Taller II Pavimentos

METODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

MARIO CADENA VALENCIA Cod 7300686

AGOSTO 4 DE 2012

MÉTODO AASHTO

Introducción:

Este procedimiento es de alta aceptación para el diseño de pavimentos flexibles y se presenta en la guía AASHTO, se publico por primera vez en 1972 el cual se a revisado hasta 1993 la información de pruebas fue incluida en el desarrollo del método fue recolectada en el ensayo vial AASTHO de 1958 a 1960. El método no ha sido convertido a unidades del sistema internacional.

Marco teorico

AASTHO, es la denominación al sistema de clasificación de suelos determinado. Esta básicamente es un sistema de clasificación de los diferentes tipos de suelos en 7 grupos, cada uno de estos grupos esta determinado por ensayos de laboratorio, granulometría, límite líquido e índice de plasticidad. Estos ensayos determinan el “índice de grupo”, número que clasifica a cada suelo el que esta determinado por la siguiente formula empírica.

FUNDAMENTOS DEL MÉTODO

1. Se basa en los resultados AASHTO2. En la revisión realizada en 1986 se introdujeron

factores de confiabilidad, drenaje y aspectos climáticos.

3. Su criterio de falla es el índice de servicio final (pt)4. El transito que lleva a la falla del pavimento es función

del numero estructural, de la resistencia de la subrasante, de la perdida deseada de inicie de servicio y de la confiabilidad elegida

5. Incluye la posibilidad de que se reduzca el periodo de diseño por la presencia de suelo de subrasante expansivos

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Concepto de serviciabilidad-comportamiento La serviciabilidad de un pavimento se expresa en

términos de su índice presente


Formula del índice de servicio presente (ISP) para pavimentos asfalticos

Sv= Varianza de la pendiente del perfil longitudinal

(c+p) = Area con grietas clases 2 y 3 mas area parchada por cada 10002

RD= ahuellamiento medido con una regla 1.2 mt

Ecuación de comportamiento


CONSIDERACIONES DE DISEÑO REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ECUACIÓN


NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADOS POR AASHTO

RELACIONES ENTRE CONFIABILIDAD Y ZR EN UNA DISTRIBUCIÓN NORMAL

Módulo resiliente efectivo (MR)

Se dtermina el daño relatico por periodo

Se calcula el daño relativo promedio

Se halla el modulo resilente efectivo a partir del daño relativo promedio usando la misma ecuación

VARIACION DEL MODULO RESILENTE EN UNA AÑO

AJUSTE DEL MR DE LA SUBRASANTE POR LAS VARIACIONES ESTACIONALES

Número estructural(SN)

La resistencia del pavimento se representa por SN, el cual es función del espesor de las capas, de los coeficientes estructurales de ellas y del coeficiente de drenaje

El número estructural total del pavimento está dado por:

Número estructural(SN)

D1,2,3= espesores de capas asfálticas, base y subbase respectivamente (pulgadas)

a1 = coeficiente estructural de capa i, dependiente de su módulo

mi = coeficientes de drenaje para capas no estabilizadas, dependiente del tiempo requerido para drenar y del tiempo en que la humedad se encuentre en niveles cercanos a la saturación

Ejemplo::Diseñe un pavimento flexible nuevo para un período de diseño de 10 años. Considere un nivel de serviciabilidad inicial de 4.2 y final de 2.5. El CBR del suelo es de 5%, el CBR del terraplén es de 25 %, CBR sub-base es de 40%, CBR de la base granular es de 80 %. Se proyecta un tránsito acumulado de 1500000EE en la pista de diseño. Realice los supuestos necesarios para solucionar el problema. Considerar:

•Coeficiente de drenaje m=1,1•so=0.44• Niveldeconfianza70%

SoluciónUsando las ecuaciones :

Y calculando NE se obtiene:NE requerido = 45.00 [mm]

SoluciónSuponemos que la carpeta asfáltica se extendera sobre una base granular de CBR= 80 % habitualmente se usa 80 % (mín)Coeficiente estructural =0,43

MR= 22,1 *CBR 0,55 válida sólo si 12 % ≤ CBR ≤ 80 %MR = 246.09 Mpa

Usando las ecuaciones :

Y calculando NE se obtiene: NE requerido = 45.00 mmNE req1 = a1 h1

SoluciónAsumiendo que la base granular está colocada sobre una sub-base con CBR 40% equivalente a un módulo resiliente de: MR= 22,1 *CBR0,55 válida sólo si 12 % ≤ CBR ≤ 80 %MR= 168 MpaY calculando NE se obtiene:NE req.2 = 52.37mm NE req.2 =a1 h1+a2 h2 m2

