I.- METODA AASHTO 1986/1993El procedimiento de diseo recomendado por la AASHTO (American Association of state highway and transportation officials) est basado en los resultados de los extensivos ensayos de carretera AASHTO llevados a cabo en Ottawa, Illinois, a finales de los aos 50 y a comienzos de los aos 60. El comit de diseo de la AASHTO public primero una gua de diseo provisional en 1961.Fue revisado en 1972 y 1981. En 1984-85, el sub comit de diseo de pavimentos y el equipo de consultores revisaron y expandieron la gua bajo el proyecto NCHRP 20-7/24 y publicaron la gua actual en 1986. Las ecuaciones de desempeo empricos obtenidos del ensayo de carreteras AASHTO son todava usados como modelo bsicos en la actual gua pero fueron modificados y extendidos para hacerlas aplicables a otras regiones de la nacin.Se debe tener en cuenta que las ecuaciones originales fueron desarrolladas bajo determinados escenarios climticos y con un conjunto especifico de materiales de pavimentos y suelos de subrasante. El clima en el lugar de ensayo es templado con un promedio anual de precipitacin de 864mm. La profundidad promedio de congelamiento es aproximadamente 711mm. Los suelos de subrasante consisten en A-6 y A-7-6 que son suelos mal drenados con valores de CBR en un rango de 2 a 4.Este mtodo, es el que se viene aplicando con mayor aceptacin, ya que tiene como base una fuente de informacin experimental, el cual consiste en determinar el numero estructural SN requerido por el pavimento a fin de soportar el volumen de transito en forma satisfactoria durante el periodo de diseo. Para determinar el SN, se debe terne en cuenta los siguientes factores: Nivel de confiabilidad, ndice de servicialidad y el tipo de suelo de fundacin.I.1.- PROCEDIMIENTO DE DISEO. Calcular el trafico para el periodo de diseo (W18) Determinar la confiabilidad R y la desviacin estndar total S. Establecer el modulo de resistencia efectiva de la subrasante Mr. Determinar la prdida de serviciabilidad de diseo. Obtener el nmero estructural SN ( baco o frmula) Establecer los espesores que satisfacen SN.Determinar trfico de diseo W18Medir o estimar el modulo resilente efectivo de la subrasante MrMedir las propiedades de la carpeta base y sub base y establecer las caractersticas de capa a1, a2, a3Determinar los coeficientes de drenaje m1,m2Determinar la serviciabilidad inicial y final P0, PtCalcular nmero estructural SNEstablecer la confiabilidad (Z) y la desviacin estndar S0Calcular espesores de diseo D1, D2, D3Anlisis econmicoDiseo final

I.1.a.- CONFIABILIDAD Y VARIABILIDAD.La confiabilidad en el diseo de pavimentos (Zr) es la probabilidad de que el sistema estructural que forma el pavimento cumpla su funcin prevista bajo las condiciones que tiene lugar en ese lapso.Confiabilidad = R (%) = 100 x Probabilidad (Nt > NT) La variabilidad (S0) se refiere a las variantes en las mediciones de los parmetros que se define en el diseo con respecto a los valores que se obtienen en el terreno de forma real. Por lo tanto las solicitaciones de diseo para un determinado nivel de confiabilidad se puede estimar como.

