manual series ms-1 del i.a
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MAG. ING. NESTOR HUAMAN GUERREROMAG. ING. NESTOR HUAMAN GUERRERO
DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOPAVIMENTO
MS-1:INSTITUTO
ASFALTO - 1,991
PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA ESTRUTURAL E FUNCIONALESTRUTURAL E FUNCIONAL
Pavimento é uma estrutura de múltiplas camadas de espessuras finitas, construída sobre a superfície final de terraplenagem, destinada técnica e economicamente a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e do clima, e a propiciar aos usuários melhoria nas condições de rolamento, com conforto, economia e segurança.
Mais recentemente há uma tendência de usar-se a nomenclatura pavimentos de concreto de cimento Portland (ou simplesmente concreto-cimento) e pavimentos asfálticos, respectivamente, para indicar o tipo de revestimento do pavimento.
PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA PAVIMENTO DO PONTO DE VISTA ESTRUTURAL E FUNCIONAL ESTRUTURAL E FUNCIONAL
As camadas de base, sub-base e reforço do subleito são de grande importância estrutural.
Limitar as tensões e deformações na estrutura do pavimento, por meio da combinação de materiais e espessuras das camadas constituintes, é o objetivo da Mecânica dos Pavimentos.
INTRODUCCIÒNINTRODUCCIÒN FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO DURANTE SU FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO DURANTE SU VIDA ÙTIL ( Complejo Comportamiento)VIDA ÙTIL ( Complejo Comportamiento)
Necesidad de adoptar métodos de diseño que consideren los diversos Necesidad de adoptar métodos de diseño que consideren los diversos factores que afectan su complejo comportamientofactores que afectan su complejo comportamiento
- Aspectos Estructurales del Pavimento- Aspectos Estructurales del Pavimento - Factores Económicos- Factores Económicos - Nivel de Servicio de la Vía - Nivel de Servicio de la Vía – – Grado de Seguridad que le brinda al usuarioGrado de Seguridad que le brinda al usuario
MÈTODO ASSHTOMÈTODO ASSHTO: - Preveer a la vìa de un adecuado nivel de servicio: - Preveer a la vìa de un adecuado nivel de servicio - Establece relaciones entre el nivel de servicio y - Establece relaciones entre el nivel de servicio y
las las propiedades estructurales de los materiales que propiedades estructurales de los materiales que
conforman la estructura del pavimentoconforman la estructura del pavimento
CONCEPCIONCONCEPCION: Análisis de regresión con datos recolectados en forma : Análisis de regresión con datos recolectados en forma experimental experimental
INTRODUCCIÒNINTRODUCCIÒN MANUAL SERIES MS-1 DEL INSTITUTO DEL ASFALTOMANUAL SERIES MS-1 DEL INSTITUTO DEL ASFALTO
Establece valores limites de esfuerzo y/o deformaciones en la estructura a fin de Establece valores limites de esfuerzo y/o deformaciones en la estructura a fin de prevenir ciertos tipos de fallasprevenir ciertos tipos de fallas
OTROS MÈTODOS:OTROS MÈTODOS:
- Buscan optimizar Costos de Inversión en la estructura en función a - Buscan optimizar Costos de Inversión en la estructura en función a beneficio/costo según periodo de análisisbeneficio/costo según periodo de análisis
- Consideran costos de construcción, mantenimiento, rehabilitación y/o - Consideran costos de construcción, mantenimiento, rehabilitación y/o reconstrucción reconstrucción
- Cada método puede satisfacer algunas soluciones y no todas- Cada método puede satisfacer algunas soluciones y no todas
- La variación en los espesores de las capas que conforman el pavimento - La variación en los espesores de las capas que conforman el pavimento puede ser significativa al emplear dos métodos distintos de diseño puede ser significativa al emplear dos métodos distintos de diseño
- En lo posible se deben tratar de satisfacer objetivos múltiples - En lo posible se deben tratar de satisfacer objetivos múltiples simultáneamente. simultáneamente. Métodos concordantes con las características del proyectoMétodos concordantes con las características del proyecto
ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑODISEÑO
1) INDICE DE SERVICIO1) INDICE DE SERVICIO
- Grado de Comodidad al Usuario: Parámetros- Grado de Comodidad al Usuario: Parámetros - Índice de Servicio- Índice de Servicio: Escala Subjetiva de 0 a 5: Escala Subjetiva de 0 a 5 - La Rugosidad- La Rugosidad: Irregularidades en el pavimento (ondas aleatorias : Irregularidades en el pavimento (ondas aleatorias
multifrecuentes de diferente amplitud y magnitud – Transformadas multifrecuentes de diferente amplitud y magnitud – Transformadas de Fourier)de Fourier) Obtención de Datos: Nivelación de precisión, perfilòmetros ópticos Obtención de Datos: Nivelación de precisión, perfilòmetros ópticos
tipo láser o, perfilòmetros tipo respuesta como el Bump Integrator tipo láser o, perfilòmetros tipo respuesta como el Bump Integrator Se expresa en términos de IRI (Índice Internacional de Rugosidad) Se expresa en términos de IRI (Índice Internacional de Rugosidad)
2) PERFORMANCE O DURABILDAD2) PERFORMANCE O DURABILDAD
- - Prevenir la aparición de fallas: fisuras, desniveles, ahuellamientos, Prevenir la aparición de fallas: fisuras, desniveles, ahuellamientos, exudación, corrugaciones, depresiones, baches, disgregación, etc exudación, corrugaciones, depresiones, baches, disgregación, etc
- Ponderar posibilidad de ocurrencia- Ponderar posibilidad de ocurrencia
3) SEGURIDAD3) SEGURIDAD
- Adecuada superficie de rodadura- Adecuada superficie de rodadura - Suficiente fricción a fin de evitar accidentes por deslizamiento - Suficiente fricción a fin de evitar accidentes por deslizamiento - Índice de Deslizamiento: Factor que se obtiene multiplicando el - Índice de Deslizamiento: Factor que se obtiene multiplicando el
