PRESENTACIÓN AASHTO 93

7/22/2019 PRESENTACIN AASHTO 93

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DISEO DE LA ESTRUCTURA

DEL PAVIMENTO

GUIA ASSHTO

1,993


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PAVIMENTO DO PONTO DE VISTAESTRUTURAL E FUNCIONAL

Pavimento umaestrutura de mltiplas camadas de espessuras

finitas, construda sobre a superfcie final de terraplenagem, destinadatcnica e economicamente a resistir aos esforos oriundos do trfegode veculos e do clima, e a propiciar aos usurios melhoria nascondies de rolamento, com conforto, economia e segurana.

Mais recentemente h uma tendncia de usar-se a nomenclatura

pavimentos de concreto de cimento Portland (ou simplesmente concreto-cimento) e pavimentos asflticos, respectivamente, para indicar o tipo derevestimento do pavimento.


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PAVIMENTO DO PONTO DE VISTAESTRUTURAL E FUNCIONAL

As camadas de base, sub-base ereforo do subleito so de grandeimportncia estrutural.

Limitar as tenses edeformaes na estrutura dopavimento, por meio da

combinao de materiais eespessuras das camadasconstituintes, o objetivo daMecnica dos Pavimentos.


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ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ASFLTICO

Lo que se desea calcular son los espesores de las capas,aplicando la gua de diseo AASHTO 93.

CAPA N1.- Llamado tambin Rodadura; pudiendo ser deMezclas Asflticas en caliente, Mezclas Asflticas enFri, Tratamientos Superficiales.

CAPA N2.- Llamado tambin Base y/o Sub basepudiendo ser de Mezclas Asfltica en Caliente, MezclaAsfltica en Fri, Suelo Procesado, Suelo Estabilizado,Suelo Natural.

CAPA N3.- Llamado tambin sub rasante o suelo defundacin; pudiendo ser Suelo Procesado, SueloEstabilizado, Suelo Natural.

.


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ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO ASFLTICO

Los espesores de los pavimentos y sus respectivascapas estn relacionados con las variablescaractersticas que intervienen en el diseo de lospavimentos.

Las consideraciones de diseo que toma la AASHTOestn bien definidas ya sea variables empricas omecnicas y su calculo esta dentro de los datos queintervienen en el diseo de la estructura de lospavimentos


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CONSIDERACIONES DE DISEO ESTRUCTURALDE PAVIMENTOS

1. COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO

El comportamiento del pavimento esta relacionado con LA FUNCIONALIDAD del mismo, esta caracterstica proviene de la estructura del pavimento, las condiciones fsicas y los agentes externos que daan al pavimento.

Aos atrs se tomaron conceptos preponderantes, donde se determinaba la

SERVICIABILIDADcomportamiento de los pavimentos donde se verificaba cual era el servicio o hasta que punto serva el pavimento construido y se tomaba en conjunto con el comportamiento que este tenia en su vida til.

2. EL TRAFICO

Esta basado en las cargas esperadas y acumulativas de un eje equivalente a 18,000 lbs. durante el periodo de anlisis.

Para cualquier situacin de diseo donde la estructura inicial del pavimento se espera que dure todo el periodo de anlisis sin ninguna obra de rehabilitacin todo lo que se requiere es el ESAL acumulado en todo el periodo de anlisis.

Si se considera una rehabilitacin en el periodo de anlisis, el diseador debe definir


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CONSIDERACIONES DE DISEO ESTRUCTURAL DEPAVIMENTOS

3. SUELO SUBRASANTE

El comportamiento de los Suelos de Subrasante (suelos de fundacin) tiene una gran influencia en los pavimentos por que sobre ellos descansan y reciben todas las cargas que son transmitidas por el mismos pavimento.

La representacin del suelo de fundacin en el diseo de estructuras es por medio del MODULO DE RESILENCIA (MR) y por este factor se puede definir el tipo de pavimento que se colocar en la va proyectada.

Es importante precisar que la obtencin del modulo resilente (Mdulo Dinmico) es compleja porque no se tiene un numero constante puesto que puede variar segn las condiciones climticas o drenaje y esto hace variar los resultados de los diseos calculados.