Log (ESALs diseo) = Log (NT) +ZrSo

Cuando se considera la variacin del trfico proyectado (junto con otras variables asociadas con los mdulos de comportamiento del pavimento) el valor que se adopta es 0.39 para pavimentos rgidos y 0.49 para pavimentos flexibles. Cuando no se considera la variacin del trfico proyectados se emplea 0.34 para pavimentos rgidos y 0.44 para pavimentos flexibles. El rango de valores es:0.30 a 0.40 pavimentos rgidos0.40 a 0.50 pavimentos flexibles. La confiabilidad pretende incorporar algn grado de certidumbre al procedimiento de diseo, para asegurar que las diferentes alternativas de este se mantengan para el periodo de anlisis. El factor de confiabilidad de diseo tiene en cuenta variaciones al azar tanto en la prediccin del trnsito como en la prediccin del comportamiento y por lo tanto proporciona un nivel predeterminado de confianza (R) en que los tramos del pavimento sobrevivirn el periodo para el cual fueron diseados. En general a medida que crece el volumen del trnsito, la dificultad que presenta el trnsito divergente y la expectativa pblica de disponibilidad aumentan el riesgo de no cumplir con dichas expectativas, debe ser minimizado. Esto se logra escogiendo niveles mayores de confiabilidad. La tabla adjunta presenta niveles de confiabilidad recomendables para clasificaciones funcionales diferentes. Obsrvese que los niveles ms elevados corresponden a las vas que reciben el mayor uso, mientras que las de nivel ms bajo, el 50% corresponden a las carreteras locales.Los valores So desarrolladas en el AASHTO ROAD TEST no incluyeron error por el trnsito. Sin embargo, el error en la prediccin del comportamiento desarrollado en el tramo de ensayo fue de 0.35 para los pavimentos flexibles lo cual corresponde a una desviacin estndar total de 0.45.

NIVELES DE CONFIABILIDAD SUGERIDAS PARA DIFERENTES CARRETERAS

Clasificacin funcionalNivel de confiabilidad recomendado

Urbanarural

Autopista interestatal85 99.980 99.9

Arterias principales80 - 9975 95

Colectoras de trnsito80 - 9575 95

Carreteras locales50 - 8050 - 80

I.1.b.- EFECTOS AMBIENTALES.

La actual gua de diseo de la AASHTO tiene en mente los efectos que sobre el comportamiento de un pavimento tiene los factores ambientales. Los cambios de temperatura y humedad, por ejemplo pueden tener efecto 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.I.2.- CRITERIOS DE COMPORTAMIENTO.I.2.a.- SERVICIABILIDAD.La serviciabilidad de un pavimento se define como la idoneidad que tiene el mismo para servir a la case de trnsito que la va a utilizar. La mayor forma de evaluarla es a travs del ndice de servicio presente (PSI Present, Serviciability Index), el cual vara entre 0 (carretera imposible) hasta 5 (carretera perfecta). La filosofa bsica del diseo en el concepto del comportamiento y capacidad de servicio, el cual proporciona un medio para disear un pavimento con base en un volumen especfico de trnsito total, y con u nivel mnimo de serviciabilidad deseado, al final del periodo de diseo.La escogencia de un ndice ms bajo que puede tolerarse antes de que sea necesario un refuerzo o una rehabilitacin, la AASHTO sugiere un valor 2.5 para las autopistas y vas principales y 2.0 para las dems carreteras.Teniendo en cuenta que la serviciabilidad final de un pavimento (Pt) depende del trnsito, del ndice de servicio inicial (Po), es necesario hacer una determinacin de este ltimo.En el ensayo AASHTO, se obtuvo un valor de 4.2 para los pavimentos flexibles, pero cada entidad podr elegir un valor apropiado para sus condiciones y caractersticas constructivas.Una vez establecido Po Pt, se aplica la siguiente ecuacin para definir el cambio total en el ndice de servicio.PSI = Po PtNIVELES DE SERVICIABILIDAD FINALNiveles de serviciabilidad final% de usuarios que consideran inaceptables este nivel de serviciablidad

312

2.555

285

I.3.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.

I.3.a.- MDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE.La base para la caracterizacin de los materiales de subrasante en este mtodo, es el mdulo resiliente o mdulo elstico.Este modulo se determina con un equipo especial que no es de fcil adquisicin y por tal motivo se han establecido correlaciones para determinar a partir de otros ensayos. HEUKELOM y KLOMP, han encontrado una relacin entre el Mr medido en el campo y el CBR de laboratorio para la misma densidad.Mr(Psi) = 1500 CBR

Expresin que se considera razonablemente aproximada para suelos finos con un CBR sumergido no mayor de 10.

I.3.b.- CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES DEL PAVIMENTO.