coeficiente de fricción por 100. Se mide según ASTM E 274 coeficiente de fricción por 100. Se mide según ASTM E 274
4) REALIBILIDAD4) REALIBILIDAD
- Probabilidad que el pavimento se comporte según lo asumido - Probabilidad que el pavimento se comporte según lo asumido en el en el análisis de diseño análisis de diseño
- Se mide en términos de probabilidad de éxito, empleando - Se mide en términos de probabilidad de éxito, empleando distribución normal de Gauss distribución normal de Gauss - Parámetro relacionado con el factor de seguridad del diseño- Parámetro relacionado con el factor de seguridad del diseño - Pueden establecerse diferentes niveles de realibilidad para - Pueden establecerse diferentes niveles de realibilidad para
cada cada parámetro ponderando cada factor según su grado de parámetro ponderando cada factor según su grado de
importanciaimportancia
ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑODISEÑO
PROCEDIMIENTOS Y HERRAMIENTAS A PROCEDIMIENTOS Y HERRAMIENTAS A EMPLEAR EN EL DISEÑOEMPLEAR EN EL DISEÑO
ANALISIS ESTRUTURALANALISIS ESTRUTURAL
ANALISIS ECONÒMICOANALISIS ECONÒMICO
SISTEMA DE GESTIÒN DE PAVIMENTOSSISTEMA DE GESTIÒN DE PAVIMENTOS
EXPOSITOR:
ING. NESTOR
HUAMAN
GUERRERO
DISEÑO DE ESPESORES – PAVIMENTOS DISEÑO DE ESPESORES – PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA CALLES Y ASFALTICOS PARA CALLES Y
CARRETERASCARRETERAS
METODO : INSTITUTO DEL ASFALTO METODO : INSTITUTO DEL ASFALTO MANUAL MANUAL
SERIES No 1 (MS – 1) –1991SERIES No 1 (MS – 1) –1991 EXPOSITOR : ING. NESTOR HUAMAN EXPOSITOR : ING. NESTOR HUAMAN
GUERREROGUERRERO
CARACTERISTICAS DEL METODOCARACTERISTICAS DEL METODO MANUALMANUAL GUIASGUIAS CARTAS DE DISEÑOCARTAS DE DISEÑO PROGRAMA DAMAPROGRAMA DAMA
METODOLOGÌAMETODOLOGÌA
La Metodología considera 2 condiciones La Metodología considera 2 condiciones especificas de Esfuerzo - Deformación. En la especificas de Esfuerzo - Deformación. En la primera condición ilustrada en la Figura la carga primera condición ilustrada en la Figura la carga por rueda W es transmitida a la superficie del por rueda W es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme Po presión vertical aproximadamente uniforme Po
La Estructura del Pavimento distribuye luego los La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de la carga, reduciendo su intensidad esfuerzos de la carga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de la subrasante, hasta que en la superficie de la subrasante, tiene una intensidad máxima P1. La figura tiene una intensidad máxima P1. La figura ilustra la manera general en la cual la ilustra la manera general en la cual la intensidad de la máxima presión vertical intensidad de la máxima presión vertical disminuye con la profundidad de Po a P1. disminuye con la profundidad de Po a P1.
CARGA, W
SIN ESCALA
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
SUBRASANTEP1
DISTRIBUCION DE LA PRESION DEL NEUMATICO A TRAVES DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Po
P1
(P1) (b)
La segunda condición tal como se ilustra en la Fig. la La segunda condición tal como se ilustra en la Fig. la carga por rueda W, deflecta la estructura del pavimento carga por rueda W, deflecta la estructura del pavimento causando Esfuerzos y Deformaciones de Tensión y causando Esfuerzos y Deformaciones de Tensión y Comprensión en la Capa Asfáltica.Comprensión en la Capa Asfáltica.
Las Cartas de Diseño presentadas en este manual, han Las Cartas de Diseño presentadas en este manual, han
sido desarrolladas utilizando los criterios de sido desarrolladas utilizando los criterios de deformaciones verticales comprensivas inducidas en la deformaciones verticales comprensivas inducidas en la parte superior de la subrasante y las deformaciones parte superior de la subrasante y las deformaciones tensionales máximas inducidas en el fondo de la capa tensionales máximas inducidas en el fondo de la capa asfáltica por las cargas de las ruedas.asfáltica por las cargas de las ruedas.
CARGA, W
SIN ESCALA
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
SUBRASANTE
COMPRESION TENSION
La Deflexion del Pavimento trae consigo Esfuerzos de Compresion y Tension en su Estructura.
Fig.2
PAVIMENTO ASFALTICO EN TODO SU ESPESOR
PAVIMENTO ASFALTICO CON BASE GRANULAR
CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL
CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO
EcEt
SUBRASANTE
CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL
CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO
BASE GRANULAR
SUBRASANTEPavimentos de Concreto Asfáltico en Todo su Espesor y Base con AsfaltoEmulsificado Pavimentos con Base Granular
Ubicación de las deformaciones consideradas en el procedimiento de diseño
CONSIDERACIONES DE DISEÑOCONSIDERACIONES DE DISEÑO IntroducciónIntroducción
En este capitulo se discute la selección de los factores En este capitulo se discute la selección de los factores apropiados para el diseño estructural de pavimentos apropiados para el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Se presenta información sobre:asfálticos. Se presenta información sobre:
- CLASIFICACIÓN DE VIALIDADES- CLASIFICACIÓN DE VIALIDADES - SELECCIÓN DE LOS TIPOS DE MATERIALES Y SU - SELECCIÓN DE LOS TIPOS DE MATERIALES Y SU RELACIÓN CON EL TIPO DE TRAFICORELACIÓN CON EL TIPO DE TRAFICO - USO DE LA CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS- USO DE LA CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS - COMPARACIÓN ECONÓMICA DE - COMPARACIÓN ECONÓMICA DE
DIFERENTESDIFERENTES ALTERNATIVAS DE DISEÑOALTERNATIVAS DE DISEÑO..
