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Curso: Pavimentos Lima, 2017 Ing. Ruddy José Espejo Gómez. IngenieroCivil– ConsultorenGeotecniayPavimentos
Pavimentos
D i se seño ño de P avi vim mento ntoss F le lexxi ble less AASTHO 1993 Lima, 2017 Ing. Ruddy Ruddy José Espejo Espejo Gómez Ingeniero Civil – Consultor en Geotecnia y Pavimentos Contacto:
[email protected] [email protected]
Ecuación AASTHO 93, Pavimento Flexible.
Conocer y entender que parámetros influyen al diseño de pavimentos Flexibles de acuerdo a la Guía AASTHO 93. Entender los conceptos de Serviciabilidad, como fundamento principal del diseño aastho 93. Entender el concepto de coeficiente estructural como un parámetro que representa la calidad estructural del material que conforma la capa del pavimento a diseñar. Entender el Concepto de Número Estructural de las capas que conforman el Pavimento. Conocer los objetivos y las limitaciones que tiene de un diseño de pavimentos bajo la metodología aastho 93. Aprender la Metodología de Cálculo de Espesores de Capas de Pavimento de acuerdo a la guía AASTHO 93.
Alligator Cracking
Block Cracking
Edge Cracking
Longitudinal Cracking Transverse Cracking
Reflection Cracking
Slippage Cracks
Corrugations & Shoving
Rutting image
Bleeding
PAVIMENTO FLEXIBLE Es un pavimento que está compuesto por una o más capas de Mezcla Asfáltica en Caliente, o por tratamientos superficiales (dependiendo del espesor de la capa de rodadura), se denomina flexible debido a que la diferencia de rigideces de las capas no son significativamente diferentes (menores a 20 veces), por ende, la estructura en su conjunto se deforma ante la aplicación de la carga Se clasifican de acuerdo al Tipo de Superfice de Rodadura que se aplique: a) Superficies de Asfalto o Capas NO Estructurales. b) Superficies Asfálticas con Capas Estructurales. c) Dependiendo del Tipo de Base o Sub Base a colocar.
SUPERFICIES DE ASFALTO O CAPAS NO ESTRUCTURALES
Tratamientos Superficiales (Monocapa TSM, Bicapa TSB y Tricapa TST).
SUPERFICIES ASFÁLTICAS CON CAPAS ESTRUCTURALES
Mezcla en Frío.
Lechadas / Mortero Asfáltico o Slurry Seal.
Mezcla Asfáltica Tibia.
Cape Seal.
Mezcla Asfáltica en Caliente.
Sellos de Arena.
Mezcla Asfáltica Pigmentada.
Superficie con Agregado de Gradación Abierta.
Mezcla Asfáltica Porosa.
Imprimación Reforzada.
Mezcla Asfáltica en relieve.
Micropavimento .
Mezcla A sfáltica con Asfalto Modificado..
DEPENDIENDO DEL TIPO DE BASE O SUB BASE A COLOCAR
Convencionales (Mezcla asfáltica, Base, Sub Base) De Profundidad parcial (Mezcla asfáltica, Base Estabilizada o Granular, Sub Base Granular o Estabilizada) De Profundidad Tota (FULL DEPTH) (Todas las capas tienen material asfáltico).
PAVIMENTO FLEXIBLE
Structure:
Surface course. Base course. Subbase course. Subgrade.
El Pavimento Flexible se caracteriza por que las capas superiores absorben las mayores tensiones distribuyendo a l as capas inferiores tensiones en menor magnitud y en mayor área. El Pavimento Flexible, al tener menor rigidez se deforma más que los pavimentos rígidos produciendo mayores tensiones en la subrasante”
Objetivos del Diseño de Pavimento Flexible.
Disponibilidad de tiempo y fondos para el diseño y construcción. Condición actual de la vía. Disponibilidad de los materiales. Espesores máximos de capa. Capacidad técnica de construcción (personal y maquinaria). Calidad de construcción. Métodos de diseño y calibración de los modelos de análisis. Cantidad y calidad de la información disponible para el diseño. Fuente: José R. Menéndez Acurio, Ph.D., P.E.
Limitaciones del Diseño de Pavimento Flexible.
Maximizar la Economía, seguridad y capacidad de servicio durante el periodo de diseño. Maximizar la capacidad de carga adecuada en términos de magnitud de carga y repeticiones. Minimizar el deterioro que pueda limitar la vida útil. Minimizar el ruido y contaminación del aire durante su construcción. Minimizar los períodos de interrupciones temporales por mantenimiento y construcción. Minimizar los impactos ambientales. Fuente: José R. Menéndez Acurio, Ph.D., P.E.
AASHTO Guide for Design of Pavement Structures - 1993
Aasho Road Test (1958
Tercer Ensayo de la vía a Gran Escala.