52.37=0.43*104.7+0.13*h2 *1.1 => h2 = 51.39mm

Dp1Asumiendo que la subrasante tiene un CBR 25% equivalente al modulo resiliente de:MR= 22,1 *CBR0,55 válida sólo si 12 % ≤ CBR ≤ 80 % MR = 129.8 Mpa (Subrasante)NEreq.3 = 57.92 mmNE req3 = a1 h1+a2 h2 m2+ a3 h3 m357.92=0.43*104.7+0.13*51.39*1.1+0.12*h3*1.1 => h3= 42.07mm

PAVIMENTOS INVIAS ALTOS Y BAJOS VOLÚMENES

Introducción:

Este método contiene un catálogo de estructuras definido con base en el método AASHTO-93 El catálogo de diseño cubre los tipos de pavimentos y materiales usados actualmente en la práctica local e incluye nuevas tipologías de eficiencia de entrada en otros países con características similares alas colombianas El método considera factores ambientales, de suelos, de tránsito y de disponibilidad de materiales, acordes con la realidad colombiana.

REGIONES CLIMATICAS

El país esta dividido en seis regiones climáticas, con base en la temperatura y la precipitación media anual.

RESISTENCIA DE LA SUBRASANTE

Se considera el valor promedio de resistencia del suelo predominante en la unidad homogénea y, a partir de el, se establece una categoría de subrasante

TRANSITO DE DISEÑO

CONSIDERACIONES PARTICULARES DE DISEÑO

Se empleó la ecuación básica del método AASHTO-93

Se adoptó S0=0.44, que corresponde a considerar la variación de la predicción del comportamiento del pavimento, sin errores en la estimación del tránsito

La posibilidad de errores en la predicción del tránsito se incorpora con la expresión (100.05*ZR*N)

Se consideró una pérdida de serviciabilidad de 2.2 durante el periodo de diseño del pavimento

CATÁLOGO DE DISEÑO

ESTRUCTURAS RECOMENDADAS EN LA CARTA No. 3 PARA CATEGORÍA DE TRÁNSITO T5

Ejemplo de diseñoClimaTemperatura media anual=24ºCPrecipitación media anual=1,850mmSubrasanteSuelo predominante = Arena arcillosaCBR promedio=8.5%Tránsito de diseñoN*=5.7*106ejes equivalentesMateriales disponiblesEn la zona abundan materiales granulares de buena calidad para la elaboración de sub-bases, bases y concretos asfálticos

Establecimiento de región climáticaPara los datos de temperatura y precipitación corresponde la Región R3Establecimiento de categoría de subrasantePara los datos de CBR promedio corresponde la categoría S3 Establecimiento de categoría detránsito N’ = 1.159 N = 1.159 x 5.7*106= 6.6*106ejes equivalentesPara este valor de N* corresponde la categoría T5

Solución al ejemplo de diseño

Elección de Carta de Diseño

Para Región R 3, usar Carta de Diseño No 3

Espesores de diseño para la combinación S 3 –T 5

Mezcla densa en caliente = 10 centímetros

Base granular = 30 centímetros

Subbase granular = 30 centímetros

METODO PCA Introducción:

A diferencia del método AASHTO el método de diseño PCA, consideró un valor fijo de módulo de elasticidad del Concreto (Ec) = 4’000,000 psi que no lo hizo variar en relación con la resistencia a la flexión del concreto (MR), así como tampoco varió el coeficiente de Poisson de 0.15.

Este considera algunas limitaciones en los valores de módulo de reacción K del suelo, en donde el rango de valores oscila entre los 50 y 700 psi. Una ventaja que se debe reconocer el PCA es que toma el tráfico real que estima circulará sobre el pavimento, sin convertirlo en Ejes Sencillos Equivalentes.

ESPESOR INICIAL DEL PAVIMENTO

La elección de un espesor adecuado en el diseño es consecuencia de muchos factores involucrados en la modelación como el efecto por fatiga, erosión, calidad y espesor de la sub base, si lleva o no sub base, el confinamiento lateral, la existencia de bermas o ausencia de estas, la forma y grado como se transfiere las cargas, el tipo de carga a la que se somete la losa, etc.

MODULO DE REACCION DE LA SUBRASANTE Y MODULO COMBINADO. Para evaluar el módulo de reacción K de la sub rasante,

tendremos en cuenta una capa de sub base granular que me dará uniformidad a las placas de pavimento. En la evaluación de la geotecnia y con la determinación del CBR de diseño, podemos inferir que para cada CBR de diseño, se obtendrá un modulo de reacción K de la sub rasante y del conjunto combinado diferente por la presencia de la sub base granular. Se estimo que el modulo de reacción de la subrasante es de 30Mpa/m y asociado a este valor y con 25cm de espesor de base granular un modulo de reacción

combinado de 85Mpa/m.

