INTRODUCCION
Las carre carreter teras as son un factor factor muy important importante e en el desar desarro rollo llo soc socio io económico de las regiones y países El trasporte es un elemento de gran inuencia en a economía de las zonas urbanas y rurales, y la servicibilidad de las carreteras contribuye al desarrollo desarrollo socio – económico económico de los sectores sectores de la población, población, por ello es necesar necesario io de una adecuad adecuada a plani planicac cación ión en los proye proyecto ctoss viale vialess para que puedan garantizar y facilitar el mejoramiento de la calidad de vida vida de los los abi abitan tante tes! s! "ic "ica a se serv rvic icia iabi bili lida dad d es func funció ión n dire direct cta a del del estad es tado o supe super rci cial al y es estr truc uctu tura ra del del pavim pavimen ento to!! #or es eso o es de gran gran importanci importancia a que se cuente cuente con una red red vial eciente eciente , que permita permita la comunicación entre sus diferente n$cleos urbanos y rurales En medida a esto desarroll desarrollarem aremos os el m%todo de pavimentac pavimentación ión seg$n &''()* ++- el cual describe describe con detalle detalle los procedimi procedimientos entos para el dise.o de la sección estructural de los pavimentos e/ibles y rígidos de carreteras! En el caso de los pavimentos e/ibles, el m%todo establece que la supercie de rodamiento se resuelve solamente con concreto asf0ltico y tratamientos superciales, pues asume que tales estructuras soportar0n niveles signicativos de tr0nsito 1mayores de 23,333 ejes equiv equivale alente ntess acumul acumulados ados de 4!5 ton durant durante e el períod período o de dise.o dise.o6, 6, dejando fuera pavimentos ligeros para tr0nsitos menores al citado, como son los caminos revestidos o de terracería!
1.- PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93
Los procedimientos involucrados en el m%todo de dise.o, versión +-, est0n basados en las ecuaciones originales de la &&'(* que datan de +7+, producto de las pruebas en *tta8a, 9llinois, con tramos a escala natural y para todo tipo de pavimentos! La versión de +47 y lado +se an modicado para incluir factores o par0metros de dise.o que no abían sido considerados y que son producto dela e/periencia adquirida por ese organismo entre el m%todo original y su versión m0s moderna! El dise.o est0 basado primordialmente en identicar o encontrar un :n$mero estructural ';< para el pavimento e/ible que pueda soportar el nivel de carga solicitado! & continuación se describe las variables que se consideran en el m%todo &&'()*=
1.1- MÓDULO DE RESILIENCIA
#ara el dise.o de pavimentos e/ibles se deben utilizar valores medios resultantes de los ensayos de laboratorio, las diferencias que se puedan presentar est0n consideradas en el nivel de conabilidad R! "urante el a.o se presentan variaciones en el contenido de umedad de la subrasante, las cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo, para evaluar esta situación es necesario establecer los cambios que produce la umedad en el módulo resiliente! >on este n se obtienen módulos resilientes para diferentes contenidos de ume umeda dad d que que simu simule len n las las co cond ndic icio ione ness que que se pres presen enta tan n en el transcurso del a.o, en base a los resultados se divide el a.o en periodos en los cuales el MR es constante! #ara cada valor de MR se determina el valor del da.o relativo, utilizando el 0baco de la ?igura @9!+ ó la siguiente e/presión=
>on los resultados de los da.os relativos se obtiene el valor promedio anual! El módulo de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el dise.o! 'i no se tiene la posibilidad de obtener esta información se puede estimar el valor del MR en función del >AB! BEL&>9C; >!A!B! – DC"L* "E BE'9L9E;>9& >on los valores del >AB se pueden obtener los módulos resilientes utilizando las siguientes relaciones= •
>AB F +2G 1'ell6
MR 1D#a6 H +3 >AB K H )iene una dispersión de valores de I a 52 MR 1psi6 H +233 >AB K H )iene una dispersión de valores de J23 a -333 •
MR 1D#a6 H +J,7 >AB3,7I
El 9nstituto del &sfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en +45, obtuvo las relaciones siguientes=
1.2-PERIODO DE DISEÑO
'e dene como el tiempo elegido al iniciar el dise.o, para el cual se determinan las características del pavimento, evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo, con el n de satisfacer las e/igencias del servicio durante el periodo de dise.o elegido, a un costo razonable! Keneralmente el periodo de dise.o ser0 mayor al de la vida $til del pavimento, porque incluye en el an0lisis al menos una reabilitación o recrecimiento, por ende %ste ser0 superior a 53 a.os! Los periodos de dise.o recomendados por la &&'()* se muestran en la tabla #eriodos de "ise.o en ?unción del )ipo de >arretera!
