La Guía AASHTO-72

La GuíaProvisional deDiseño AASHTO-72

Procedimiento de Diseño AASHO-62

Algunos comentarios sobre el Experimento Vial AASHO

• Ensayo más completo en su tiempo , y que no ha sido igualadohasta esta fecha.

• Limitaciones:• Ubicación geográfica específica

• Tipo de vehículos en la época

• Bajo número de ejes equivalentes aplicados

• No considera procedimientos de rehabilitación

• Corta duración de pruebas experimentales

• Tránsito estimado para 20 años

• Empleo solo de CBRsaturado o IG para obtención del Si

• Procedimiento considera solo el cálculo de SN/sub-rasante

• Componentes que requerían verificación:• Factor regional (clima)

• Valor soporte de distintas sub-rasantes

• Coeficiente estructural para otros materiales

• Estudios complementarios en otras regiones de EEUU

• Verificación o validación de resultados

• Alimentar la base de datos estadísticos

• Definición más aproximada de fallas

LIMITACIONES QUE QUEDARON PENDIENTES

PARA EL EXPERIMENTO VIAL AASHO

Recordemos una de las alternativas que

habían sido analizadas por AASHO-62:

Capa Espesor

(cm)

Coeficiente

estructural

SN de

la capa

Mezcla

asfáltica

15,0

(asumido)0,44 2,598

Base

granular

53,0

(calculado)0,14 2,921

Sub-base

granular

45,0

(estimado)0,11 1,949

Total SN/sr 7,468

> 7,446 OK

Si se hubiesen construido todas las

alternativas estudiadas por AASHO-62,

sabiendo que cada una fue diseñada para el

mismo número de repeticiones, cada una de

ellas hubiera durado un tiempo distinto, es

decir, hubiese resistido un diferente número

de ejes equivalentes.

Esta indefinición de “respuesta de

comportamiento”, que se conoce solo

después de “éxitos y fracasos”, llevó a

continuar las investigaciones sobre la

aplicación del método.

La Guía de Diseño AASHTO-72

EVOLUCIÓN DEL PROCEDIMIENTO AASHTO

ECUACIÓN DE LA GUÍA AASHTO 1972, aplicable en cualquierotro sitio distinto al sitio en el cual se realizó la prueba, y con un

material de sub –rasante diferente al empleado en la prueba AASHO

+ log(1/R) + 0.372 (Si – So)

W18 : Número de aplicaciones de carga de 18 kips esperadas en el periodo de

diseño, cuya duración normalmente está entre 5 y 20 años.

SN : Número estructural

R = Factor Regional, variable entre 0.5 y 5.0

Pt = Servicapacidad al final del periodo de servicio

Si = Valor soporte del material en el sitio de diseño

So = Valor soporte del suelo de fundación en el sitio de construcción del

Experimento Vial AASHO , al cual se le asignó un valor igual a 3.0

19.5

18

)1(

109440.0

20.0)1log(36.9log

SN

GSNW

5.12.4

2.4log t

Criterio de selección del valor de la

Servicapacidad final (pt)

La Guía Provisional AASHTO-72 establece que:

•La selección del valor de “Servicapacidad Final (pt)” debe establecerse

como el menor Índice que puede ser alcanzado por el pavimento ANTES

de que requerida una rehabilitación o repavimentación.

• Se sugieren los siguientes valores de “pt”

• Carreteras principales: pt = 2,5

• Carreteras secundarias: pt = 2,0

• Para vías de bajo volumen de tráfico, en las cuales las considera-

ciones económicas hagan recomendable niveles de inversión muy

Bajos, se recomienda mantener el pt mínimo en un valor de 2,0, y

Reducir el periodo de diseño, pero no disminuir pt por debajo del

Valor indicado de 2,0.

Fuente: Guía AASHTO-72, pg 6

Criterios de estimación del valor del “Factor Regional (R)”

Modelo venezolano para estimar “R”

En la Universidad Católica Andrés Bello (UCAB), se realizan,

en los años 1976 y 1977, dos Trabajos Especiales de Grado

relacionados con el tema del Factor Regional:

(2): IC-976-O1


El segundo TEG fue dirigido por el Profesor Andrés Pinaud R., y su

Autor es el Br. Gustavo Paolini, y se titula:

“El uso del Factor Regional en Venezuela para el Diseño de los

Pavimentos Flexibles (2)”.

El resultado de los dos TEG permitió, a través de una serie de

encuestas dirigidas a Profesionales relacionados con los

pavimentos, ofrecer una Ecuación que permite estimar el FR con

resultados muy cercanos a los que un “Experto” hubiese asignado

para cualquier caso en estudio.