Maryland Road Test (1950 – 51). Pavimento Rígido. Washo Road test (1952 – 54).
Incluye diseños de pavimentos Flexibles y Rígidos.
Incluye una amplia gamma de ejes de cargas y secciones transversales.
–
1960)
Diseño de la Prueba Aasho
368 Secciones de Pavimento Rígido. 468 Secciones de Pavimento Flexible.
Ensayos de Tráfico Aasho Máximo de Ejes Simples.
Máximo de Ejes Tandem.
Aastho Diseño, Procedimiento & Cambios
1961 - 1962.
1972.
Guía para estructuras de pavimento.
1986.
Revisión del Capítulo III, diseño de pavimentos de concreto.
1986.
AASTHO PRESENTA LA GUÍA PARA ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
1981.
AASHO PRESENTA LA GUÍA PROVISIONAL PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES & RÍGIDOS.
Revisión de la Guía para estructuras de pavimento .
1998.
Revisión del Diseño de Pavimento de Concreto.
–
1972.
factores de equivalencia de carga: • •
Para una estructura de pavimento. Para una pérdida de serviciabilidad.
# de Repeticiones de 18 Kip de Carga en Un Eje Simple. Factor de Carga = -----------------------------------------------------------------------------------------------------# de Repeticiones de “X” Kip de Carga en Un Eje Tipo “Y”.
factores de equivalencia de carga:
YA QUE LAS RESPUESTAS DEL PAVIMENTO SON DIFERENTES, LOS FACTORES DE EQUIVALENCIA SON DIFERENTES, POR LO CUAL; CUANDO MULTIPLIQUES LOS TRÁFICOS POR LOS DIFERENETS FACTORES DE EQUIVALENCIA, CONSEGUIRAS DIFERENTES RESULTADOS DE ESALs.
SI
NO
∆ 4.2 − 1.5 10 18 = . 0 + 9.36 10 + 1 − 0.20 + + 2.32 10 − 0.87 1094 0.40 + + 1 . log
TRÁFICO (W18) * Wt18 : Número de aplicaciones de cargas equivalentes de 80 Kn acumuladas en el periodo de diseño (n) AASHTO '93, se fundamenta en l a determinación de las "Cargas Equivalentes Acumuladas en el Período de Diseño (Wt18)"
Este parámetro está basado en cargas esperadas y acumuladas de 18,000lb.
CONFIABILIDAD (R)
La Confiabilidad “R” del Diseño, se refiere al grado de certidumbre (seguridad) que el diseño alcance a realidad, durar en la el tiempo establecido en el periodo seleccionado (en el estudio de tráfico). La confiabilidad puede ser definida también como la PROBABILIDAD de que el número de repeticiones de cargas (Nt) que un pavimento puede soportar para alcanzar un determinado nivel de capacidad de servicio NO SEA EXCEDIDA por el número de cargas que estén siendo aplicados sobre el pavimento. R es la Probabilidad de: Cargas (Nt) de Diseño > Cargas Reales en el Pavimento (nt)
PARÁMETRO DE CONFIABILIDAD (Zr) Valor del desviador en una curva de distribución normal, función de la Confiabilidad del diseño (R) o grado confianza en que las cargas de diseño no serán superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento.
CONFIABILIDAD (Zr)
Valor del desviador en una curva de distribución normal, función de la Confiabilidad del diseño (R) o grado confianza en que las cargas de diseño no serán superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento .
CONFIABILIDAD (Zr)
Valor del desviador en una curva de distribución normal, función de la Confiabilidad del diseño (R) o grado confianza en que las cargas de diseño no serán superadas por las cargas reales aplicadas sobre el pavimento .
DESVIACIÓN ESTANDAR (So) El Valor de la Desviación Estandar (So) que se seleccione debe, por otra parte, ser representativo de las condiciones locales. En general se recomienda, como uso general la tabla sifuiente (este valor puede ser ajustado en función a la experiencia local).
NIVEL DE CONFIABILIDAD (Zr*So) El factor Zr*So, el cual es el efecto de la confiabilidad y la desviación estándar es un Factor de Seguridad, donde el signo negativo incrementará el valor al valor de Log(W18), por ende al valor de la carga de diseño y el número estructural que representará al pavimento que se requiere diseñar para soportar tales cargas.
PÉRDIDA DE SERVICIABILIDAD (DPSI) Los criterios de aceptación por el público usuario de una vía, En Función de la Condición de Servicio Final de acuerdo al estudio aastho 93 es:
Pérdida de Serviciabilidad (Condición de Servicio) prevista en el diseño, y medida como la diferencia entre la “planitud ” (calidad de acabado) del pavimento al concluirse su construcción (Serviciabilidad Inicial (po) y su planitud al final del periodo de diseño (Serviciabilidad Final (pt)).