1.3-INDICE DE SERVICIABILIDAD
Es la condición necesaria que debe tener un pavimento para brindar a los usuarios un manejo seguro y cómodo en un determinado tiempo! En sus inicios esta condición se evaluó por medio de la opinión de los conductores, siendo sus respuestas e/presadas en una escala de 2 a +!
En la actualidad una prueba mas objetiva de este índice se realiza a tra ves de una ecuación matem0tica, la cual se basa en la enumeración de fallas del pavimento=
"onde= 'v= @ariación de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relación a la rasante inicial
1Bugosidad en el sentido longitudinal6 2
>f = 'uma de las 0reas suradas en pies y de las grietas longitudinales
y transversales en pies lineales, por cada +333 #= rea baceada en
pies
2
pies
2
de pavimento!
de pavimento
B"= #rofundidad media de auellamiento en pulgadas! Dide la rugosidad transversal!
&ntes de dise.ar el pavimento se deben elegir los índices de servicio inicial y nal! El índice de servicio nal p0 depende del dise.o y de la calidad de la
construcción! En los pavimentos e/ibles estudiados por la &&'()*, el pavimento nuevo alcanzó un valor de p0 H I!5
El índice de servicio nal pt representa al índice m0s bajo capaz tolerable por el pavimento, antes de que sea necesario su reabilitación !El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio del proyectista, se sugiere que para carreteras de mayor tr0nsito un valor de pt > 5!2 y para carreteras de menor tr0nsito p0 H 5!3
1.4-PERDIDA O DISMINUCION DEL INDICE DE SERVICIABILIDAD
Los valores antes descritos permiten e/presar la disminución del índice de servicio, la cual representa una reducción gradual de la calidad de servicio de la carretera, causada por el deterioro del pavimento! Entonces= M#'9
H p0 - pt
"onde= #'9= Nndice de 'ervicio #resente M#'9=
"iferencia entre los índices de servicio inicial y el nal deseado
p0=
Nndice de servicio inicial
pt =
Nndice de servicio nal
1.5
. ANÁLISIS DE TRÁFICO
El tr0co es uno de los par0metros m0s importantes para el dise.o de pavimentos! #ara obtener este dato es necesario determinar el n$mero de repeticiones de cada tipo de eje durante el periodo de dise.o, a partir de un tr0co inicial medido en el campo a trav%s de aforos! El n$mero y composición de los ejes se determina a partir de la siguiente información= #eriodo de dise.o!
•
"istribución de ejes solicitantes en cada rango de cargas!
•
)r0nsito medio diario anual de todos los veículos )D"&!
•
)asas de crecimiento anuales de cada tipo de veículo!
•
'entido del tr0co!
•
;$mero de carriles por sentido de tr0co!
•
#orcentaje del tr0nsito sobre el carril m0s solicitado!
•
Nndice de serviciabilidad!
•
?actores de equivalencia de carga!
•
)B;'9)* DE"9* "9&B9* &;&L= El )D"& representa el promedio aritm%tico de los vol$menes diarios de tr0nsito aforados durante un a.o, en forma diferenciada para cada tipo de veículo! >L&'9?9>&>9C; "E L*' @E(N>L*'= &utomóviles y camionetas
•
Auses
•
>amiones de dos ejes
•
>amiones de m0s de dos ejes
•
Bemolques
•
•
'emiremolques
)&'& "E >BE>9D9E;)* Bepresenta el crecimiento promedio anual del )D"&! Keneralmente las tasas de crecimiento son diferentes para cada tipo de veículo! #B*OE>>9C; "EL )B;'9)* El tr0nsito puede proyectarse en el tiempo en forma aritm%tica con un crecimiento constante o e/ponencial mediante incrementos anuales! D*"EL*' "E >BE>9D9E;)*
En el gr0co se observa que la proyección aritm%tica supone un crecimiento m0s r0pido en el corto plazo y se subestima el tr0nsito en el largo plazo! En base a las estadísticas es conveniente denir que curva se ajusta mejor al tr0nsito generado por una carretera!