(2): IC-977-P1

La Ecuación toma la siguiente forma:

R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

En donde:

• ICA = Índice del Cuadro A

• ICB = Índice del Cuadro B

• ICC = Índice del Cuadro C

• ICD = Índice del Cuadro D


R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

Índice del Cuadro “A-1”

CE diarias = REE/(n*365) < 50n = número años periodo diseño


CE diarias = 51 < REE/(n*365) < 150n = número años periodo diseño


CE diarias = 151 < REE/(n*365) < 1000n = número años periodo diseño


CE diarias = REE/(n*365) > 1001n = número años periodo diseño

Índice del Cuadro “B-1”

Alta intensidad de lluvia: > 1200 mm/año


Media intensidad de lluvia: 1200 mm/año < Lluvia < 600 mm/año


Baja intensidad de lluvia < 600 mm/año

Índice del Cuadro “C”

Índice del Cuadro “D”

Selección del “Valor Soporte del Suelo (Si)”

Ábaco para la selección del “Valor Soporte del Suelo (Si)”

No se define criterio para

seleccionar el CBR de Diseño.

En Venezuela se ha aplicado el

concepto de “Percentil de Diseño”

para la sub-rasante y mínimo valor

de ensayo para los materiales de

Sub-bases y Bases granulares.

Ábaco para la selección del “Valor Soporte del Suelo (Si)”

Tabla comparativa de valores de coeficientes estructurales

Tabla comparativa de valores de coeficientes estructurales

Coeficiente estructural de las mezclas asfálticas

densamente gradadas

Coeficiente estructural

de las mezclas

asfálticas

densamente

gradadas

Coeficiente

estructural de los

materiales

granulares para

capas de sub-base

Coeficiente

estructural de los

materiales

granulares para

capas de base

Coeficiente

estructural de los

materiales

estabilizados con

cemento

Coeficiente

estructural de los

materiales

estabilizados con

asfalto

ECUACIÓN DE LA GUIA AASHTO 1972

El número estructural se convierte a una combinación de espesores de capa,

combinando coeficientes que representan la capacidad estructural relativa del

material de cada capa

ai : Coeficiente estructural de capa i

Di : Espesor (en pulgadas) de capa i

SN (i) = potencia de la capa (i) = espesor de la capa (i) * espesor de la capa (i)

Ecuación resuelve SN sobre CUALQUIER CAPA CON VALOR ASIGNABLE DE

“Si”, ES DECIR, SE INTRODUCE EL CONCEPTO DE TEORÍA ELÁSTICA

MULTICAPA.

NO HAY SOLUCIÓN ÚNICA!!

332211/ DaDaDaiSN

Principio y procedimiento de diseño

Fuente: Guía AASHTO-72

Figura C.5-1; pg. 99

Guía AASHTO-72

Procedimiento

ALTERNO para la deter-

minación de los espesores

de capas en los

Pavimentos flexibles

Pudiera aplicarse el

Principio de SOLO

PROTEGER la capa de

Sub-rasante.

Carretera San Carlos-Tinaco (TO-05)

– Cargas de diseño = 38.550.000 ee (20 años)

Cargas equivalentes diarias = 38.550.000/(20*365)

= 5.281

– Sub-rasante

CBR de diseño (Sr) = 1,9%

(Criterio del percentil de diseño (90%) y solo

CBR saturado)

Tipo de material predominante en la SR = A-4(2)

Ejemplo aplicación Ecuación AASHTO-72:


– Intensidad de lluvia promedio, últimos cinco

(5) años = 880 mm

– Profundidad capa freática, por debajo de la

SR: (a) en verano: >1,75 m; (b) en invierno:

entre 0,80 y 1,40 m

– Topografía predominante: ondulado suave

– Pendiente geométrica trazado: < 3%



– Materiales disponibles:

Mezcla asfáltica M19, con estabilidad Marshall de

3.000 lbs, flujo de 12 (0.001 pulg) y 3,0% Vv, y

densidad compactada en campo de 2.287 kg/m3.

Piedra picada con CBR >= 80%, y densidad

compactada en campo de 2.200 kg/m3

Grava cernida con CBR promedio de 52,1%

(máximo de 60% y mínimo de 42%), y densidad

compactada en campo de 2.050 kg/m3.


Selección del valor de la

Servicapacidad final (pt)

La Guía Provisional AASHTO-72 establece que:

•La selección del valor de “Servicapacidad Final (pt)” debe establecerse

como el menor Índice que puede ser alcanzado por el pavimento ANTES

de que requerida una rehabilitación o repavimentación.

