04PP_DiseÃ±os_Flexible

MECANICA DE ROCAS

DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Y SEMIRIGIDOSUniversidad de CuencaPAVIMENTOS1IntroduccinMtodos totalmente empricos: generalmente se emplean factores de seguridad muy altos, lo significa espesores excesivos para las necesidades verdaderas de la va. Mtodos semi empricos: basados en ensayos arbitrarios correlacionados con teoras ms o menos razonables. Ejemplo; Mtodos basados en el CBR.Mtodos racionales: basados en consideraciones tericas sobre distribucin de esfuerzos y deformaciones. Ejemplo; Instituto del Asfalto

Universidad de CuencaPAVIMENTOS2DefinicionesPeriodo de diseo estructural: Es el lapso durante el cual la estructura que se disea deber funcionar con un nivel de serviciabilidad superior al mnimo sin requerir de acciones de conservacin diferentes a la de un mantenimiento rutinario.Periodo de anlisis econmico: Es el lapso en el cual se analizan los costos asociados a la operacin de la va. Involucra una o varias rehabilitaciones de la estructura que implican dos o mas ciclos de vida del pavimento.Universidad de CuencaPAVIMENTOS3Universidad de CuencaPAVIMENTOS4

DefinicionesConservacin Rutinaria (CR): Es el conjunto de actividades que se realizan en forma permanente y sistemtica y que consisten en:Limpieza de cunetas, alcantarillas, y dems obras de drenaje superficial y subdrenajeLimpieza de bermasRocera de talud y zonas lateralesEventual parcheo localizadoUniversidad de CuencaPAVIMENTOS5DefinicionesRehabilitacin: Una vez que el pavimento ha cumplido su periodo de diseo estructural y se supone este ha llegado al ndice de Serviciabilidad terminal es necesario Rehabilitar la estructura para que preste un servicio satisfactorio durante un nuevo ciclo de vida. Esta rehabilitacin consiste generalmente en la construccin de una o ms capas para aumentar el soporte estructural y el ndice de serviciabilidad.

Universidad de CuencaPAVIMENTOS6Ejemplos de Intervencin de RehabilitacinR1: Corte + 15 cm de base granular + TSDR2: Corte + 20 cm de base granular + TSDR3: Riego de Liga + 5 cm de MAF (Mezcla Asfltica en Frio) + LA-2R4: Riego de Liga + 6 cm de MAF + LA-2Universidad de CuencaPAVIMENTOS7Mtodos de DiseoMtodo Emprico de basado en Estructuras TipoMtodo del Instituto de AsfaltoMtodo de la AASHTO

Universidad de CuencaPAVIMENTOS8Mtodo Emprico de basado en Estructuras TipoUniversidad de CuencaPAVIMENTOS9Mtodo Emprico de basado en Estructuras TipoUniversidad de CuencaPAVIMENTOS10Categora de la vaIIIIIIEspecialDescripcinAutopista interurbanas, caminos interurbanos principalesColectoras interurbanas, caminos rurales e industriales principalesCaminos rurales con trnsito mediano, caminos estratgicosPavimentos especiales e innovacionesImportanciaMuy importanteImportantePoco importanteImportante a poco importanteTPD>5000 100 - 10000 15Suelos grueso de origen gneo, depsitos aluviales recientes, algunos depsitos de arena elicasUniversidad de CuencaPAVIMENTOS16Estrategias de RehabilitacinPara 0.5 < N < 2.0x106:Opcin 1: Parcheo de las reas deterioradas de la calzada y 5 cm de mezcla densa en calienteOpcin 2: Parcheo de las reas deterioradas de la calzada y 8 cm de mezcla densa en frioPara 2 < N < 6.0x106:Parcheo de las reas deterioradas de la calzada y 10 cm de mezcla densa en caliente, en una sola capa

Universidad de CuencaPAVIMENTOS17Estrategias de RehabilitacinPara 6.0 < N < 10x106:Parcheo de las reas deterioradas de la calzada y 12 cm de mezcla densa en caliente, colocados en una sola capaPara N > 10x106:Parcheo de las reas deterioradas de la calzada y 15 cm de mezcla densa en caliente, colocados en dos capas

Universidad de CuencaPAVIMENTOS18Universidad de CuencaPAVIMENTOS19

Universidad de CuencaPAVIMENTOS20


Carta No.1 Regin 1 (R1)TMAP 10712.5Procedimiento de diseo* Para pavimentos con espesor completo de concreto asfaltico o base estabilizada con emulsin, se requiere un espesor mnimo de 10 cm.Universidad de CuencaPAVIMENTOS52Bases de tipo granularNivel de trnsito (N)Condicin de transitoEspesor mnimo (I y II) cm < 104Transito liviano7.5* 104 106Transito medio10.0 > 106Transito medio a pesado12.5Espesor completo de concreto asflticoUniversidad de CuencaPAVIMENTOS53

