ECUACIÓN DE LA GUIA AASHTO 1993

W18 : número de aplicaciones de carga de 18 kips

ZR : área bajo la curva de distribución estandarizada para una confiabilidad R

So : desviación estándar de las variables

SN : número estructural

ΔPSI : pérdida de la serviciabilidad prevista en el diseño

MR : módulo resiliente de la subrasante

USANDO ABACOS.-

• Variables a considerar:

• Variables en función del tiempo • Variables en función del tránsito • Criterios para determinar la serviciabilidad • Confiabilidad (R) • Propiedades de los materiales • Drenajes • Subrasantes expansivas

Variables de tiempo.- Existen dos variables:

• Periodo de diseño.-

Tiempo total para el cual se diseña un pavimento en función

de la proyección del tránsito.

• La vida útil del pavimento.- Tiempo que transcurre entre la construcción del pavimento y

el momento en que alcanza la serviciabilidad mínima.

Periodos de Diseño recomendados.-

Tipo de Carretera Periodo de diseño

Autopista regional

Troncales suburbanas y rurales

Colectoras suburbanas y rurales

20 – 40 años

15 – 30 años

10 – 20 años

Fuente: Manual Centroamericano de Normas para el Diseño Geométrico de las Carreteras Regionales, SIRCA, 2001.

Variables en función del tránsito.-

• Es el número de repeticiones de ejes equivalentes de 18 kips

(80 KN) o ESAL´s. La conversión de una carga dada por eje

a eje equivalente o ESAL´s se hace a través de los factores

equivalentes de carga.

Tránsito

• Para el cálculo de ejes simples equivalentes (ESAL) para el

diseño se debe considerar:

- La clasificación vehicular, IMD, tasa de crecimiento,

periodo de diseño, factores de equivalencia por ejes, factor

de dirección y el factor de carril.

Tránsito

• Factor de distribución por dirección.-

• Factor de distribución por carril.-

Nº Carriles en

ambas direcciones

% de camiones en

el carril de diseño

2

4

6 ó más

50

45

40

Nº Carriles en una

sola dirección

% de camiones en

el carril de diseño

1

2

3

4

1.00

0.80 - 1.00

0.60 - 0.80

0.50 - 0.75

Serviciabilidad

La serviciavilidad de una estructura de pavimento, es la capacidad que tiene éste de servir al tipo y volumen de tránsito para el cual fue diseñado. Se califica entre 0 (malas condiciones) y 5 (perfecto).

• Para el diseño se debe asumir la serviciabilidad inicial ( ρo ) y final ( ρt ).

- ρo está en función del diseño del pavimento y de la calidad de la construcción.

- ρt es función de la categoría del camino y adoptada con criterio por el proyectista

Serviciabilidad

• Valores recomendados

Serviciabilidad inicial:

ρo = 4.5 para pavimentos rígidos

ρo = 4.2 para pavimentos flexibles

Serviciabilidad final:

ρt = 2.5 para caminos muy importantes

ρt = 2.0 para caminos de menor tránsito

Confiabilidad (R).-

• Este valor se refiere al grado de seguridad o

veracidad del diseño de la estructura de un

pavimento, puede llegar al fin de su periodo

de diseño en buenas condiciones.

NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS POR AASHTO

Tipo de camino Confiabilidad recomendada

Zona urbana Zona rural

Rutas interestatales y

autopistas

85 – 99.99 80 – 99.9

Arterias principales 80 – 99 75 –99

Colectoras 80 – 95 75 – 95

Locales 50 – 80 50 – 80

Propiedades de los materiales: Subrasante

• La subrasante es definida como el suelo preparado y compactado para soportar la estructura de pavimento.

• Al realizar las calicatas en laboratorio se determina: la granulometría, límites de atterberg, valor soporte (CBR), densidad (Proctor) y humedad.

• Con el CBR se puede relacionar el módulo de resiliencia ( (Mr) el cual es una variable para caracterizar la subrasante, subbase y base.

Propiedades de los materiales: Subbase

• Es la capa de la estructura de pavimento destinada a

soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento.

• La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento.

• Además se utiliza como capa de drenaje y controlar la ascención capilar de agua, protegiendo así a la estructura del pavimento.

Propiedades de los materiales: Base

• Su función es distribuir y transmitir las cargas ocasionadas

por el tránsito, a la subbase y a través de esta a la subrasante.

• Es la capa sobre la cual se coloca la capa de rodadura.

• Material constituido por piedra de buena calidad, triturada y mesclada con material de relleno o bien por una combinación de piedra o grava, con arena y suelo, en su estado natural.

Propiedades de los materiales: Asfalto

Propiedades de la mezcla asfáltica:

• ESTABILIDAD. Capacidad para resistir desplazamiento y deformación

• DURABILIDAD: Habilidad para resistir acción del tránsito y del clima (polimerización, oxidación o desintegración)

• IMPERMEABILIDAD. Resistencia al paso del aire y agua

Propiedades de los materiales: Asfalto

• TRABAJABILIDAD. Facilidad para colocar y compactar la mezcla

• FLEXIBILIDAD. Capacidad de deformarse sin agrietarse

• RESISTENCIA A LA FATIGA. Resistencia a carga repetida

• RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO. Calidad superficial

Drenaje

• Determinar la calidad del drenaje

• Tiempo en que las capas granulares están sometidas a niveles de humedad próximos a la saturación

• Selección de coeficientes mi

Determinación de espesores

• Usando ábacos • Usando Software • Primero se obtiene el número estructural requerido, SNreq

• Luego se halla los espesores del pavimento con: SN = a1 D1 + a2 m2 D2 + a3 m3 D3 SN ≥ SNreq

ai : coeficiente de capa en pulg-1 mi : coeficiente de drenaje Di : espesor de capa en pulgadas

• No hay solución única

DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE_AASHTO 1993

1.- De acuerdo a los datos obtenidos se realizó el diseño del

pavimento flexible nuevo para un periodo de diseño de 15 años,

considerando un nivel de serviciabilidad inicial de 4 y final de 2. El

módulo resiliente de la subrasante es 9.6.00 ksi, el tráfico acumulado

proyectado es de 11.7x 10^6 ESAL en el carril de diseño.