4. MATERIALES DE CONSTRUCCIN

El conocimiento de los tipos de materiales de construccin disponibles en las proximidades del proyecto tienen una gran influencia en los aspectos de costos y comportamiento de la estructura.


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Tambin se debe considerar que para el calculo de los espesores del pavimento se deben tener las caractersticas bien definidas de los materiales que conformaran el pavimento como son la base granular y la carpeta asfltica y estos a su vez tengan otros materiales de condiciones favorables que las constituyen como son: el cemento, el filler, suelos de buena granulometra, asfaltos, aditivos, etc.

5. EL CLIMA

Normalmente el clima afecta las condiciones de la subrasante y capa de rodadura. Climas clidos reducen la estabilidad de las mezclas asflticas por otro lado en climas frgidos las mezclas asfaltadas tienen gran potencia de sufrir fisuracin

Asimismo en zonas de grandes alturas y climas tropicales las capas de superficie asfltica estn sujetas al efecto de oxidacin del cemento asfltico.

En otras reas la presencia de suelos de subrasante expansivos y/o susceptibles de helarse pueden verse muy afectados por el clima.

El clima esta comnmente acompaado de dos agentes importantes, negativos para el

pavimento como son:


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CONSIDERACIONES DE DISEO ESTRUCTURAL DEPAVIMENTOS

La temperatura y el agua.

Estos agentes externos actan en desorden y el pavimento debe estar protegido contraestos dos agentes perjudiciales para la estructura del pavimento.

6. DRENAJE

Tradicionalmente las capas de base y sub base granular del pavimento fueron

diseadas solamente por aspectos de resistencia dando escasa importancia al drenaje.

Una buena base granular debe ser diseada para drenar rpidamente el agua delpavimento.

La drenabilidad del material o calidad de drenaje es funcin de varios aspectosincluyendo la permeabilidad del material, su distribucin granulomtrica, el porcentaje dematerial fino (pasante la malla N200) y las condiciones geomtricas de la superficie ysubrasante del pavimento.

7. CONFIABILIDAD

La Confiabilidad se requiere al NIVEL DE PROBABILIDAD que tiene una estructura de

pavimento diseada para durar a travs de anlisis.


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La confiabilidad del diseo toma en cuenta las posibles variaciones de trafico previstas, as como en las variaciones del modelo de comportamiento AASHTO, proporcionando un nivel de confiabilidad (R) que asegure que las secciones del pavimento duren el periodo para el cual fueron diseadas.

8. COSTOS Y CICLO DE VIDA

Despus que los espesores mnimos de las capas del pavimento, han sido establecidas de acuerdo a los procedimientos descritos anteriormente y luego de ser verificado de acuerdo a limitantes en su construccin y mantenimiento, el costo de inversin inicial del pavimento debe ser minimizado para proveer una alternativa de diseo para cada combinacin de materiales considerados.

9. DISEO DE BERMAS

En la gua AASHTO no especifica el diseo a tratar pero si hace una referencia en el apndice, ya que el comportamiento de la berma es equivalente al de la calzada de los pavimentos pero en menor proporcin y por lo tanto se considera como mnimo un W18 del 2% del carril de diseo.

Consecuentemente no se requiere del mismo espesor de la calzada.


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PRESENTACIN DEL MTODO

REQUERIMIENTO: Pavimento debe satisfacer un determinado NMERO ESTRUCTURAL(SN), calculado en funcin a :

Ecuac in de d is eo

La ecuacin AASHTO-93 toma la siguiente forma:

Variables independientes:

Wt18: Nmero de aplicacion es de cargas equiv alentes de 80 kN acumuladas en elperi odo de d iseo (n )

ZR : Valor del desviador en u na curva de dis tr ibucin norm al, funcin de la

Con fiabil idad del dis eo (R) o g rado co nfian za en q ue las carg as d e di seo no

sern s uperadas po r las c argas reales aplicadas sob re el pavim ento.


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PRESENTACIN DEL MTODO

So: Desviacin estndar del sis tema, func in de po sib les variacio nes en las estimaciones de trns ito (cargas y v olmenes) y com po rtamiento del pavim ento a lo

largo de su vida de servic io.