• Se sugieren los siguientes valores de “pt”

• Carreteras principales: pt = 2,5

• Carreteras secundarias: pt = 2,0

• Para vías de bajo volumen de tráfico, en las cuales las considera-

ciones económicas hagan recomendable niveles de inversión muy

bajos, se recomienda mantener el pt mínimo en un valor de 2,0, y

reducir el periodo de diseño, pero no disminuir pt por debajo del

valor indicado de 2,0.

Fuente: Guía AASHTO-72, pg 6

Seleccionemos en nuestro ejemplo pt = 2,5

Estimación del Valor de Factor Regional (R):

R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

Seleccionar Cuadro A-4 por número de EEdiarios

(5.281)

ICA = 1


R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

Seleccionar Cuadro B-2 por intensidad de

Lluvia anual promedio (880 mm)

ICB = 2


R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

ICC = 1


R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

ICD = 2


R = 0,10*ICA + 0,35*ICB + 0,35*ICC + 0,20*ICD

R = 0,10 * 1 + 0,35 * 2 + 0,35 * 1 + 0,20 * 2 =

R = 1,55

Selección de valores de Soporte del

Suelo (Si)

Recordando los materiales disponibles:

– Sub-rasante: CBR percentil de diseño = 1,9%

– Sub-base granular : CBR = 42% (menor valor

de resultado de ensayos)

– Base granular: CBR = 80% (mínimo

especificado)

Procedimiento Percentil de Diseño para suelos finos

(materiales de fundación)

Muestra Progresiva CBRs

27 12+500 15.3

28 13+000 7.6

29 13+500 7.8

30 14+000 8.2

31 14+500 2.0

32 15+000 5.7

33 15+500 9.2

34 16+000 34.0

35 16+500 3.9

36 17+000 1.4

37 17+500 10.6

38 18+000 1.9




27 12+500 15.3

28 13+000 7.6

29 13+500 7.8

30 14+000 8.2

31 14+500 2.0

32 15+000 5.7

33 15+500 9.2

34 16+000 34.0

35 16+500 3.9

36 17+000 1.4

37 17+500 10.6

38 18+000 1.9


Número de

muestras con

CBR igual o

mayor

% con

muestras

igual om

mayor a CBR

de

36 17+000 1.4 13 100.0%

38 18+000 1.9 12 92.3%

31 14+500 2.0 11 84.6%

39 18+500 2.2 10 76.9%

35 16+500 3.9 9 69.2%

32 15+000 5.7 8 61.5%

28 13+000 7.6 7 53.8%

29 13+500 7.8 6 46.2%

30 14+000 8.2 5 38.5%

33 15+500 9.2 4 30.8%

37 17+500 10.6 3 23.1%

27 12+500 15.3 2 15.4%

34 16+000 34.0 1 7.7%

Tabla 3 Criterio de determinación del "Percentil de diseño para el CBR" ________________________________________________ Cargas equivalentes Percentil de diseño para totales (REE) sub-rasante sub-rasante mejorada

_________________________________________________ < 1.0 E+5 75 85 > 1.0 E+5 ≤ 1.0 E+6 80 90 > 1.0 E+6 ≤ 1.0 E+7 85 90 > 1.0 E+7 ≤ 1.0 E+8 90 95 > 1.0 E+8 95 95 _________________________________________________



– Cargas de diseño =38.550.000 ee



– CBR de diseño (Sr) = 1,9%

Principio y procedimiento de diseñoSelección de valores de Soporte del Suelo (Si) del

material de la sub-rasante

CBRSR = 1,9%

SiSR = 2,9


material de la Sub-Base granular

CBRSbg = 42%

SiSbg = 8,7


material de la Base granular

CBRBg = 80%

SiBg = 9,8

Solución Ecuación de Diseño de

AASHTO-72 (Teoría Elástica Multicapa)

Recordemos que, para nuestro

ejemplo conocemos:

* Wt18 = 38.550.000 ee

* Pt = 2,5

* R = 1,55



Material Capa Estabilidad/

ResistenciaSi SN/i

MAC19 Rodamiento 3000 lbs -- --

Piedra

picada

Base

granular80% CBR 9,8

Granzón

de río

Sub-base

granular42% CBR 8,7

Relleno Sub-rasante 1,9% CBR 2,9

Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55

2,973




ResistenciaSi SN/i


Piedra

picada

Base

granular80% CBR 9,8 2,973

Granzón

de río

Sub-base

granular42% CBR 8,7


Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55

3,474




ResistenciaSi SN/i


Piedra

picada

Base


Granzón

de río

Sub-base



Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55

7,074

Recordar que la Ecuación resuelve el valor

de SN sobre la capa cuyo Si ha sido

sustituido en la ecuación:


ResistenciaSi SN/i


Piedra

picada

Base


Granzón

de río

Sub-base


Relleno Sub-rasante 1,9% CBR 2,9 7,074

Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55


El número estructural se convierte a una combinación de espesores de

capa, combinando coeficientes que representan la capacidad

estructural relativa del material de cada capa



Ecuación resuelve SN sobre CUALQUIER CAPA

CON VALOR ASIGNABLE DE “Si”, ES DECIR,

SE INTRODUCE EL CONCEPTO DE TEORÍA

ELÁSTICA MULTICAPA.

NO HAY SOLUCIÓN ÚNICA, PERO DEBE PROTEGERSE

CADA CAPA Y NO SOLO LA SUB-RASANTE

332211/ DaDaDaiSN

Selección de los coeficientes

estructurales de cada capa:

Capa asfáltica para rodamiento:

– Mezcla M19

Estabilidad = 3.000 lbs

Flujo = 12 (0,01 pulg)

Vacíos totales = 3,0%

% C.A. = 5,2%

Densidad compactada en campo = 2.287 kg/m3

(al 97% de la densidad Marshall de laboratorio).

Coeficiente estructural

de las mezclas

asfálticas

densamente

gradadas

arod = 0,44



Capa de piedra picada para Base granular:

– Mezcla Tipo COVENIN 1 (Norma 11-4)

CBR = 80% mínimo al 95% DMS

Peso unitario en campo (95% DMS) = 2.200 kg/m3

IP = NP

Desgaste LA = 38%

Coeficiente

estructural de los

materiales

granulares para

capas de base

aBg = 0,14



Capa de piedra picada para Sub base

granular:

– Mezcla Tipo COVENIN 1 (Norma 11-2)

CBR = 42% mínimo al 95% DMS

Peso unitario en campo (95% DMS) = 2.050 kg/m3

IP = NP

Desgaste LA = 38%

Coeficiente

estructural de los

materiales

granulares para

capas de sub-base

aSbg = 0,125


321/ SNSNSNiSN

332211/ DaDaDaiSN

La ecuación:

Puede ser expresada como:

En donde:

SN1 = a1*D1

SN2 = a2*D2

SN3 = a3*D3


El número estructural se convierte a una combinación de espesores de

capa, combinando coeficientes que representan la capacidad

estructural relativa del material de cada capa



Ecuación se resuelve mas fácilmente planteándola

desde arriba hacia abajo, buscando tener una

ecuación con una incógnita.

Recordar que los espesores deben ser

expresados en pulgadas

332211/ DaDaDaiSN

Y si recordamos que habíamos calculado el

SN sobre cada capa:


ResistenciaSi SN/i


Piedra

picada

Base


Granzón

de río

Sub-base



Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55

Planteamos, entonces, la primera

ecuación de SN/i , yendo de arriba hacia

abajo:

SN/Bg = 2,973

SN/Bg = SNrod = arod * Drod

2,973 = 0,44 * Drod

Drod = 2,973/0,44 = 6,76 pulg

Drod = 6,76 * 2,54 = 17,17 cm

– Que se redondea, por razones constructivas al medio centímetro superior, en nuestro caso

Drod = 17,5 cm

Verificación de cálculos y determinación del SN© de construcción sobre la capa “i”, en este primer cálculo “i” = Base granular

•SN©/Bg = 17,5/2,54 * 0,44 = 3,031

• Ya que SN©/Bg > SNcálculo/Bg

(3,031> 2,973)

La capa de Base granular está

debidamente protegida

Buscamos ahora el siguiente valor de SN

sobre capa ya calculado por la ecuación

AASHTO, yendo de arriba hacia abajo:


ResistenciaSi SN/i


Piedra

picada

Base


Granzón

de río

Sub-base



Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55

Planteamos ahora la segunda ecuación de SN/i, continuando de arriba hacia abajo:

• SN/Sbg = 3,474

• SN/Sbg = SNrod + SNBg

• SN/Sbg = SN/Bg + SNBg = SN©/Bg+ SNBg

Sustituyendo valores se tiene:

* 3,474 = 3,031 + 0,14 * DBg

Por lo tanto,

•3,474 = 3,031 + 0,14 * DBg

(3,474 - 3,031)/0,14 = DBg

DBg = 3,16 pulg = 8,04 cm

Este espesor calculado debe ser

verificado con los criterios de

“espesores mínimos”

Criterio de espesores mínimos por razones constructivas:

Tipo de mezcla Espesor mínimo (cm)

Mezcla asfáltica en caliente 5,0

Base granular 10,0

Sub-base granular 10,0

Materiales estabilizados con cemento 15,0

Materiales estabilizados con asfalto 10,0

Por lo tanto,

• DBg = 3,16 pulg = 8,04 cm

Este espesor calculado debe ser,

como mínimo, de 10,0 cm.