MODELACION N° VIAS MPIO DE LA UNION

CODIGO MODELACION CHEQUEO ALTERNATIVA

DETALLE MARCA

CBR DE DISEÑO 4.00

SUB-BASE GRANULAR ESPESOR EN cm 30.00

MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO MR EN Mpa 4.20

K DE LA SUBRASANTE EN Mpa/m 30.00

K DE APOYO O DE CONJUNTO EN Mpa/m 90.00

TRANSITO TIPO TOTAL

DISTRIBUCION DIRECCIONAL DEL TRANSITO 100.00

ESPESOR DE LOSA EN cm 15.00

BERMAS NO

PASADORES SI

FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA 1.20

CONSIMO DE FATIGA EN % 18.30

CONSUMO DE EROSIÓN EN % 4.60

APROBACION OK

CONCLUSION

Se hace el chequeo de las estructura propuesta con un cierto grado de incertidumbre, empezando por la predicción del transito, donde se uso una ecuación con un grado de certeza del 50% al no poseer mas información. Para efectos de caracterización de la subrasante, se tenia por lo menos la necesidad de programar una prueba de CBR que es la mas usada en Colombia para diseño de estructuras de pavimento, se destaca que la exploración geotécnica con fines de clasificación y reconocimiento de los sub estratos que componen la subrasante es acertado con una buena programación y ejecución de toma de datos, pero la falta del registro de la resistencia de la subrasante aumenta aun mas la incertidumbre del diseño.

METODO SHELL1998

Introducción El método considera el pavimento como un sistema de

capas homogéneas, isotrópicas y de comportamiento linealmente elástico Los materiales de las diversas capas están caracterizados por Eym, este método permite considerar fricción variable en las interfaces de las capas del pavimento Los cálculos de los esfuerzos y deformaciones se realizan con el programa BISAR

La determinación de espesores serealiza através de un módulo del programa Windows SPDM3.0

INFORMACIÓN REQUERIDA PARA EL DISEÑO

Clima

Tránsito y periodo de diseño del pavimento

Características de las capas granulares y la subrasante

Composición de la mezcla asfáltica y características de fatiga de ella

Rigidez de la capa asfáltica y espesores

Clima

Se emplea la temperatura promedio anual ponderada del sitio del proyecto(w-MAAT), la cual se puede obtener de 3 maneras:

Introduciendo los 12 valores de temperatura promedio mensual

Seleccionando de la base de datos, através del botón Retrieve, los valores de las temperaturas promedio mensuales

Introduciendo directamente el valor de la w-MAAT

Tránsito y período de diseño


Se emplea el número de ejes simples equivalentes de 80kN en el carril de diseño durante el período de diseño, el cual se puede obtener de dos maneras:

Introduciendo el espectro de cargas, junto con información sobre el número de días del año contránsito, la tasa de crecimiento anual del tránsito y el período de diseño del pavimento

Introduciendo directamente el número de ejes simples equivalentes


La pantalla da la oportunidad de efectuar correcciones por movimiento lateral del tránsito sobre la calzada y por el efecto de reposo entre aplicaciones sucesivas de carga por eje

Los valores incluidos por defecto son 5 y 2 respectivamente

Características de las capas granulares y de la subrasante


La pantalla da la oportunidad de efectuar correcciones por movimiento lateral del tránsito sobre la calzada y por el efecto de reposo entre aplicaciones sucesivas de carga por eje

Los valores incluidos por defecto son 5 y 2 respectivamente

Características de las capas granulares y de la subrasante

Características de las capas granulares y de la subrasante Se debe ingresar obligatoriamente el módulo de la

subrasante (E3) y el espesor de las capas granulares (h2)

Se puede incluir un valor promedio del módulo de las capas granulares (E2) o permitir que el programa lo calcule con 50% deconfiabilidad mediante la expresión:

Características de las capas granulares y de la subrasante Se permite aumentar la confiabilidad a 85% o 95%

Se asigna por defecto una relación de Poisson de 0.35, pero puede ser modificada

Se puede ingresar una fórmula propia sobre el criterio de deformación de la subrasante o emplear las fórmulas SHELL para 50%, 85% o 95% de confiabilidad

Composición de la mezcla asfáltica y fatiga

Composición de la mezcla asfáltica y fatiga Se debe ingresar la información correspondiente a los

volúmenes de agregados, asfalto y vacíos de la mezcla compactada (es suficiente ingresar 2 de los 3 datos)

Se debe incluir la ecuación de fatiga de la mezcla compactada, la cual puede ser propia o la que suministra el método por defecto

El valor Nfat es el número de ciclos para el cual el stiffness decrece un 50% de su valor original

Stiffness de la mezcla asfáltica y espesor de capas asfálticas

tiffness de la mezcla asfáltica y espesor de capas asfálticas El módulo de la mezcla se puede alimentar de 3

maneras: Ingresando su valor para las condiciones reales de temperatura y de tiempo de aplicación de carga

Incorporando el stiffness del asfalto (Sbit) para las mismas condiciones

Incorporando los datos básicos de comportamiento del asfalto envejecido (punto de ablandamiento y penetración)

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