Solución.-

1.- Cálculo de ESAL de diseño W18 .-

Se tomó el cálculo realizado del IMD y ESAL de diseño el cual es de

11.7 x 106

2.- Cálculo de la Desviación Estandar Normal (Zr).-

El cual está en función de la Confiabilidad ( R ), es este caso se tomó el valor

de 95% que es el valor promedio entre 80% - 99% clasificado como arteria

principal.

Con este valor de confiabilidad ( R ) se

ingresa a la tabla de desviación estándar

(Zr), encontrando el valor de -1.645.

3.- Cálculo de Error Estandar (So).-

Según AASHTO para pavimentos flexibles se recomienda utilizar valores entre

0.40 - 0.50

En nuestro caso utilizamos el valor de 0.45.

4.- Cálculo de Pérdida de Serviciabilidad (ΔPSI) .-

ΔPSI = Po - Pt Serviciabilidad inicial : Po= 4

Serviciabilidad final : Pt= 2

Reemplazando ΔPSI = 2

5.- Cálculo del Módulo Resiliente

de la Subrasante (Mr) .- Para ello se utiliza los 6 datos del CBR afectados

por 90% para un percentil de 87.5%

VALOR DE CBR - PERCENTIL Determinar el CBR para un percentil de : 87.5%

Nº CBR Mrsr (psi) FRECUENCI

A >= QUE PERCENTIL

1.00 6.48 7,404.91 36 36.00 100.00

2.00 7.272 8,167.77 35 71.00 97.22

3.00 15.84 15,834.52 23 94.00 63.89

4.00 16.56 16,444.50 22 116.00 61.11

5.00 25.488 23,728.41 10 126.00 27.78

6.00 27.936 25,652.89 1 127.00 2.78

99.576 127.00 0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

110.00

0 5 10 15 20 25 30

PO

RC

EN

TA

JE

CBR

PERCENTIL

Polinómica(PERCENTIL)

EL CBR DETERMINADO GRAFICAMENTE ES DE: PERCENTIL= 87.5%

CBR = 10.00

5.- Cálculo del Módulo Resiliente de la

Subrasante (Mr) .-

Se halla utilizando la correlación CBR

- Mr, de la siguiente figura.-

Con CBR 10% se tiene un

valor de Mr = 9600 PSI.

DATOS.-

W 18 1.03E+07 ( ESAL de diseño )

ZR -1.65

So 0.45

SN ?

ΔPSI 2.00

MR 9600.00 Psi

6.- CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL.-

POR LO TANTO SE ASUME : SN = 4.15

6.- CÁLCULO DE DISEÑO DE ESPESORES.-

SN = (a1 x D1) + (a2 x m2 x D2) + (a3 x m3 x D3)

6.1.- CÁLCULO DE a1 :

a1= Coeficiente estructural de capa para concreto asfáltico superficial.

DATOS.-

Módulo de elasticidad de la carpeta asfáltica E = 450,000.00 PSI

Si E= 450,000.00 a1= 0.44

6.2.- CÁLCULO DE a2 :

DATOS:

Base granular CBR= 100% (asumiendo el valor del CBR)

Si CBR= 100% a2 = 0.14

6.3.- CÁLCULO DE a3 :

DATOS:

Sub Base granular CBR= 40% (asumiendo el valor del CBR)

Si CBR= 25% a3 = 0.12

6.4.- CALCULO DE D1 Y D2:

ESPESORES MINIMOS SUGERIDOS

NUMERO DE ESAL'S CAPA ASFALTICA BASE GRANULAR

MENOS DE 50,000 3.0 cm 10 cm

50,000 A 150,000 5.0 cm 10 cm

150,000 A 500,000 6.5 cm 10 cm

500,000 A 2'000,000 7.5 cm 15 cm

2'000,000 A 7'000,000 9.0 cm 15 cm

MAS DE 7'000,000 10.0 cm 15 cm

FUENTE: GUIA PARA DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS,AASHTO 1993

DE ACUERDO AL ESAL OBTENIDO 11,700,000.00 D1 (PLG)= 3.94

D2 (PLG)= 5.91

6.5.- CALCULO DE "m2 y m3".-

Se considera un drenaje bueno, por lo tanto se obtiene los siguientes

valores:

m2 = 1.10

m3 = 1.00

6.6.- CALCULO DE "D3":

SN = (a1 x D1) + (a2 x m2 x D2) + (a3 x m3 x D3)

D3 (Pulg.)

= 12.57

POR TANTO EL PAVIMENTO TENDRÁ LAS SIGUIENTES DIMENSIONES:

PULGADAS CENTIMETROS

4 10

6 15

13 32

Conclusiones.-

1.-

1.- El espesor de la subbase calculado es de 32 cm. , esto varía en función del número estructural (CBR de la subrasante, etc), los espesores de la carpeta y base y las condiciones de drenaje.

Conclusiones.-

1.- El espesor de la base calculado es de 15 cm. , este valor variará de acuerdo al Nº de ESAL´s de espesores mínimos sugeridos .

1.- El espesor de la carpeta asfáltica calculado es de 10 cm. , este valor variará de acuerdo al Nº de ESAL´s de espesores mínimos sugeridos .

1.- Existen otras formas de solución por este mismo método donde los espesores mínimos son referenciales, también por el método del Insituto del asfalto.