PÉRDIDA DE SERVICIABILIDAD (DPSI) * Índice de Serviciabilidad Inicial (Po) Representa la calidad del diseño de pavimento y la calidad de la construcción. - El valor establecido en el experimento aasho fue Po = 4.2.
* Índice de Serviciabilidad Final (Pf) Representa el valor más bajo que puede ser tolerado por el usuario de l a vía antes que sea necesario tomar acciones de rehabilitación, reconstrucción o repavimentación y generalmente varía con la importancia o clasificación funcional de la vía. -
Algunos valores referenciales son: . Autopistas y Troncales con Mucho Tráfico: Pt = 2.5 – 3.0 . Autopistas Urbanas y Troncales con Tráfico Normal: Pt = 2.0 – 2.5 . Vías Locales, Ramales, Secundarias y Agrícolas: Pt = 1.8 – 2.0
DPSI
= Po - Pf
MÓDULO RESILIENTE (Mr) Correlaciones entre CBR y Mr:
Mr es el Módulo Resiliente de la subrasante y de las capas de bases y subbases granulares, obtenido a través de ecuaciones de correlación con la capacidad portante (CBR) de los materiales (suelos y granulares).
SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN: Número Estructural (SN) Una vez determinadas las variables de diseño se resuelve la ecuación aastho ´93 y se determina el valor de SN. Este proceso se realiza mediante un proceso iterativo en vez de despejar el parámetro SN. Esta ecuación no tiene una única solución, existirán muchas posibles combinaciones de espesores que satisfagan la ecuación. Existen condiciones que limitan l as posibles soluciones y evitan que fuese impráctico e insconstructible, estas son: Análisis multicapa. Estabilidad y posibilidad de construcción. Consideraciones Económicas. • • •
Número Estructural, o capacidad de la estructura para soportar las cargas bajo las condiciones (variables independientes) de diseño.
Variable dependiente:
CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL
Ejemplo: Ábaco de la Guía AASTHO 93)
CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL Ejemplo: Ábaco de la Guía AASTHO 93)
CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL (Ejemplo - ITERACIONES)
CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL (Ejemplo - EXCEL)
CÁLCULO DEL NÚMERO ESTRUCTURAL (Ejemplo - PROGRAMAS)
QUE REPRESENTA EL NÚMERO ESTRUCTURAL CÁLCULADO ???
(Es la Condición Estructural Mínima Del Pavimento a Diseñar¡¡¡)
QUE REPRESENTA EL NÚMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO DISEÑADO ???
∑ = SNDISEÑO
En esta etapa y de este modo, se determina mediante aproximaciones, el espesor de cada capa de material que conforma el espesor del pavimento diseñado, para ello se debe conocer los Coeficientes Estructurales y Coeficientes de Drenaje de cada capa.
CONDICIÓN PARA SATISFACER EL DISEÑO
Es decir:
CÓMO SE DETERMINA LOS COEFICIENTES ESTRUCTURALES
?
DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES ESTRUCTURALES:
Coeficiente Estructural Para Mezcla Asfáltica.
Coeficiente Estructural Para Base Granular.
Coeficiente Estructural Para Sub Base Granular.
Coeficiente Estructural Para Bases Estabilizadas (cemento, asfalto, etc).
Coeficiente Estructural Para Mezcla Asfáltica:
Determinación del Coeficiente Estructural Para Mezcla Asfáltica.
Coeficiente Estructural Para Base Granular:
Determinación del Coeficiente Estructural Para Mezcla Asfáltica.
Coeficiente Estructural Para Sub Base Granular:
Determinación del Coeficiente Estructural Para Sub Base Granular.
Coeficiente Estructural Para Base Tratada con Cemento:
Determinación del Coeficiente Estructural Para Base Tratada con Cemento.
Coeficiente Estructural Para Base Trat Tratada ada con Asf Asfal alto: to:
Determinación del Coeficiente Estructural Para Base Tratada con Asfalto.
Ing. Ruddy Ruddy José Espejo Espejo Gómez Gómez
CÓMO SE DETERMINA LOS COEFICIENTES DE DRENAJE
?
DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES DE DRENAJE:
CÓMO SE DETERMINA EL COEFICIENTE de drenaje
Capacidad de que el agua sea eliminada de la estructura del pavimento
???
DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES DE DRENAJE:
DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE CAPAS:
Número Estructural Del Pavimento a Diseñar
Finalmente:
∑ = SNDISEÑO
Se darán valores de espesores de las capas estructurales hasta satisfacer la condición de:
1° alternativa: Selección de Espesores de capa
2° alternativa: Análisis por espesores de Capa.
EJEMPLO:
solución:
Fuente: Msc. Ing. Marco Montalvo Farfán.
SN1
SN2
SN3
Fuente: Msc. Ing. Marco Montalvo Farfán.