Generalmente se conoce mas acerca de las Generalmente se conoce mas acerca de las características del trafico, clima y condiciones de la características del trafico, clima y condiciones de la subrasante en carreteras de alto volúmenes de trafico subrasante en carreteras de alto volúmenes de trafico que en caminos de bajo volumen de tráfico. que en caminos de bajo volumen de tráfico.
CLASIFICACION DE CARRETERAS Y CALLESCLASIFICACION DE CARRETERAS Y CALLES
La Administración Federal de Carreteras de los La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA) clasifica a las Carreteras y Calles Estados Unidos (FHWA) clasifica a las Carreteras y Calles con un Sistema de Clasificación Funcional que puede ser con un Sistema de Clasificación Funcional que puede ser de ayuda para determinar apropiadamente los factores de ayuda para determinar apropiadamente los factores de tráfico y otras variables de diseño necesarias. La de tráfico y otras variables de diseño necesarias. La clasificación mas importante es:clasificación mas importante es:
Si el conocimiento de las propiedades de los Si el conocimiento de las propiedades de los suelos de subrasante y de los materiales de las suelos de subrasante y de los materiales de las capas del pavimento es escaso; si el control de capas del pavimento es escaso; si el control de calidad de la construcción es inadecuado, es calidad de la construcción es inadecuado, es probable que el pavimento resultante, varié en probable que el pavimento resultante, varié en calidad y en comportamiento.calidad y en comportamiento.
Cuanto mayor es la variabilidad del pavimento Cuanto mayor es la variabilidad del pavimento construidoconstruido, , mayor será la probabilidad de mayor será la probabilidad de fallas prematuras y de mayores y mas fallas prematuras y de mayores y mas elevados costos de mantenimiento.elevados costos de mantenimiento.
AdemásAdemás la selección del tipo de base puede la selección del tipo de base puede afectar el comportamiento del pavimento. afectar el comportamiento del pavimento.
PRINCIPIOS DE DISEÑOPRINCIPIOS DE DISEÑO
BASES PARA EL DISEÑOBASES PARA EL DISEÑO El material de cada capa esta caracterizado por su Módulo El material de cada capa esta caracterizado por su Módulo
de Elasticidad y su Coeficiente de Poisson. de Elasticidad y su Coeficiente de Poisson. El trafico esta expresado en términos del número de El trafico esta expresado en términos del número de
repeticiones de un eje simple equivalente de 80 KN (18,000 repeticiones de un eje simple equivalente de 80 KN (18,000 libras), aplicado al pavimento en dos juegos de ruedas duales.libras), aplicado al pavimento en dos juegos de ruedas duales.
Presión de Contacto : 483 kPa ( 70 psi). Presión de Contacto : 483 kPa ( 70 psi).
Los “PATE” son modelados como un sistema de 3 capasLos “PATE” son modelados como un sistema de 3 capas
Los “PA” con bases granulares son modelados con un Los “PA” con bases granulares son modelados con un sistema de 4 capassistema de 4 capas La subrasante o capa mas baja se asume infinita en lasLa subrasante o capa mas baja se asume infinita en las direcciones vertical hacia abajo y horizontal direcciones vertical hacia abajo y horizontal Se asume que existe continuidad en la interfase entre Se asume que existe continuidad en la interfase entre
capas capas
CRITERIOS DE DISEÑOCRITERIOS DE DISEÑO En la metodologEn la metodologíía para este manual, se asume que a para este manual, se asume que
las cargas en la superficie del pavimento producen 2 las cargas en la superficie del pavimento producen 2 deformaciones que son consideradas criticas paradeformaciones que son consideradas criticas para el el disediseñño, estas deformaciones unitarias son:o, estas deformaciones unitarias son:
1.- LA DEFORMACI1.- LA DEFORMACIÓÓN HORIZONTAL DE TENSIN HORIZONTAL DE TENSIÓÓN (ET) en N (ET) en
el fondo de la capa asfel fondo de la capa asfááltica mas profunda, ya sea que se ltica mas profunda, ya sea que se trate de concreto asftrate de concreto asfááltico o de una capa tratada con ltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado.asfalto emulsificado.
2.- LA DEFORMACI2.- LA DEFORMACIÓÓN VERTICAL DE COMPRENSIN VERTICAL DE COMPRENSIÓÓN (EC) N (EC) en la parte superior de la capa de subrasante (terreno de en la parte superior de la capa de subrasante (terreno de fundacion).fundacion).
Si la deformaciSi la deformacióón tensional horizontal es excesiva, se n tensional horizontal es excesiva, se
producirproduciráán fisuras en la capa asfn fisuras en la capa asfááltica, mientras que si la ltica, mientras que si la deformacideformacióón vertical compresiva es excesiva, se n vertical compresiva es excesiva, se producirproduciráán deformaciones permanentes en la superficie n deformaciones permanentes en la superficie del pavimento por sobrecargar la subrasante. del pavimento por sobrecargar la subrasante.