PSI:Prd ida de Servic iabil i dad (Cond icin de Servic io) p revis ta en el d iseo, y medid acomo la diferencia entre la planitud (calidad de acabado) del pavimento

al concluirs e su cons truccin (Serviceabi l idad Inic ia l (po) y s u p lani tud al f inal del perio do de d iseo (Servicapacid ad Final (pt).

MR: Mdulo Resil iente de la sub-rasante y de las capas de bases y sub -bases

granu lares, obt enid o a travs de ecuacio nes de cor relacin con l a capacid ad

por tante (CBR) de los materiales (suelos y g ranulares).

Variable dependiente:

SN: Nmero Estructural, o capacidad de la estructura para soportar las cargas

bajo las condiciones (vari ables in dep end ien tes ) de di seo


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REQUERIMIENTOS DE DISEO

MDULO RESILENTE (Mr)

Mr de la Sub-rasante (psi), es calculado por el ensayo T274 de la AASHTO, que viene a ser un mtodo muy difcil de realizar en muchos lugares porque no se cuenta con los equipos que efecten este ensayo

Por esto existen relaciones que pueden calcular dicho modulo aproximadamente tomando como parmetro principal el CBR

Se puede calcular por medio de ensayos de la AASHTO, ASTM, etc.


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El "Mdulo Resiliente (MR)", es el resultado de unensayo dinmico, y se define como la relacin entre elesfuerzo repetido masivo () y la deformacin axialrecuperable (a).

Mr = d / a El ensayo se realiza en una celda triaxial equipada con

sistemas capaces de transmitir cargas repetidas

La briqueta de ensayo tiene generalmente 10 cm dedimetro por 20 cm de altura.



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MDULO RESILENTE (Mr) MDULO RESILIENTE EFECTIVO (PONDERADO) DEL

MATERIAL DE SUBRASANTE (MR)

PASO 1

El mtodo exige que el valor de Mdulo Elstico delmaterial de fundacin que se introduzca en la

ecuacin de diseo, represente el efecto combinadode los diferentes mdulos de ese material a lo largodel ao

El Mr se modifica en funcin de las condiciones

ambientales a los cuales est sometido durante ese

tiempo.

Este valor, por otra parte, cuantifica el dao relativo alcual est sometido un pavimento durante cada pocadel ao, y pondera este dao en una forma global paracualquier momento del ao.


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A este efecto la determinacin del valor de MR puedelograrse por alguno de los procedimientos siguientes:

A.-

Efectuando ensayos de mdulo resiliente en laboratorio(Mtodo AASHTO T-274) sobre muestras

representativas, bajo condiciones de esfuerzo yhumedad similares a aquellas de las pocas

predominantes en el ao, es decir las estacionesclimatolgicas durante las cuales se obtendrn valoressignificativamente diferentes

Estos resultados permitirn establecer relaciones entre diferentes mdulos resilientes y contenidos de

humedad, que puedan ser utilizadas conjuntamente conestimaciones de "humedades en sitio" bajo elpavimento, para establecer valores de mdulo

resiliente para las diversas estaciones climatolgicas



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B.- .

Estimando los valores de mdulo resiliente a partir decorrelaciones entre mediciones de deflexiones depavimentos en servicio en diversos momentos del ao

C. - .

Estimando los valores "normales" de mdulo resilientede los materiales, a partir de propiedades conocidas,tales como CBR, plasticidad, contenido de arcilla, etc.

Luego, mediante la aplicacin de relaciones empricas seestima el mdulo resiliente para diferentes pocas delao

Estas relaciones pueden ser del tipo:

Mdulo Resiliente en invierno = 20 a 30% del Mdulo enverano.



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ECUACIONES DE CORRELACIN RECOMENDADAS

1. Para materiales de sub-rasante con CBR a 7,2%

MR = 1.500* CBR

2. Para materiales con CBR > 7,2% pero 20,0%

MR = 3.000 * (CBR)^0.65

3. Para valores de CBR mayores a 20,0%, se debernemplear otras formas de correlacin, tal como larecomendada por la propia Gua de Diseo AASHTO-93

MR = 4.326*ln(CBR) + 241

Nota: El valor resultante de estas correlaciones se mide en unidades de lb/pulg2 (psi)



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D.-

Estimando los valores "normales" de mdulo resiliente de los materiales de

fundacin a partir de las ecuaciones de correlacin que estn incluidos

en el Programa PAS (Pavement Analysis System) desarrollado por la

Asociacin de Pavimentadores de Concreto de los Estados Unidos (ACPA)

Estas ecuaciones dentro del Programa PAS toman, para el material

de sub-rasante, las siguientes expresiones:

RANGO DE CBR (%) ECUACIN DE CORRELACIN


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NMERO ESTRUCTURAL (SN )

Nmero Estructural, indicador de la CapacidadEstructural requerida (materiales y espesores).