"9')B9A>9C; "9BE>>9*;&L & menos que e/istan consideraciones especiales, se considera una distribución del 23G del tr0nsito para cada dirección! En algunos casos puede variar de 3,- a 3,J dependiendo de la dirección que acumula mayor porcentaje de veículos cargados! ?&>)*B "E "9')B9A>9C; #*B >&BB9L En una carretera de dos carriles, uno en cada dirección, el carril de dise.o es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribución por carril es +33G! #ara autopistas multicarriles el carril de dise.o es el carril e/terior y el factor de distribución depende del n$mero de carriles en cada dirección que tenga la autopista! En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la &&'()*=
+!7! ;PDEB* )*)&L "E EQE' '9D#LE' ER9@&LE;)E' 1E'&LSs6 'e calcula para el carril de dise.o utilizando la siguiente ecuación=
donde= pi = #orcentaje del total de repeticiones para el iT%simo grupo de veículos o cargas! ?i = ?actor de equivalencia de carga por eje, del iT%simo grupo de eje de carga! # = #romedio de ejes por camión pesado! )#" = )r0nsito promedio diario! ?> =?actor de crecimiento para un período de dise.o en a.os! ?d = ?actor direccional! ?> = ?actor de distribución por carril! EQED#L*
#eríodo de "ise.o H 53 a.os anual H 5G #t H 5,2 '; H I<
)asa de >recimiento
?d H 3,2
?> H 3,4
1.7-NIVEL DE CONFIANA ! DESVIACION ESTANDAR
Este par0metro establece un criterio que relaciona el desempe.o del pavimento ante los requerimientos e/teriores! 'e dene como la probabilidad que tiene el pavimento dise.ado para actuar correctamente durante toda su vida de proyecto, ante las cargas y el ambiente, o la probabilidad que las fallas y deformaciones est%n bajo el nivel permisible! #ara elegir el valor de este par0metro se toma en cuenta la importancia del camino, la conabilidad de resistencia de cada capa y el tr0nsito de dise.o predico!
La representación de cómo se comporta realmente el pavimento y la curva de dise.o propuesta por la &&'()* tienen la misma forma pero no coinciden! Esto se debe a errores ligados a la ecuación de comportamiento propuesta y a la dispersión de la información empleada en el dimensionamiento del pavimento! #or esto la &&'()* tomo un enfoque regresional para ajustar las curvas! *bteniendo una representación de los errores mediante una desviación est0ndar 'o, para comparar ambos comportamientos! El factor de ajuste entre las dos curvas es el producto de la desviación normal U B, por la desviación est0ndar 'o! Los factores de UB se observan en la siguiente tabla=
'i la construcción se realiza por etapas, la vida $til ser0 menor al periodo de an0lisis, para tal caso se considera las conabilidades de todo el periodo de dise.o, donde resulta que=
na vez seleccionado un nivel de conanza y recaudados los resultados del dise.o, se corregir0n por = la conabilidad de los par0metros de entrada y las propias ecuaciones de dise.o tomadas en los tramos de prueba! #ara ello , se considera un factor de corrección que representa la 'o, de modo simple y reducido, dico factor prueba los datos dispersos que componen la curva real de comportamiento del pavimento! El rango de desviación sugerido por la &&'()* se encuentra entre los siguientes valores=
1."-COEFICIENTE DE DRENA#E C$
#ara obtener el coeciente de drenaje se debe tomar en cuenta dos par0metros que son= la capacidad de drenaje, que se calcula a trav%s del tiempo que toma el agua en drenar del pavimento y el porcentaje de tiempo donde el pavimento est0 sometido a niveles de umedad muy cercanos a la saturación, en el transcurso del a.o! Este porcentaje depende de la precipitación media anual y de las condiciones de drenaje !La &''()* dene 2 capacidades de drenaje, que podemos ver en la siguiente tabla!