EVALUACIÒN DE MATERIA LES EVALUACIÒN DE MATERIA LES
Para un Tráfico dado, el diseño del pavimento involucra 3 pasos:Para un Tráfico dado, el diseño del pavimento involucra 3 pasos:
1) Elección de los materiales que conformarán las diferentes capas 1) Elección de los materiales que conformarán las diferentes capas del del
pavimento: concreto asfáltico, mezclas de asfalto emulsificado, pavimento: concreto asfáltico, mezclas de asfalto emulsificado, agregados para bases y subbases y materiales de subrasante.agregados para bases y subbases y materiales de subrasante.
2) Requerimientos de espesores para c/tipo de material a ser usado2) Requerimientos de espesores para c/tipo de material a ser usado Los materiales de la sección estructural y la subrasante están Los materiales de la sección estructural y la subrasante están
caracterizados por constantes elásticas apropiadas. caracterizados por constantes elásticas apropiadas.
Las Cartas de Diseño deI Método fueron preparadas utilizando los Las Cartas de Diseño deI Método fueron preparadas utilizando los valores apropiados de las constantes elásticas; por lo tanto ya no valores apropiados de las constantes elásticas; por lo tanto ya no será será necesario determinarlas necesario determinarlas
3) Requerimientos constructivos incluyendo factores tales como el 3) Requerimientos constructivos incluyendo factores tales como el diseño diseño de mezclas y la compactación de mezclas y la compactación
EVALUACIÒN DE MATERIA LES EVALUACIÒN DE MATERIA LES
El PROGRAMA DE Cómputo DAMA puede ser empleado para diseñar El PROGRAMA DE Cómputo DAMA puede ser empleado para diseñar pavimentos empleando cualquier otro juego de constantes de pavimentos empleando cualquier otro juego de constantes de diseño apropiadas.diseño apropiadas.
La propiedad determinante de la subrasante es el La propiedad determinante de la subrasante es el Módulo de Módulo de ResilenciaResilencia (Resilient Modulus, Mr). Se describe en el Manual de (Resilient Modulus, Mr). Se describe en el Manual de Suelos (MS-10) del I.A.Suelos (MS-10) del I.A.
Al no disponer de equipos apropiados para hallar el Mr., se ha Al no disponer de equipos apropiados para hallar el Mr., se ha establecido factores apropiados para determinar el Mr., a partir de establecido factores apropiados para determinar el Mr., a partir de los ensayos de CBR y del Valor de Resistencia – R; los resultados los ensayos de CBR y del Valor de Resistencia – R; los resultados son aproximados.son aproximados.
Este valor del Mr. de los suelos de subrasante depende de la Este valor del Mr. de los suelos de subrasante depende de la
magnitud del esfuerzo bajo la carga de diseño. El método de magnitud del esfuerzo bajo la carga de diseño. El método de ensayo recomienda una presión de confinamiento y un esfuerzo ensayo recomienda una presión de confinamiento y un esfuerzo desviador que son razonables para la mayoría de los ensayos desviador que son razonables para la mayoría de los ensayos
LoLos Módulos de Resiliencia de los materiales granulares no s Módulos de Resiliencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. Los valores utilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían Los valores utilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían al menos entre 15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 al menos entre 15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 Mpa) Mpa)
. .
SUELOS DE SUBRASANTESUELOS DE SUBRASANTE
SUBRASANTE : SUBRASANTE : Suelo preparado y compactado para soportar la Suelo preparado y compactado para soportar la estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura del estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura del pavimento; también se le llama “basamento” o “suelo de pavimento; también se le llama “basamento” o “suelo de cimentación”. cimentación”.
SUBRASANTE MEJORADA: SUBRASANTE MEJORADA: Es cualquier capa o capas de material Es cualquier capa o capas de material mejorado entre el suelo y la estructura del pavimento. Puede mejorado entre el suelo y la estructura del pavimento. Puede ser un material tratado o de un material transportado.ser un material tratado o de un material transportado.
Normalmente no es necesaria en el diseño y construcción de un Normalmente no es necesaria en el diseño y construcción de un Pavimento Asfáltico o Full Depth. Pavimento Asfáltico o Full Depth.
Debe ser considerada solamente cuando se encuentre una Debe ser considerada solamente cuando se encuentre una subrasante que no puede soportar el equipo de construcción en subrasante que no puede soportar el equipo de construcción en cuyo caso solo es utilizada como una plataforma de trabajo para cuyo caso solo es utilizada como una plataforma de trabajo para la construcción de las capas del pavimento y no afecta el la construcción de las capas del pavimento y no afecta el espesor de diseño de la estructura del pavimento.espesor de diseño de la estructura del pavimento.
MÈTODOS DE EVALUACIÒNMÈTODOS DE EVALUACIÒN Para facilitar el uso de las cartas de diseño con otros ensayos ampliamente Para facilitar el uso de las cartas de diseño con otros ensayos ampliamente
usados, se usados, se
han establecido correlaciones del Mr con el CBR y con los valores de –R, han establecido correlaciones del Mr con el CBR y con los valores de –R, como se como se
detallan en el MS-10, ASTM y AASHTO.detallan en el MS-10, ASTM y AASHTO.