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

Siendo

ai =Coeficiente Estructural de la capa i

Di = Espesor de la Capa i en pulgadas mi = Coeficiente de Drenaje de la Capa Granular i


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VARIABLE DE DISEO A RESTRICCIN DEL TIEMPO

Seleccin de entradas de periodos de performance de anlisis que afectan eldiseo desde la dimensin del tiempo.

El diseador selecciona estrategias variando la estructura inicial a la finaldesde la etapa de construccin hasta los planeados sobrecapados

PERIODO DE ANALISIS: Periodo de tiempo en el cual se realiza el anlisis ydebe cubrir cualquier estrategia de diseo. Anlogo de vida de diseo en elpasado.

PERIODO DE PERFORMANCE (Vida de Servicio): Periodo de tiempo en que

un pavimento inicial se puede dejar antes que necesite rehabilitacin. Esteperiodo puede ser afectado significativamente por el tipo y nivel demantenimiento aplicado


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VARIABLE DE DISEO A RESTRICCIN DEL TIEMPO

Tiempo Mnimo de Performance: Mnima cantidad de tiempo en el cual lasiguiente etapa se puede considerar iniciada (ej: 5 aos de tiempo para que

un pavimento no tenga ninguna rehabilitacin)

Tiempo Mximo de Performance: Mxima cantidad de tiempo que el usuarioespera para la siguiente etapa ( ej: se dise para 10 aos, mx. a los 8 aosrequiere rehab.)

El resultado es una prdida del PSI debido a factores ambientales o

desintegracin de la superficie. La seleccin de un periodo largo de diseopuede llevar a diseos lineales

SE PUEDE CONSIDERAR

Condiciones de Vas Periodo de Condicin (aos)

Alto Volumen Urbano 30 50 Alto Volumen Rural 20 50

Bajo Volumen Pavimentado 15 25

Bajo Volumen de Superfcie 10 - 20

de Agregados


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E L T R F I C O

Basado en el nmero esperado acumulado de cargas por Eje SimpleEquivalente de Carga de 18,000 lbrs. llamado ESAL (Equivalent Single Axle

Loads) durante el Periodo de Anlisis

W18 = Dd x Dl x w18

W18 = Trfico en el carril de diseo

w18 = Trfico de diseo. unidades ESAL de 18 kips acumuladas ,previstas para una seccin especfica de la carretera enel periodo de anlisis

Dd = Factor de distribucin direccional, generalmente es 0.5 (50%) para la mayor parte de vas vehiculares,

hay casos en los que puede moverse ms peso en una direccin que en otra. as, el lado con los

vehculos ms pesados, deber ser diseado para un gran nmero de unidades ESAL. Puede variar entre

0.3 a 0.7, dependiendo de cual direccin est mscargada con respecto a la otra

Dl = Factor de distribucin de carril


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E L T R F I C O

El Dl se expresa como una relacin que considera la distribucin del trficoCuando 2 o ms carriles existen en una direccin de trfico (Ver Tabla)

FACTOR Dl :Nmero de Carriles en % de ESAL de 18 kips en el

cada direccin Carril de Diseo 1 100 2 80 - 100

3 60 - 80 4 50 75

El usuario debe preparar el grfico de tiempo versus el acumulado ESAL, paraseparar el trfico en periodos

El diseador debe factorizar el trfico de diseo por direccin y por carril paraobtener W18

Para el caso de Per el estudio se basa en el ndice Medio Diario Anual (IMDA)y la informacin de cargas en el Reglamento de Pesos y Medidas Vehicularpara la circulacin en la Red Vial Nacional ( D.S. N 058 - 2003-MTC); debiendocalcularse el ESAL para el primer ao de servicio de acuerdo al tipo,

distribucin y volumen de vehculos que circularn por la va en estudio.