La caracterizacin de las diversas capas del pavimento se efecta a travs de sus mdulos de elasticidad, obtenidos por ensayos normalizados de laboratorio.El mtodo no presenta requisitos especficos respecto de la calidad de los materiales de sub base, resultando aceptable cualquier material convencional. El uso de la sub base en este mtodo requiere el empleo de un coeficiente de capa (a3), para convertir su espesor en un numero estructural (SN), que es el indicativo del espesor total requerido de pavimento.En relacin con la base este podr ser granular o estabilizada y los requisitos de calidad deben ser superiores a los de sub base. El material estar representado por un coeficiente (a2) que permite convertir su espesor real a su nmero estructural.Respecto a la capa de rodadura, consistir en una mezcla de agregados ptreos y un producto bituminoso.La mescla 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 provenga la penetracin del agua superficial.Concreto asfaltico EA: 350,000;400,000 ; 450,000 psiBase granular EBS: 30000; 30345 psiSub base granular EBS: 15000; 11050 psi

I.3.c.- COEFICIENTES DE CAPA.El mtodo asigna a cada capa del pavimento un coeficiente (Di), los cuales son requeridos para el diseo estructural normal de los pavimentos flexibles. Estos coeficientes permiten convertir los espesores reales a nmeros estructurales (SN), siendo cada coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para funcionar como parte de la estructura del pavimento. El mtodo presenta cinco (5) categoras de estos coeficientes, de acuerdo con el tipo y funcin de la capa considerada: concreto asfaltico, base granular, sub base granular, base tratada con cemento y base asfltica.-CONCRETO ASFALTICO.La figura 1.0 proporciona un grfico que puede emplearse para estimar el coeficiente (a1) de la capa estructural de una rodadura de concreto asfaltico de gradacin densa, con base a su modulo elstico (resiliente) a 20 C (68 F).- BASES GRANULARES. La figura 2.0 muestra un grafico que puede emplearse para estimar el coeficiente estructural (a2), a partir de una de cuatro resultados de ensayos diferentes de laboratorio sobre un material granular de base, incluyendo el mdulo resiliente de la base.-Bases estabilizadas.La figura 3.0 muestra el grafico que puede ser empleada para hallar el coeficiente a2 de una base de suelo cemento a partir de su mdulo elstico o de su resistencia a la compresin a 7 das y la figura 4.0 presenta el baco para hallar el coeficiente correspondiente a bases asflticas, en funcin de su mdulo o su estabilidad MarshalSUB BASES GRANULARES.El la figura 5.0 es posible determinar el coeficiente (a3) para sub bases granulares, en funcin de los mismos ensayos considerados para bases granulares.

I.4. CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO.I.4.a.-DRENAJE. A pesar de la importancia que se concede al drenaje en el diseo de carreteras los mtodos corrientes de dimensionamiento de pavimentos incluye con frecuencia capas de base de baja permeabilidad y consecuentemente de difcil drenaje. El mtodo deja en libertad al ingeniero de diseo para identificar cual nivel o calidad de drenaje se logra bajo una serie especifica de condiciones de drenaje.Se dan a continuacin las definiciones generales correspondientes para diferentes niveles de drenaje de la estructura del pavimento.Calidad de drenajeTrmino para remocin del agua

Excelente2 horas

Buena1 da

Aceptable1 semana

Pobre1 mes

Muy pobre(el agua no drena)

El tratamiento para el nivel esperado de drenaje de un pavimento flexible se logra a travs del empleo de coeficientes de capas modificadas; esto es, se podra usar un coeficiente de capa efectivo ms alto para mejorar las condiciones de drenaje. El factor de modificacin del coeficiente de capa se denomina mi y ha sido integrado dentro de la ecuacin del numero estructural (SN) a partir del coeficiente de capa (ai) el del espesor (di).La tabla siguiente muestra los valores que recomienda la AASHTO para mi de acuerdo con la calidad del drenaje y el tiempo en el ao durante el cual se espera que el pavimento este normalmente expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturacin el cual se espera que el pavimento este normalmente expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturacin. Los factores que muestra dicha tabla son aplicables solamente a capas granulares.Valores de mi recomendados para modificar los coeficientes de capas de base y sub base granular.

Calidad del drenaje% de tiempo de exposicin de la estructura del pavimento a nivel de humedad prximas a la saturacin.