- CBR de Suelos Compactados: ASTM D 1883, AASHTO T 193. Muestras - CBR de Suelos Compactados: ASTM D 1883, AASHTO T 193. Muestras compactadas de acuerdo a ASTM D 1557, AASHTO T 180, Métodos B ò D compactadas de acuerdo a ASTM D 1557, AASHTO T 180, Métodos B ò D
- Valor de Resistencia – R: ASTM D 2844, AASHTO Método T 190- Valor de Resistencia – R: ASTM D 2844, AASHTO Método T 190
RELACIÒN Mr. vs CBR:RELACIÒN Mr. vs CBR:
Mr (MPa) = 10.3 x CBRMr (MPa) = 10.3 x CBR Mr (psi) = 1500 x CBR Mr (psi) = 1500 x CBR
RELACIÒN Mr. vs Valor – R: RELACIÒN Mr. vs Valor – R:
Mr (MPa) = 8.0 + 3.8 (Valor – R)Mr (MPa) = 8.0 + 3.8 (Valor – R) Mr (psi) = 1155 + 555 (Valor – R) Mr (psi) = 1155 + 555 (Valor – R)
MÈTODOS DE EVALUACIÒNMÈTODOS DE EVALUACIÒN
Estas correlaciones son aplicables a materiales clasificados como Estas correlaciones son aplicables a materiales clasificados como CL, CH. ML, SC, SM y SP, según el SUCS ( ASTM D2487), ò A-7, A- CL, CH. ML, SC, SM y SP, según el SUCS ( ASTM D2487), ò A-7, A- 6, A - 5, A – 4, y A – 2 según el Sistema AASHTO (Designación M 6, A - 5, A – 4, y A – 2 según el Sistema AASHTO (Designación M 145) ò a aquellos materiales que se estima tendrán un Mr de 145) ò a aquellos materiales que se estima tendrán un Mr de 30,000 psi ( 207 Mpa) ò menor.30,000 psi ( 207 Mpa) ò menor.
Estas correlaciones no son aplicables a materiales de base o Estas correlaciones no son aplicables a materiales de base o subbase granulares no tratadassubbase granulares no tratadas
Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para obtener valores de Mr mayores para subrasanteobtener valores de Mr mayores para subrasante
También existen correlaciones entre el CBR ò Valor – R con el También existen correlaciones entre el CBR ò Valor – R con el Módulo Dinámico, muchas de las cuales producen valores de Mr Módulo Dinámico, muchas de las cuales producen valores de Mr menores y consecuentemente mayores espesores del pavimentomenores y consecuentemente mayores espesores del pavimento
SELECCIÒN DEL Mr. DE DISEÑO DE LA SELECCIÒN DEL Mr. DE DISEÑO DE LA SUBRASANTESUBRASANTE
El Módulo de Resiliencia de Diseño de la Subrasante (Mr), se define El Módulo de Resiliencia de Diseño de la Subrasante (Mr), se define como el valor del Módulo de Resilencia que es menor que el 60%, como el valor del Módulo de Resilencia que es menor que el 60%, 75% ò 87.5% del total de los valores analizados en la sección.75% ò 87.5% del total de los valores analizados en la sección.
Estos porcentajes se conocen como Valores Percentiles y están Estos porcentajes se conocen como Valores Percentiles y están relacionados con el tráfico, como se indica:relacionados con el tráfico, como se indica:
LÌMITES DE DISEÑO PARA SUBRASANTELÌMITES DE DISEÑO PARA SUBRASANTE
NIVEL DE TRÀFICO (EAL) PERCENTIL DE DISEÑO (%)NIVEL DE TRÀFICO (EAL) PERCENTIL DE DISEÑO (%) 10*4 ò menos 6010*4 ò menos 60 Entre 10*4 Y 10*6 75Entre 10*4 Y 10*6 75 10*6 ò Màs 87.510*6 ò Màs 87.5 Se debe seguir el procedimiento gráfico indicado en el Manual para Se debe seguir el procedimiento gráfico indicado en el Manual para
determinar el Módulo de resilencia de la Subrasante de Diseño Mr. determinar el Módulo de resilencia de la Subrasante de Diseño Mr.
CONSIDERACIONES AMBIENTALESCONSIDERACIONES AMBIENTALES
Adicionalmente a los efectos de las variaciones mensuales de Adicionalmente a los efectos de las variaciones mensuales de temperatura a lo largo del año, sobre los módulos dinámicos de temperatura a lo largo del año, sobre los módulos dinámicos de las mezclas de concreto asfáltico y de asfalto emulsificado; las las mezclas de concreto asfáltico y de asfalto emulsificado; las curvas de diseño también toman en consideración los efectos de curvas de diseño también toman en consideración los efectos de la temperatura sobre los módulos de resilencia de la subrasante y la temperatura sobre los módulos de resilencia de la subrasante y de los materiales granulares de la base de los materiales granulares de la base
En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un Mr En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un Mr incrementado para representar la época de helada en el invierno incrementado para representar la época de helada en el invierno y un Mr reducido para representar la época de descongelamiento.y un Mr reducido para representar la época de descongelamiento.
La misma técnica se utilizó para representar los efectos La misma técnica se utilizó para representar los efectos ambientales en las bases granularesambientales en las bases granulares
..
Normal
Descongelada (Reducido)
Mes en que comienza la heladaMes en que comienza la helada
12 meses
Tiempo
Mes en que comienza el deshielo
Modulo de subrasante
congelada(incrementado)
VARIACIONES DEL MODULO DE SUBRASANTE EN CONDICIONES DE HIELO Y DESHIELO
CARTAS DE DISEÑOCARTAS DE DISEÑO El programa de computo DAMA fue utilizado para El programa de computo DAMA fue utilizado para
determinar los espesores en función de los dos criterios determinar los espesores en función de los dos criterios de deformación descritos para diferentes condiciones de deformación descritos para diferentes condiciones seleccionadas. Se obtuvieron 2 espesores para cada seleccionadas. Se obtuvieron 2 espesores para cada condición, uno para cada valor de deformación critica, condición, uno para cada valor de deformación critica, empleándose el mayor de los dos para preparar las cartas empleándose el mayor de los dos para preparar las cartas de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño presentan formas asociadas con 2 criterios diferentes.presentan formas asociadas con 2 criterios diferentes.