Base Estabilizada con Emulsin Tipo IUniversidad de CuencaPAVIMENTOS54

Base Estabilizada con Emulsin Tipo IIUniversidad de CuencaPAVIMENTOS55

Base Estabilizada con Emulsin Tipo IIIUniversidad de CuencaPAVIMENTOS56

Base granular de 10 cm de espesorUniversidad de CuencaPAVIMENTOS57






Ejercicio de Aplicacin:Disear un pavimento para una va de dos carriles en la que se espera un trnsito promedio diario inicial de 700 vehculos, de los cuales un 40% son vehculos comerciales. La tasa anual de crecimiento del trnsito se estima en 8%. Se ha previsto un periodo de diseo de 10 aos. El factor camin de la va es de 1.5. El suelo de subrasante es una arena arcillosa cuyo CBR es de 9%.Universidad de CuencaPAVIMENTOS63Ejercicio de Aplicacin:Solucin: N= 1.15x106. Mr=100(9)=900 kg/cm2Universidad de CuencaPAVIMENTOS64

Espesor completo de concreto asflticoUniversidad de CuencaPAVIMENTOS65

AlternativasEspesor pleno de concreto asfltico (21 cm)Base estabilizada con emulsin asfltica:Tipo I. (22.5 cm)Tipo II. (26 cm, espesor mnimo de concreto asfaltico 10 cm, base 26-10=16cm)Tipo III. (31, esp.min. 10 cm, base = 21 cm)Capas granulares.Capa granular de 10 cm, (17 cm concreto)Capa 30 (15 base, 15 subbase), (14 cm de concreto)Universidad de CuencaPAVIMENTOS66Mtodo de la AASHTOPavimentos FlexiblesUniversidad de CuencaPAVIMENTOS67Ecuacin de la AASHTO para Pavimentos FlexiblesUniversidad de CuencaPAVIMENTOS68

Mtodo de la AASHTOEste mtodo nace a partir de los resultados del AASHO Road Test. Las variables para el diseo consideradas son:a) Restricciones de tiempo: Se incluye los periodos de diseo y anlisis econmico. El mtodo permite seleccionar diversas estrategias de diseo, desde estructuras construidas para que duren todo el periodo de anlisis hasta construidas por etapas con una estructura inicial y colocacin de sobrecapas.Universidad de CuencaPAVIMENTOS69Mtodo de la AASHTOb) El trnsito: se basa en el nmero de ejes equivalentes de 8.2 ton (18Kips) en el carril de diseo (W18 o N) c) Confiabilidad: es la probabilidad de que una seccin diseada usando dicho mtodo, se comportara satisfactoriamente bajo las condiciones de transito y ambientales durante el periodo de diseo. Este factor tiene en cuenta variaciones tanto en la prediccin del transito como en la del comportamiento, proporcionando un nivel de confianza (R).Universidad de CuencaPAVIMENTOS70ConfiabilidadA medida que crece el volumen del transito, se esperan mayores divergencias de los resultados, aumentando el riesgo de no cumplir con la expectativa publica de seguridad, lo cual debe ser minimizado. Esto se logra escogiendo niveles mayores de confiabilidad. Los niveles mas elevados corresponden a las vas que reciben mayor uso.Universidad de CuencaPAVIMENTOS71ConfiabilidadNiveles de confiabilidad sugeridos para diferentes carreteras (AASHTO)ClasificacinNivel de confiabilidad recomendadoUrbanaRuralAutopistas interproviciales y otras85 99.980 99.9Arterias principales80 9975 95Colectoras de transito80 9575 95Carreteras locales50 8050 80Universidad de CuencaPAVIMENTOS7272Desviacin Estndar (So)Los valores de desviacin estndar (So) desarrollados en la AASHO Road Test no incluyen error por el trnsito. El error en la prediccin del comportamiento desarrollado en el tramo de ensayo fue de 0.35 para pavimentos flexibles, lo cual corresponde a una desviacin estndar total de 0.45Valores tpicos de So son de 0.40 a 0.50 para pavimentos flexibles y de 0.35 a 0.40 para pavimentos rgidos.Universidad de CuencaPAVIMENTOS73Mtodo de la AASHTOd) Efectos ambientales: los cambios de temperatura y humedad, pueden tener efectos sobre la resistencia, la durabilidad y la capacidad de resistir cargas de los materiales del pavimento y de la subrasante.Otro impacto ambiental importante es el efecto directo que la expansin de la subrasante puede tener sobre la perdida de la calidad de la rodadura y la serviciabilidad.Universidad de CuencaPAVIMENTOS74Mtodo de la AASHTOLa serviciabilidad de un pavimento se define como la idoneidad que tiene el mismo para servir a la clase de transito que lo va a utilizar. Se evala a travs del ndice de servicio presente(PSI) el cual varia de 0(intransitable) hasta 5 (carretera perfecta). El criterio se base en obtener al final del periodo de diseo un nivel mnimo de serviciabilidad.La AASHTO sugiere un valore de 2.5 para las autopistas y vas principales y 2.0 para las dems carreteras.Universidad de CuencaPAVIMENTOS75Mtodo de la AASHTOTeniendo en cuenta que la serviciabilidad final de un pavimento (Pt) depende del transito y del ndice de servicio inicial (Po), es necesario una determinacin del Po.Del ensayo AASHO se obtuvo el valor de 4.2 para pavimentos flexibles, y 4.5 para pavimentos rgidos.El cambio total en el ndice de servicio es:Universidad de CuencaPAVIMENTOS76