< 1%1 5 %5 25 %> 25 %

Excelente1.40 1.351.35 1.301.30 1.201.20

Bueno1.35 1.251.25 1.151.15 1.001.00

Aceptable1.25 1.151.15 1.051.00 0.800.80

Pobre1.15 1.051.05 0.800.80 0.600.60

Muy pobre1.05 0.950.95 0.750.75 0.400.40

I.4.- DISEO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO.Este mtodo de diseo es aplicable para vas con transito superior a 0.05x106 ejes equivalentes de 8.2 toneladas y la ecuacin utilizada para el diseo de pavimentos flexibles, derivada de la informacin obtenida empricamente para la AAHSTO ROAD TEST es:LogW18 = ZRxSo + 9.36Log (SN+1) 0.20 + Log(PSI/4.2 1.5)/0.40+(1.094/(SN+1)5.19)+ 2.32 LogMr 8.07Donde:W18= Nmero estimado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas.ZR= Desviacin estndar normal.So= Error estndar combinado de la prediccin del transito y de la prediccin del comportamiento.PSI= Diferencia entre el ndice de servicio inicial (Po) y el final (Pt)MR= Modulo resilienteSN= a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3Determinacin del nmero estructuralLa grafica de diseo recomendado por la AASHTO (fig. 6.0) permite la obtencin del nmero estructural, a partir de los siguientes parmetros.1. Transito estimado durante el periodo de diseo W18.2. Nivel de confiabilidad (R). debe recordarse que la aplicacin de este nivel implica la utilizacin de promedios en los datos de entrada.3. La desviacin estndar total (So).4. El modulo resiliente de la subrasante (Mr).5. La perdida de nivel de servicio durante el periodo de diseo PSI = Po PtSELECCIN DE LOS ESPESORES DE CAPA.Determinado el nmero estructural, el paso siguiente consiste en identificar un conjunto de capas cuyos espesores, convencionalmente combinados, proporcionan la capacidad portante correspondiente a dicho SN. La formula a usar es:SN = a1D1 + a2M2D2 + a3M3D3Siendo:ai = coeficiente estructural de la capa idi = espesor de la capa i en pulgadas.mi = coeficiente de drenaje de la capa i

Debido a que generalmente es imprctico y antieconmico la colocacin de capas de pavimento muy delgadas, el mtodo recomienda los siguientes mnimos.Espesores mnimos (pulg.)

N de ejes equivalentes (millones)Concreto AsflticoBase Granular

< 0.051.0 a TSD4

0.05 0.152.04

0.15 0.502.54

0.50 2.003.06

2.00 7.003.56

> 7.004.06

La AASHTO advierte, no obstante, que estos mnimos pueden ser variados de acuerdo a las condiciones locales y la experiencia de cada entidad.Anlisis del diseo por capasSiendo el pavimento un sistema multicapa, la distribucin de los espesores debe hacerse de acuerdo con los principios que se muestran en la figura,7.0

bacos y curvas de diseo del Mtodo AASHTO.

Figura N 01.- Grafica para hallar a1 en funcin del modulo resiliente del concreto asfaltico.

a2 = 0.249(logEBG) 0.977Grafica N 02.- Variacin del coeficiente de capa de base granular, a2, con diferentes parmetros de diferencia de la sub base.Fuente: Reproducido de AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 1993.

Grafica N 03.- Variacin de a2 en bases tratadas con cemento para diferentes parmetros de resistencia.

Grafica N 04.- Variacin de a2 en bases tratadas con asfalto para diferentes parmetros de resistencia.

a3 = 0.227 (log(ESB)) - 0.839

Grafica N 05.- Variacin del coeficiente de capa de sub base granular, a3, con diferentes parmetros de diferencia de la sub base.Fuente: Reproducido de AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 1993.

ECUACION DEL NOMOGRAMA

W18RSoMRPSI

Grafica N 06.- Nomograma de diseo para pavimentos flexibles usando valores medios para cada dato.Fuente: Reproducido de AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 1993.

Grafica N 07.- Procedimiento para determinar espesores de capa usando un mtodo de anlisis por capas.Fuente: Reproducido de AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 1993.