Se muestran los espesores mínimos para ciertos Se muestran los espesores mínimos para ciertos
niveles de trafico. En aquellos casos donde estos niveles de trafico. En aquellos casos donde estos espesores mínimos no fueron obtenidos directamente de espesores mínimos no fueron obtenidos directamente de los cálculos con el programa DAMA, fueron seleccionados los cálculos con el programa DAMA, fueron seleccionados basados en la experiencia, incluyendo los Caminos de basados en la experiencia, incluyendo los Caminos de Ensayo AASHO, otros estudios y ediciones anteriores de Ensayo AASHO, otros estudios y ediciones anteriores de este manual.este manual.
Para el desarrollo de este manual se seleccionaron Para el desarrollo de este manual se seleccionaron
tres grupos de condiciones ambientales, representativas tres grupos de condiciones ambientales, representativas del rango de condiciones para las que debiera aplicarse el del rango de condiciones para las que debiera aplicarse el manual.manual.
Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para caracterizar las condiciones ambientales aplicables a caracterizar las condiciones ambientales aplicables a cada región, seleccionándose las características de los cada región, seleccionándose las características de los materiales según esto.materiales según esto.
ANÁLISIS DE TRAFICOANÁLISIS DE TRAFICO INTRODUCCIONINTRODUCCION
Se consideran de primordial importancia al Se consideran de primordial importancia al número y cargas por eje esperadas en un número y cargas por eje esperadas en un periodo de tiempo determinado. Las cargas periodo de tiempo determinado. Las cargas por eje varían típicamente de ligeras a por eje varían típicamente de ligeras a pesadas.pesadas.
Se ha demostrado que es posible representar el Se ha demostrado que es posible representar el
efecto de cualquier eje cargado con cualquier masa, sobre efecto de cualquier eje cargado con cualquier masa, sobre el comportamiento de un pavimentoel comportamiento de un pavimento, , por medio del por medio del numero de aplicaciones de carga por eje simple, numero de aplicaciones de carga por eje simple, equivalente a 18,000 libras (80KN),representado por un equivalente a 18,000 libras (80KN),representado por un EAL (Equivalent Axle Load).EAL (Equivalent Axle Load).
En la Tabla IV-4 se encuentran los factores de En la Tabla IV-4 se encuentran los factores de equivalencia de carga para ejes Simples,Tandem y Tridem. equivalencia de carga para ejes Simples,Tandem y Tridem.
Se requiere conocer el número de vehículos o el número y Se requiere conocer el número de vehículos o el número y la masa de las cargas por eje esperados en la vialidad. la masa de las cargas por eje esperados en la vialidad.
ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICOESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICO
Se debe estimar los volúmenes de tráfico inicial y futuro Se debe estimar los volúmenes de tráfico inicial y futuro para el diseño estructural de pavimentos, requiere de un para el diseño estructural de pavimentos, requiere de un estudio y análisis exhaustivo.estudio y análisis exhaustivo.
PERIODO DE ANÁLISIS.- PERIODO DE ANÁLISIS.- Se debe hacer comparaciones Se debe hacer comparaciones
económicas de las diferentes alternativas del diseño del económicas de las diferentes alternativas del diseño del pavimento seleccionado un periodo de tiempo para el pavimento seleccionado un periodo de tiempo para el cual se hace el análisis de esas alternativas. cual se hace el análisis de esas alternativas.
CLASIFICACION Y NUMERO DE CAMIONES.- Se requiere un CLASIFICACION Y NUMERO DE CAMIONES.- Se requiere un
estimado del numero de vehículos de diferentes tipos, estimado del numero de vehículos de diferentes tipos, tales como; automóviles, autobuses, camiones simples y tales como; automóviles, autobuses, camiones simples y camiones acoplados, etc. Cuando no hay disponibilidad camiones acoplados, etc. Cuando no hay disponibilidad de los datos de conteo y clasificación de traficode los datos de conteo y clasificación de trafico,, se se pueden obtener estimados de los datos presentados en la tabla pueden obtener estimados de los datos presentados en la tabla IV-1, “ Distribución de Camiones en diferentes clases de IV-1, “ Distribución de Camiones en diferentes clases de carreteras – USA”.carreteras – USA”.
Se recomienda el uso de la información de tráfico Se recomienda el uso de la información de tráfico
local, sin embargo el tráfico local está sujeto a local, sin embargo el tráfico local está sujeto a variaciones y por lo tanto deben tomarse precauciones variaciones y por lo tanto deben tomarse precauciones en la recolección y análisis de datos.en la recolección y análisis de datos.
TABLA IV-2 .- PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEÑO
NUMERO DE CARRILES PORCENTAJE DE CAMIONES (DOS DIRECCIONES) EL CARRIL DE DISEÑO
2 50 4 45(35-48) * 6 ó más 40(25-48) *
* Rango Probable
CARRIL DEL DISEÑOPara calles y carreteras de 2 carriles, el carril de diseño puede ser cualquiera de los carriles de la vía, mientras que para calles y carreteras de carriles múltiples, generalmente es el carril externo. Bajo ciertas condiciones es probable que haya un mayor tráfico de camiones en un sentido que en otro. En muchas localidades, los camiones circulan cargados en un sentido y vacíos en el otro.
PERIODO DE DISEPERIODO DE DISEÑÑOO
Es el periodo seleccionado en aEs el periodo seleccionado en añños, para el cual se diseos, para el cual se diseñña el a el pavimento. pavimento.
Al termino de este periodo puede esperarse que el pavimento requiera Al termino de este periodo puede esperarse que el pavimento requiera de trabajos de rehabilitacide trabajos de rehabilitacióón, usualmente de una sobre capa n, usualmente de una sobre capa asfasfááltica, para devolver su adecuado nivel de transitabilidad. ltica, para devolver su adecuado nivel de transitabilidad.
El Periodo de DiseEl Periodo de Diseñño sin embargo, no debe confundirse con la Vida del o sin embargo, no debe confundirse con la Vida del Pavimento o con el Periodo de AnPavimento o con el Periodo de Anáálisis. lisis.