Seleccionemos, en este ejemplo, un

espesor de 20,0 cm.

D©Bg = 20,0 cm

Verificación de cálculos y determinación del SN© de construcción sobre la capa “i”, en este segundo cálculo “i” = Sub-base granular

•SN©/Sbg = SN©

rod + SN©Bg =

= 3,031 + 20/2,54 * 0,14 = 3,031 + 1,102 =

= 4,133(4,033> 3,474)

La capa de Sub-base granular está



ResistenciaSi SN/i


Piedra

picada

Base


Granzón

de río

Sub-base



Wt18 = 38.550.000 ; pt = 2,5; R = 1,55

Buscamos ahora el siguiente valor de SN

sobre capa ya calculado por la ecuación

AASHTO, yendo de arriba hacia abajo:

Planteamos ahora la tercera, y última, ecuación de SN/i, continuando de arriba hacia abajo:

• SN/SR = 7,074

• SN/SR = SN©rod + SN©

Bg + SNSbg

• SN/SR = SN©/Sbg + SNSbg = SN©

/Sbg+ aSbg*DSbg

Sustituyendo valores se tiene:

* 7,074 = 4,133 + 0,125 * DSbg

Por lo tanto,

• 7,074 = 4,133 + 0,125 * DSbg

(7,074 - 4,133)/0,125 = DSbg

DSbg = 23,53 pulg = 59,8 cm

Este espesor calculado debe ser

redondeado al centímetro entero

superior (60,0 ) y satisface el criterio

de “espesores mínimos”

Verificación de cálculos y determinación del SN© de construcción sobre la capa “i”, en este tercer cálculo “i” = Sub-rasante

•SN©/SR = SN©

/Sbg + SN©Sbg =

= 4,133 + 60/2,54 * 0,125 = 4,133 + 2,953 =

= 7,086(7,086> 7,074)

La capa de Sub-rasante está


Resumen del diseño según AASHTO-72:

Material CapaEspesor

(cm)Diseño

(Construcción)

Coeficienteestructural

SNde

cálculoSobre capa

SN de construcción

de la capa

SNde

construcción

sobre la capa

Condición de diseño

MAC 19Rodamiento 17,5 0,44 __ 3,031 __ O.K.

Piedra picada

Base granular

20,0 0,14 2,973 1,102 3,031 O.K.

Grava de río

Sub-base

granular

60,0 0,125 3,474 2,953 4,133 O.K.

Relleno Sub-rasante

7,074 7,086 O.K.

Si recordamos las alternativas de Diseño según AASHO-62

Material Capa Diseño 1 Diseño 2 Diseño 3 Diseño 4

Espesor capa (cm)

MAC M19 Rodamiento 15,0 10,0 20,0 15,0

P. Picada Base granular

40,0 50,0 30,0 53,0

Grava río Sub-base granular

62,0 69,0 54,0 45,0

Y las comparamos con el diseño según AASHTO-72

Podemos afirmar que los Diseños D1, D2 y D4 fallarán prematuramente por no estar la capa de Base granular suficientemente protegida.

Material Capa Diseño 1 Diseño 2 Diseño 3 Diseño 4 AASHO-72

Espesor capa (cm)

MAC M19

Rodamiento 15,0 10,0 20,0 15,0 17,5

P. Picada Base granular 40,0 50,0 30,0 53,0 20,0

Grava río Sub-base granular 62,0 69,0 54,0 45,0 60,0

Criterios y procedimientos de diseño de

rehabilitación de pavimentos existentes

La Guía Provisional AASHTO-72 presenta

breves comentarios sobre el Procedimiento

AASHTO, así como Métodos empleados

por algunas Instituciones y Estados de los

Estados Unidos (Instituto del Asfalto,

California, Oklahoma, Texas, Utah).

Concluye recomendando que se adopte el

Método propuesto por California, el cual

se apoya en la medición de deflexiones.

La Guía

Provisional

de Diseño

AASHTO-72

Documents

La Guía AASHTO-72