Universidad Nacional de HuancavelicaFacultad de Ciencias de Ingenierıa
Escuela Academico Profesional de Civil-Huancavelica
CURSO
PAVIMENTOS CE-803
DISENO DE PAVIMENTOS DE CONCRETOASFALTICO METODO AASHTO-93
DOCENTE:
Ing. Bendezu Acero Johny
ALUMNOS:
.
Sedano Areche Edgar
.
.
.
? ? ?
Huancavelica-Agosto 2014
Baja
A DIOS por iluminar y bendecir
nuestrocamino. A nuestros padres,
quienes nos apoyande manera
incondicional ennuestra
forma-
cion academica; gracias a ellos por
apostar siempreen la
educacion.
INDICE GENERALINDICE GENERAL
Objetivos 1
Generales. 1
1 Aspecto Teorico PAGINA 2
1.1 PAVIMENTO 2
1.2 DISENO DEL PAVIMENTO 2
1.3 PAVIMENTO DE CONCRETO ASFALTICO METODO AASHTO-93 3
1.4 MODULO DE RESILIENCIA 3
1.5 PERIODO DE DISENO 4
1.6 INDICE DE SERVICIABILIDAD 4
1.7 PERDIDA O DISMINUCION DEL INDICE DE SERVICIABILIDAD 5
1.8 ANALISIS DE TRAFICO 5
TRANSITO MEDIO DIARIO ANUAL 6 • CLASIFICACION DE LOS VEHICULOS 6 • TASA
DE CRECIMIENTO 6 • PROYECCION DEL TRANSITO 7 • PROYECCION DEL TRAFICO
NORMAL 7 • FACTOR DE CRECIMIENTO 8 • DISTRIBUCION DIRECCIONAL 8 •FACTOR DE DISTRIBUCION POR CARRIL 8 • EJES EQUIVALENTES 8
1.9 NUMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESAL’s) 9
1.10 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACION ESTANDAR 10
1.11 COEFICIENTE DE DRENAJE Cd 11
1.12 DETERMINACION DEL NUMERO ESTRUCTURAL “SN” 12
1.13 DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPAS 13
2 Diseno Estructural del Pavimento Flexible PAGINA 14
2.1 CBR DE DISENO 15
2.2 PERIODO DE DISENO 16
2.3 INDICE DE SERVICIABILIDAD 16
2.4 ESTUDIO DE TRAFICO 17
-i
Pavimentos
2.5 CONFIABILIDAD Y VARIABILIDAD 19
2.6 COEFICIENTE DE DRENAJE 19
2.7 DETERMINACION DEL NUMERO ESTRUCTURAL 19
2.8 DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA 22
Determinacion de a1 23 • Determinacion de a2 23 • Determinacion de a3 23
3 Espesores Mınimos PAGINA 25
Conclusiones PAGINA 28
Bibliografıa PAGINA 29
-1
INGENIERIA DE PAVIMENTOS:Es el arte de utilizar los materiales que no entendemos completamente, en formas que no podemos
analizar con precision, para que soporten cargas que no sabemos predecir de tal forma que nadie
sospeche de nuestra ignorancia.
Mattew W. Witczak
Escuela Academico Profesional de Civil-Hvca
Universidad Nacional de Huancavelica
Huancavelica, Julio del 2014.
OBJE TIVOS
Generales.
1 Diseno de pavimentos flexibles con metodo AASHTO a partir de los datos del expediente
tecnico.
2 Comparar los resultados finales con los del expediente tecnico.
3 Comparar los resultados con las norma.
1 Aspecto Teorico
1.1 PAVIMENTO
Pavimentos:
La estructura que se apoya sobre el terreno de fundacion o subrasante, y que esta conformado
por capas de materiales de diferentes calidades y espesores, que obedecen a un diseno estruc-
tural, se denomina pavimento. La estructura del pavimento esta destinada a soportar las cargas
provenientes del trafico.
1.2 DISENO DEL PAVIMENTO
DISENO DE PAVIMENTO:
Tradicionalmente, los metodos de diseno de pavimentos, han sido empıricos; es decir, que la
experiencia representaba un papel importante.
Proceso por medio del cual se determinan los componentes estructurales de un segmento vial,
teniendo en cuenta la naturaleza de la subrasante, los materiales disponibles, la composicion
del transito y las condiciones del entorno.
-2
Pavimentos Aspecto Teorico
Figure 1.1: Estructura Tıpica de un Pavimento Asfaltico
Figure 1.2: Estructura Tıpica de un Pavimento Rıgido
1.3 PAVIMENTO DE CONCRETO ASFALTICO METODO AASHTO-93
El diseno para el pavimento flexible segun la AASHTO esta basado en la determinacion del Numero
Estructural “SN” que debe soportar el nivel de carga exigido por el proyecto.