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C 0 N F I A B I L I D A D

Concepto introducido como medio para asegurar cierto grado de certeza en el procedimiento de diseo, para que las diferentes alternativas de diseo

alcancen todo el periodo de anlisis.

El factor de diseo basado en la confiabilidad, toma en cuenta las posibles variaciones en la prediccin del trfico (W18) y prediccin del comportamiento o performance (w18), proporcionando un determinado nivel de seguridad, que las secciones del pavimento sobrevivirn durante el periodo para el cual fueron diseadas

luego se deben seleccionar niveles de confiabilidad altos cuando se prevean volmenes de trfico por incrementarse para minimizar el riesgo y los pavimentos se comporten adecuadamente

La aplicacin del concepto de confiabilidad requiere lossiguientes pasos:

1.- Definir capacidad funcional de la va: rural o urbana 2.- A > valor de confiabilidad > estructura de pavimento

3.- Seleccionar una desviacin estandar ( So), representativa de sus condiciones locales


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CONFIABILIDAD

Como se puede apreciar en la Tabla de Niveles de Confiabilidad, niveles altoscorresponden a carreteras que reciben mayor uso mientras que los de un bajo

nivel , 50% corresponde a las carreteras locales

Error de Performance en el Que corresponden a ensayo AASHTO fue: desviacin estndar de:

Rgido 0.25 0.35

Flexibles 0.35 0.45


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SERVICIABILIDAD La medida de serviciabilidad se da travs del ndice de Serviciabilidad

Presente PSI

PSI = 0 : Significa camino imposible PSI = 5 : perfecto

Se sugiere utilizar:

Para PSI FINAL O NDICE DE SERVICIABILIDAD TERMINAL (Pt):

PSI ms bajo permisible basado en el ndice ms bajo que ser tolerado antes que sehaga necesaria una rehabilitacin, refuerzo superficial o reconstruccin

ndice = 2.5 o mayor para diseo de carreteras principales 2.0 con menores volmenes de trfico PSI TERMINAL % DE NO ACEPTACIN 3.0 12 2.5 55 2.0 85

Pt depende del volumen de trfico y de la serviciabilidad inicial Po


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SERVICIABILIDAD

Para PSI ORIGINAL O INICIAL (PO) NDICE DE SERVICIABILIDADINICIAL

Los valores en la Carretera Experimental AASHTO fueron:

Po = 4.2 Pavimentos Flexibles

Po = 4.5 - Rgidos

Prdida de Serviciabilidad = PoPt = PSI = Cambio del ndice deServiciabilidad

Luego : PSI= 4.2 2.5 = 1.7 (para carretera principal)

Aplicable a todo tipo de Estructura


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DETERMINACIN DE ESPESORES

Determinado el Nmero Estructural:

a) Se realizan Tanteos para diferentes espesores

b) Se asignan dimensiones a cada una de las capas consideradas

c) Se determina calidad de materiales empleados a travs de un

Coeficiente Estructural

d) Con b y c se determinan los Nmeros Estructurales Parciales;sumados deben satisfacer el valor total requerido

NOTA: Los espesores de las capas finales deben cumplir condeterminados valores mnimos por razones constructivas, de trfico y detipo estructural


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DISEO DE ESPESORES DE CAPAS DELPAVIMENTO

CONCEPTO DE ANLISIS DE CAPAS

D1 >= D*1 = SN1/a1 SN*1 = a1 x D1 >= SN1 D2 >= D*2 = (SN2 SN*1)/a2 x m2 SN*1 + SN*2 = a1 x D1 + a2 x m2 x D2 >=SN2 D3 >= D*3 = {SN3 (SN*1 + SN*2)/(a3 x m3) SN*1 + SN*2 + SN*3 = a1 x D1 + a2 x m2 x D2 + a3 x m3 x D3 >= SN3

Los valores de SN se obtienen de la ecuacin AASHTO. Los valores de a y m se seleccionan de las recomendaciones AASHTO.

El asterisco (*) mostrado en D indican los valores mnimos obtenidos de lasecuaciones mostradas mientras, que los asteriscos para el caso de losvalores de SN indican el N estructural para los espesores de capasadoptadas y coeficientes AASHTO seleccionados.

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