La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente por medio La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente por medio de sobrecapas u otras medidas de rehabilitacide sobrecapas u otras medidas de rehabilitacióón, hasta que la vn, hasta que la víía se a se torne obsoleta, por cambios de rasante, alineamiento u otros torne obsoleta, por cambios de rasante, alineamiento u otros factores.factores.
CRECIMIENTO DE TRCRECIMIENTO DE TRÁÁFICOFICO
El pavimento debe ser diseEl pavimento debe ser diseññado para servir ado para servir adecuadamente la demanda del tradecuadamente la demanda del trááfico durante un fico durante un periodo de aperiodo de añños.os. Al Al aplicar los factores de crecimiento aplicar los factores de crecimiento hay que evitar exceder la capacidad de los vehhay que evitar exceder la capacidad de los vehíículos culos sobre la vsobre la víía, ya que esto acarreara, ya que esto acarrearíía un disea un diseñño o imnecesariamente conservador.imnecesariamente conservador.
El Crecimiento puede tomarse en el diseEl Crecimiento puede tomarse en el diseñño o empleando los Factores de Crecimiento mostrados en la empleando los Factores de Crecimiento mostrados en la Tabla IV-3.Tabla IV-3.
CAPACIDAD DE LA CARRETERACAPACIDAD DE LA CARRETERA..
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Es necesario considerar el numero de carriles Es necesario considerar el numero de carriles necesarios paranecesarios para satisfacer los volsatisfacer los volúúmenes de trafico inicial menes de trafico inicial durante el periodo de disedurante el periodo de diseñño.o.
ESTIMACIESTIMACIÓÓN DEL EALN DEL EAL El anEl anáálisis de trafico recomendado permite determinar el lisis de trafico recomendado permite determinar el
numero de aplicaciones de cargas equivalentes a un eje simple numero de aplicaciones de cargas equivalentes a un eje simple de 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinacide 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinacióón de los n de los espesores del pavimento. espesores del pavimento.
Factor CamiFactor Camióónn.-.- Es el numero de aplicaciones equivalente a una Es el numero de aplicaciones equivalente a una
carga por eje simple de 18,000 lbcarga por eje simple de 18,000 lb en una pasada de un en una pasada de un vehvehíículo dado.culo dado.
Factor Equivalencia de CargaFactor Equivalencia de Carga.-.- Es el numero de aplicaciones Es el numero de aplicaciones
equivalentes a una carga por eje simple de 18,000equivalentes a una carga por eje simple de 18,000 lb lb en una en una pasada de un eje dado.pasada de un eje dado.
Numero de VehNumero de Vehíículosculos.-.- Es el numero de vehEs el numero de vehíículos considerados.culos considerados. El EAL se calcula multiplicando, el numero de vehEl EAL se calcula multiplicando, el numero de vehíículos culos
en cada clase de peso, por el factor Camien cada clase de peso, por el factor Camióón apropiado y n apropiado y sumando los productossumando los productos
)ónFactorCamiadaClasehiculosdeCNúmerodeVe(EAL
LosLos F Factores Camiactores Camióón se determinan de los datos de n se determinan de los datos de distribucidistribucióón de los grupos de carga de los ejes usando losn de los grupos de carga de los ejes usando los Factores de Equivalencia de Carga (TABLA IV-4Factores de Equivalencia de Carga (TABLA IV-4). ). Un Un factor Camifactor Camióón se calcula multiplicando el numero de ejes n se calcula multiplicando el numero de ejes de cada rango de peso, por el Factor de Equivalencia de de cada rango de peso, por el Factor de Equivalencia de Carga apropiado, dividiendo la suma de los Carga apropiado, dividiendo la suma de los pproductos roductos por el numeropor el numero total de vehtotal de vehíículos involucrado.culos involucrado. El El procedimiento para calcular los Factores Camiprocedimiento para calcular los Factores Camióón se n se muestra en la figura IV muestra en la figura IV –– 2. 2.
hiculosNumerodeVe
)aargdeCuivalenciaFactordeEqeNumerodeEj(omPrónFactorCami
Los Factores Camión pueden calcularse para camiones Los Factores Camión pueden calcularse para camiones individuales de cualquier tipo ó para combinaciones de individuales de cualquier tipo ó para combinaciones de diferentes tipos de camiones como pueden ser diferentes tipos de camiones como pueden ser unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5 ejes.trailer de 5 ejes.
La Tabla IV-5 presenta Factores Camión típicos para una La Tabla IV-5 presenta Factores Camión típicos para una variedad de clasificaciones de camiones y carreteras en variedad de clasificaciones de camiones y carreteras en los EEUU.Estos factores camión fueron calculados de los los EEUU.Estos factores camión fueron calculados de los datos recolectados individualmente por diferentes datos recolectados individualmente por diferentes estados y recopilados pór la FHWA. Es necesario estados y recopilados pór la FHWA. Es necesario enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y que deberá usarse la información detallada de los que deberá usarse la información detallada de los conteos de tráfico locales, cuando estén disponibles.conteos de tráfico locales, cuando estén disponibles.
Las caracterízticas de la flota actual de vehículos está Las caracterízticas de la flota actual de vehículos está cambiando generalmente a medida que los vehículos cambiando generalmente a medida que los vehículos antiguos son reemplazados por otros de tecnologías antiguos son reemplazados por otros de tecnologías más modernas. más modernas.
(1)(1) Seleccione o determine los datos de entrada:Seleccione o determine los datos de entrada: (a)(a) Valor del trafico, EALValor del trafico, EAL (b)(b) Modulo de Resilencia de la Subrasante, MRModulo de Resilencia de la Subrasante, MR (c)(c) Tipos de base y de superficieTipos de base y de superficie (2)(2) D Determine los espesores de la construcción por etapas, de ser etermine los espesores de la construcción por etapas, de ser
apropiado. apropiado.
