120-150
10
0
5
10
15
20 40 60 80 100
Velocidad, Km/h
Mód
ulo
Din
ámic
o E*
(x10
5) p
si
20ºC 30ºc40ºC 50ºC
Asfalto PEN 60-70
0
5
10
15
20
25
20 40 60 80 100
Velocidad, Km/h
Mód
ulo
Din
ámic
o E*
(x10
5) p
si
10ºC 20ºc30ºC 40ºC
Asfalto PEN 85-100
11
0
5
10
15
20
25
30
20 40 60 80 100
Velocidad, Km/h
Mód
ulo
Din
ámic
o E*
(x10
5) p
si
0ºC 10ºc20ºC 30ºC
Asfalto PEN 120-150
3.3.-- ANALISIS DEFORMACIONAL DE LA ANALISIS DEFORMACIONAL DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
12
La deflexión admisible puede ser calculada con alguna de las siguientes ecuaciones empíricas:
Instituto del Asfalto:
CONREVIAL:
Criterio de California, CA de 5”:
N es el número de ejes equivalentes usado en el diseño. Aplicando las ecuaciones a 0.8x106 ejes equivalentes se tiene: 101, 109 y 66 (1/100 mm) de deformación admisible, respectivamente.
3.1 DEFLEXION ADMISIBLE3.1 DEFLEXION ADMISIBLE
2383.064.25 −= NDadm
( ) 25.0/15.1 NDadm =
165.0237.6 −= NDadm
ModelamientoModelamiento de Estructuras Tde Estructuras Tíípicaspicas
Variable
20 cm
25 cm
15 cm
Fundación
Suelo compactado
Sub base granular
Base granular
Carpeta asfálticaCAPA DE PAVIMENTO CARACTERÍSTICAS
CARPETA ASFALTICA: 2,4 Y 6”
Mr=450,000 psiν=0.35 (ref. 2)
BASE GRANULAR, CBR=100%
Mr= 30,000 psiν=0.35 (ref. 2)
SUB BASE GRANULAR CBR=40%
Mr= 17,500 psiν=0.35 (ref. 2)
SUELO COMPACTADOCBR=20%
Mr= 12,000 psiν=0.45 (ref. 2)
FUNDACIONCBR=4%
Mr=6,000 psiν=0.45 (ref. 2)
TIPO DE EJE SIMPLE STANDARD
RADIO DE CONTACTO 4.52 PULG
PRESION DE CONTACTO 5 kg/cm2
13
6”
2”4”
Base granular
Sub base granular
Suelo compactadoFundación
Carpeta
σv
Esfuerzos Verticales o de CompresiEsfuerzos Verticales o de Compresióónn Estructura Estructura TTíípicapica
εV (subrasante) : 3.75%
Deflexiones:Carp. Asfáltica Dinámica Estática
2 pulg. 0.83 mm 8.3 mm4 pulg. 0.65 mm 6.5 mm6 pulg. 0.54 mm 5.4 mm
Deformaciones por TracciDeformaciones por Traccióón en Esn en Estructuratructura TTíípicapica
Carpeta
Base granular
Sub base granular
Suelo compactadoFundación
εt
6”2”
4”
14
ModelamientoModelamiento de Estructuras de Estructuras SemirigidasSemirigidas
1”
20 cm
20 cm
65 cm
Fundación natural de arcilla
arcilla+arena
Sub base : suelo+cal
Base:Suelo+cemento
Carpeta asfálticaCAPA DE PAVIMENTO CARACTERÍSTICAS
CARPETA ASFALTICA E*=300,000 psiν=0.35
BASE:SUELO+CEMENTO Mr= 700,000 psi4ν=0.15
SUB BASE:SUELO+CAL Mr= 60,000 psiν=0.20
ARCILLA+ARENA Mr= 24,000 psi5ν=0.25
FUNDACIONCBR=3%
Mr=4,500 psiν=0.45 (ref. 2)
TIPO DE EJE SIMPLE STANDARD
RADIO DE CONTACTO 4.52 PULG
PRESION DE CONTACTO 5 kg/cm2
Fundación natural de arcilla
arcilla+arena
Sub base : suelo+cal
Base:Suelo+cemento
Carpeta asfáltica
Deflexión =3mmεv(sub-rasante) = 0.01%εH (+)=0.006%σv(fundación)=0.04kg/cm2
σv
σH
Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Semirigidos
AnAnáálisis Deformacional en Eslisis Deformacional en Estructuratructurass SemirSemiríígidasgidas
15
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