Propiedades de los MaterialesMdulo Resiliente Mr (elstico) de la subrasante: se emplea para caracterizar la subrasante. El mdulo se determina con un equipo especial por tal motivo se han establecido correlaciones para determinarlo a partir de otros ensayos.El valor de soporte efectivo de la subrasante se determina en funcin de las variaciones climticas. En base al valor Mr estacional se determina el dao relativo (uf) que pondera las caractersticas de los suelos a las condiciones climticas.Universidad de CuencaPAVIMENTOS77Propiedades de los MaterialesCaractersticas de los materiales del pavimento: la caracterizacin de las diversas capas se efecta a travs de sus mdulos de elasticidad.El mtodo no presenta caractersticas especificas de la calidad de la subbase. El uso de la subbase requiere del empleo de un coeficiente de capa (a3) para convertir su espesor en un nmero estructural (SN).Universidad de CuencaPAVIMENTOS78Propiedades de los MaterialesLa base podr ser granular o estabilizada y los requisitos de calidad deben ser, superiores a los de subbase. El material es representado por un coeficiente (a2).La capa de rodadura podr consistir de una mezcla de agregados ptreos y un producto bituminoso. EL coeficiente de la capa de rodadura es (a1).Universidad de CuencaPAVIMENTOS79Propiedades de los MaterialesLa mezcla se deber disear y construir de modo que no solo preste una funcin estructural, sino que adems, resista la fuerza abrasiva del trnsito, proporcione una superficie antideslizante y uniforme y prevenga la penetracin del agua superficial.

Universidad de CuencaPAVIMENTOS80Coeficiente de capaEl mtodo asigna a cada capa un coeficiente (ai), estos coeficientes permiten convertir los espesores reales a nmeros estructurales, siendo cada coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para funcionar como parte de la estructura del pavimento.El mtodo contempla 5 categoras de acuerdo al tipo y funcin de la capa considerada:Los coeficientes de cada capa se pueden estimar en base al modulo elstico del material u otra propiedad, mediante diagramas.

Universidad de CuencaPAVIMENTOS81Diagramas de DiseoConcreto asfltico (a1)Base granular (a2)Base tratada con cemento (a2)Base asfltica (a2)Subbase granular (a3)Universidad de CuencaPAVIMENTOS82

Coeficiente a1Universidad de CuencaPAVIMENTOS83y = -9E-13x2 + 1E-06x + 0.0821R = 0.9993Universidad de CuencaPAVIMENTOS84Coef. a2 Base Granular

Universidad de CuencaPAVIMENTOS85Coeficiente a2Base tratada con Cemento

Universidad de CuencaPAVIMENTOS86Coeficiente a2Base tratada con Asfalto

Universidad de CuencaPAVIMENTOS87Coeficiente a3 Subbase

Drenaje:El mtodo deja la libertad de seleccionar cual nivel o calidad de drenaje se logra tomando en cuenta una serie especifica de condiciones de drenaje.:

Universidad de CuencaPAVIMENTOS88Calidad del drenajeTrmino para remocin del aguaExcelente 2 horasBuena1 daAceptable1 semanaPobre1 mesMuy PobreEl agua no drenaFactor de modificacin del coeficiente de drenaje (mi)Universidad de CuencaPAVIMENTOS89Calidad de drenaje% de tiempo de exposicin de la estructura del pavimento a nivel de humedad prximo a la saturacin< 1%1 -- 5 %5 -- 25%> 25%Excelente1.40 1.351.35 1.301.30 1.201.20Bueno1.35 1.251.25 1.151.15 1.001.00Aceptable1.25 1.151.15 1.051.00 0.800.80Pobre1.15 1.051.05 0.800.80 0.600.60Muy Pobre1.05 0.950.95 0.750.75 0.400.40Diseo EstructuralEl mtodo es recomendado para vas con trnsito superior a 0.05x106 ejes equivalentes de 8.2 ton y la ecuacin utilizada deriva de la informacin obtenida empricamente por la AASHO Road Test.Universidad de CuencaPAVIMENTOS90