>onforme a las capacidades de drenaje la &''()* establece los factores de corrección m5 16 y m-16, los cuales se pueden apreciar en la siguiente tabla ,en función del porcentaje de tiempo en el transcurso del a.o , en el cual la estructura del pavimento est0 e/puesto a niveles de umedad pró/imos a la saturación !
1.9- DETERMINACIÓN DEL N%MERO ESTRUCTURAL &SN'
El m%todo est0 basado en el c0lculo del ;$mero Estructural :';< sobre la capa subrasante o cuerpo del terrapl%n! #ara esto se dispone de la ?igura 9@!5 y de la ecuación siguiente=
donde= V+4 H )r0co equivalente o E'&LWs! UB H ?actor de desviación normal para un nivel de conabilidad B 'o H "esviación est0ndar X#'9 H "iferencia entre los índices de servicio inicial y el nal deseado DB H Dódulo de resiliencia efectivo de la subrasante
'; H ;$mero estructural
1.1(- DETERMINACIÓN DE ESPESORES POR CAPAS
La estructura del pavimento e/ible est0 formada por un sistema de varias capas, por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus características propias! na vez que el dise.ador a obtenido el ;$mero Estructural '; para la sección estructural del pavimento, se requiere determinar una sección multicapa, que en conjunto provea una suciente capacidad de soporte, equivalente al n$mero estructural de dise.o! #ara este n se utiliza la siguiente ecuación que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la subTbase=
donde=
a+, a5 y a- H >oecientes estructurales de capa de carpeta, base y subT base respectivamente! "+, "5 y "- H Espesor de la carpeta, base y subTbase respectivamente, en pulgadas! m5 y m- H >oecientes de drenaje para base y subTbase, respectivamente! "e la misma manera se deber0 obtener los coecientes estructurales de la carpeta asf0ltica 1a+6, de la capa base 1a56 y de la subTbase 1a-6, utilizando los valores del módulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas! Los coecientes de capa a+, a5 y a- se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio= Dódulo Besiliente, )e/as )ria/ial, @alor B y >AB, tal como se muestra en las siguientes guras= #ara carpeta asf0ltica! 1a+6 ?igura 9@!#ara bases granulares! 1a56 ?igura 9@!I #ara subTbases granulares! 1a-6 ?igura 9@!2 #ara bases estabilizadas con cemento ?igura 9@!7 #ara bases estabilizadas con asfalto! ?igura 9@!J #ara capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la supercie de rodadura de concreto asf0ltico, el m%todo no considera una posible inuencia de la calidad del drenaje, por lo que en la ecuación de dise.o solo intervienen los valores de m5 y m-! En )abla 9@!4 se muestran los espesores mínimos para carpetas asf0lticas y bases granulares, sugeridos en función del tr0nsito!
?igura 9@!I! baco para estimar el n$mero estructural de la capa base granular :a5
?igura 9@!2! baco para estimar el n$mero estructural de la subTbase granular :a-
'tructures +-
1.11-ESPESORES M)NIMOS EN FUNCIÓN DEL SN
En el control de los espesores "+, "5 y "-, a trav%s del ';, se busca proteger las capas granulares no tratadas, de las tensiones verticales e/cesivas que producirían deformaciones permanentes, como se muestra en el gr0co siguiente! Los materiales son seleccionados para cada capa, de acuerdo a las recomendaciones del m%todo, por ende se conocen los módulos resilientes de cada capa! sando el 0baco de la gura 9@!5 se determinan los n$meros estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada, utilizando el módulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo, por ejemplo para sacar el espesor "+ de la carpeta se considera el DB de la capa base y así se obtiene el ';+ que debe ser soportado por la carpeta asf0ltica, de donde=
Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un módulo resiliente mayor a I3!333 psi 1543 D#a6! En este caso los espesores se determinaran mediante criterios
constructivos
o
de
acuerdo
a
la
relación
costoTeciencia!
BIBLIO*RAFIA •
•
•
D*;)EQ*, &lonso! Ingeniería de pavimentos para carreteras tomo I! 5da ed! Aogot0= niversidad >atólica de >olombia 5335! D9;&O&! 'ilene y *B"*YEU! &bel! pavimentos. 5da ed! Lima! 5337
Manual de diseño de
;9@EB'9"&" D&O*B "E '&; '9D*;! Manual completo de diseño de pavimentos.