(3) (3) Prepare el diseño de la construcción por etapas, de ser apropiado.Prepare el diseño de la construcción por etapas, de ser apropiado.
(4) Efectúe un análisis económico de las diferentes alternativas de (4) Efectúe un análisis económico de las diferentes alternativas de diseño diseño
(5)(5) Seleccione el diseño finalSeleccione el diseño final
Los pasos 1 aLos pasos 1 a 3 se determinan automáticamente empleando el 3 se determinan automáticamente empleando el programa de computo HWY, en tanto que la evaluación programa de computo HWY, en tanto que la evaluación económica (paso 4) puede ser desarrollado empleando el económica (paso 4) puede ser desarrollado empleando el programa de computo LOCOST. Ambos programas están programa de computo LOCOST. Ambos programas están disponibles en el Instituto del Asfalto.disponibles en el Instituto del Asfalto.
DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO; TRAFICO, DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO; TRAFICO, SUBRASANTE Y MATERIALES SUBRASANTE Y MATERIALES
Los datos de ingreso comunes a los procedimientos de Los datos de ingreso comunes a los procedimientos de
diseño para los tres tipos de pavimentos son:diseño para los tres tipos de pavimentos son: (1) Determinación del trafico, EAL, expresado como el numero (1) Determinación del trafico, EAL, expresado como el numero
total de aplicaciones de carga por eje equivalente a 80 KN total de aplicaciones de carga por eje equivalente a 80 KN (18,000 lb) esperadas durante el periodo de diseño.(18,000 lb) esperadas durante el periodo de diseño.
(2)(2) Modulo de Resilencia de la Subrasante, Mr.Modulo de Resilencia de la Subrasante, Mr.
(3)(3) Tipos de bases asfálticas a considerar: concreto asfáltico, Tipos de bases asfálticas a considerar: concreto asfáltico, mezclas con asfaltos emulsificados Tipos I, II, ó III, O base o sub mezclas con asfaltos emulsificados Tipos I, II, ó III, O base o sub – base no tratadas– base no tratadas
FACTORES AMBIENTALESFACTORES AMBIENTALES
Las cartas de diseño presentadas en este manual Las cartas de diseño presentadas en este manual están basadas en tres tipos de condiciones ambientales están basadas en tres tipos de condiciones ambientales típicas en la mayor parte de Norteamérica. El programa típicas en la mayor parte de Norteamérica. El programa DAMA puede ser usado para el diseño de pavimentos bajo DAMA puede ser usado para el diseño de pavimentos bajo condiciones diferentes.condiciones diferentes.
En zonas donde existan suelos susceptibles al En zonas donde existan suelos susceptibles al
fenómeno de heladas y donde se encuentren severas fenómeno de heladas y donde se encuentren severas condiciones de temperatura bajas, es necesario remover condiciones de temperatura bajas, es necesario remover reemplazar tales suelos o tomar ciertas precauciones antes reemplazar tales suelos o tomar ciertas precauciones antes del inicio de la construcción del pavimento. En climas del inicio de la construcción del pavimento. En climas extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben ser extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben ser diseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una diseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una adecuada rigidez a altas temperaturas.adecuada rigidez a altas temperaturas.
Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a
la temperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de la temperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de asfaltos de acuerdo a las condiciones de temperatura asfaltos de acuerdo a las condiciones de temperatura prevalecientes. La tabla VI-1 recomienda grado de asfalto prevalecientes. La tabla VI-1 recomienda grado de asfalto para diferentes condiciones de temperatura.para diferentes condiciones de temperatura.
Frio, Temperatura promedio anualAnual < 7C
AC – 5AR – 2000
Pen 120 / 150
AC – 10AR – 4000
Pen 85/100
Templado, temperatura promedioAnual entre 7C y 24C
AC – 10AR – 4000Pen 85/100
AC – 20AR – 8000Pen 60/70
CONDICION DE TEMPERATURA * GRADO DE ASFALTO
Calido temperatura promedio annual> 24C
AC – 20AR – 8000
Pen 60/70
AC – 40AR – 16000
Pen 40/50
TABLA VI-1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL GRADO DE ASFALTO
TABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRETABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASES CON ASFALTO EMULSIFICADOBASES CON ASFALTO EMULSIFICADO
TRAFICO DE DISEÑO MILIMETROS TIPOS II y III* TRAFICO DE DISEÑO MILIMETROS TIPOS II y III*
(EAL) PULGADAS (EAL) PULGADAS
10 50 210 50 2
10 50 210 50 2
10 75 310 75 3
10 100 410 100 4
10 130 510 130 5
* Se pueden usar concreto asfáltico o mezclas con asfalto emulsificado Tipo * Se pueden usar concreto asfáltico o mezclas con asfalto emulsificado Tipo I con un tratamiento de superficie, sobre capas de base con asfalto I con un tratamiento de superficie, sobre capas de base con asfalto
emulsificado Tipos II o III.emulsificado Tipos II o III.
80 KN18, 000-lb
100 KN22,400-lb
44 KN10,000 - lb
1EAL
2.2EAL
.09EAL
(a)
151 kn 34,000 Lbs 1.10
151 kn 34,000 Lbs
1.10
54 kn12,000 Lbs 0.19
+ + =
Peso Bruto 356 kN 80,000 lbFactor Camion 2.39
67 kn15,000 lbs 0.48
27 kn6,000 lbs 0.01
+ =
Peso Bruto 94 kn 21,000 lbFactor Camion 0.49
Figura IV-1- Factores de Equivalencia de Carga
(b)