Ecuacin de Anlisis:W18 = Numero estimado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladasZR = Desviacin estndar normalS0 = Error estndar combinado de la prediccin del transito y de la prediccin del comportamientoDPSI = Diferencia entre el ndice de servicio inicial (Po) y el final (Pt)MR = Modulo ResilienteSN = a1D1 + a2m2D2 + a3D3m3Universidad de CuencaPAVIMENTOS91Ecuacin de Anlisis:ai = Coeficiente estructural de la capa i, el cual depende de la caracterstica del material Di = Espesor de la capa i en pulgadasmi = Coeficiente de drenaje de la capa i.

El SN es un nmero abstracto que expresa la resistencia estructural de un pavimento requerido para una combinacin dad de soporte del suelo, del transito total, de la serviciabilidad terminal y de las condiciones ambientales.Universidad de CuencaPAVIMENTOS92Determinacin del SNEl nmero estructural se determina a partir del diagrama presentado por la AASHTO, el cual considera los siguientes parmetros.Trnsito estimado en el periodo de diseoEl nivel de confiabilidad (R)La desviacin estndar total (S0)El modulo resiliente de la subrasante (MR)La perdida de nivel de servicio durante el periodo de diseo (DPSI)

Universidad de CuencaPAVIMENTOS93Universidad de CuencaPAVIMENTOS94

Consideraciones de DiseoUniversidad de CuencaPAVIMENTOS95

Seleccin de los espesoresDeterminado el nmero estructural, el paso siguiente consiste en identificar un conjunto de capas cuyos espesores, convenientemente combinados, proporcionen la capacidad portante correspondiente a dicho SN.SN = a1D1 + a2m2D2 + a3D3m3Esta expresin presenta muchas combinaciones tcnicamente validas. Para la seleccin se debe considerar los costos.

Universidad de CuencaPAVIMENTOS96Espesores mnimosDebido a que es imprctico y antieconmico capas muy delgadas, el mtodo recomiendo los siguientes espesores mnimos (pulgadas).

Universidad de CuencaPAVIMENTOS97# de ejes equivalentes (millones)Concreto AsflticoBase Granular< 0.051.0 o TSD40.05 0.152.040.15 0.502.540.50 2.003.063.00 7.003.56> 7.004.06Mtodo de la AASHTOEl primer paso es calcular el SN requerido sobre la subrasante. Luego se hallan los SN necesarios sobre las capas de subbase y base, usando los valores aplicables de resistencia en cada caso.El SN mximo admisible para el material de subbase debe ser igual a la diferencia entre el SN total y el que se requiere sobre dicha capa. De igual forma se determina para la otras capas.Universidad de CuencaPAVIMENTOS98Espesores ConsideradosUniversidad de CuencaPAVIMENTOS99

* Valor ha ser empleados en base a los espesores mnimosEjercicio de Aplicacin:Disear un pavimento flexible para un periodo de 15 aos y en el cual se espera un transito promedio diario inicial de vehculos comerciales de 388 en dos carriles, con un crecimiento de transito de 3% anual y un factor camin de 1.5. Teniendo en cuenta que se trata de una va rural, se asume un coeficiente de confiabilidad de 90% y una desviacin estndar de 0.45Universidad de CuencaPAVIMENTOS100Ejercicio de Aplicacin:Se espera que la calidad de la construccin sea tal que el ndice de servicio inicial sea de 4.3 y se ha seleccionado un ndice final de 2.0.El suelo de la subrasante tiene un CBR = 5%.Los materiales disponibles para las capas de subbase y base granular tienen un CBR de 25 y 80%. El valor de mi = 1.15El modulo elstico del concreto asfaltico es de 25000 kg/cm2 (350.000 psi)Universidad de CuencaPAVIMENTOS101Solucin: DeterminarDeterminar el factor trnsito:

Modulo resiliente de la subrasante:Modulo resiliente de las capas de subbase y base y coeficientes ai (diagrama):


DeterminarSN (subrasante) diagrama

Espesor D1 de concreto a partir del Modulo Resiliente de la base


DeterminarEspesor D2 de la base granular a partir del Modulo Resiliente de la subbase


DeterminarEspesor D3 de la subbase granular a partir del Modulo Resiliente de la subbase

Solucin: Concreto Asfaltico (E1=350.000 psi) = 6; Base Granular (CBR=80%) = 6; Subbase Granular (CBR=25%) = 5.


http://www.pavementinteractive.org/article/1993-aashto-flexible-pavement-structural-design/

04PP_DiseÃ±os_Flexible

Documents

Transcript of 04PP_DiseÃ±os_Flexible