1.4 MODULO DE RESILIENCIA
Las propiedades mecanicas del suelo de la subrasante se caracterizan en AASHTO 93 por el modulo
resiliente, MR. El modulo resiliente mide las propiedades elasticas y se correlaciona con el CBR,
mediante la siguiente ecuacion:
MR = 2555CBR0.64
-3
Pavimentos Aspecto Teorico
1.5 PERIODO DE DISENO
El perıodo de diseno se refiere al tiempo desde que la estructura de pavimento entra en servicio hasta
antes que necesite algun trabajo de rehabilitacion.
Tipo de carretera Periodo de diseno(anos)
Urbana de transito elevado 30 − 50
Interurbana de transito elevado 20 − 50
Pavimentada de baja intensidad de transito 15 − 25
De baja intensidad de transito, pavimentacion con grava 10 − 20
Table 1.1: Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993
1.6 INDICE DE SERVICIABILIDAD
Se define el Indice de Serviciabilidad como la condicion necesaria de un pavimento para proveer a los
usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento.
Indice de Serviciabilidad(PSI) Calificacion
5 − 4 Muy buena
4 − 3 Buena
3 − 2 Regular
2 − 1 Mala
1 − 0 Muy mala
Table 1.2: Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993
-4
Pavimentos Aspecto Teorico
1.7 PERDIDA O DISMINUCION DEL INDICE DE SERVICIABILIDAD
La serviciabilidad se define como la calidad de servicio del pavimento. La primera medida de la
serviciabilidad es el Indice de Serviciabilidad Presente, PSI, que varıa de 0 (carretera imposibles de
transitar) a 5 (carretera perfecta). El PSI se obtiene midiendo la rugosidad y dano (agrietamiento,
parchado y deformacion permanente) en un tiempo en particular durante la vida de servicio del
pavimento. La rugosidad es el factor dominante para estimar el PSI del pavimento.
La guia AASHTO 93 usa la variacion total del indice de serviciabilidad (∆PSI) como criterio de
diseno, que se define como:
∆PSI = p0 − pt Donde:
p0 = ındice de serviciabilidad inicial pt = ındice de serviciabilidad final
1.8 ANALISIS DE TRAFICO
El trafico es uno de los parametros mas importantes para el diseno de pavimentos. Para obtener este
dato es necesario determinar el numero de repeticiones de cada tipo de eje durante el periodo de
diseno, a partir de un trafico inicial medido en el campo a traves de aforos. El numero y composicion
de los ejes se determina a partir de la siguiente informacion:
1 Periodo de diseno.
2 Distribucion de ejes solicitantes en cada rango de cargas.
3 Transito medio diario anual de todos los vehıculos TMDA o TPDA.
4 Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehıculo.
5 Sentido del trafico.
6 Numero de carriles por sentido de trafico.
7 Porcentaje del transito sobre el carril mas solicitado.
8 Indice de serviciabilidad.
9 Factores de equivalencia de carga.
-5
Pavimentos Aspecto Teorico
1.8.1 TRANSITO MEDIO DIARIO ANUAL
El TMDA representa el promedio aritmetico de los volumenes diarios de transito aforados durante
un ano, en forma diferenciada para cada tipo de vehıculo.
1.8.2 CLASIFICACION DE LOS VEHICULOS
Figure 1.3: Clasificacion de vehıculos en estudio
1.8.3 TASA DE CRECIMIENTO
Representa el crecimiento promedio anual del TMDA. Generalmente las tasas de crecimiento son
diferentes para cada tipo de vehıculo.
-6
Pavimentos Aspecto Teorico
1.8.4 PROYECCION DEL TRANSITO
El transito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmetica con un crecimiento constante o ex-
ponencial mediante incrementos anuales.
Para el caso se ha empleado la siguiente formula:
TTn = T0(1 + Ri)n Donde:
TTn =Trafico en el tramo T en el ano “n”.
T0 =Trafico en el tramo T en el ano base.
Ri =Tasa de generacion de viajes.
n =Tiempo en anos.
1.8.5 PROYECCION DEL TRAFICO NORMAL
Para proyectar el trafico futuro, es necesario antes determinar la tasa de crecimiento de trafico
normal.Dicha tasa por lo general se correlaciona con las tasas de crecimiento de las principales
actividades economicas de la zona de proyecto y el crecimiento poblacional. Para el caso se tiene la
siguiente ecuacion:
PROYECCION DEL TRAFICO NORMAL
rvp = E1rpobrvc = E2rPBIDonde:
rvp =Tasa de crecimiento anual de vehıculos de pasajero.
rvc =Tasa de crecimiento anual de vehıculos de Carga.
rpob =Tasa de crecimiento anual de la poblacion de area de influencia.
rPBI =Tasa de crecimiento anual del PBI de la region .
E1, E2 =Elasticidad del trafico respecto a las variables explicativas.
En el caso se considero la elasticidad como “1”, por lo cual se tiene:
rvp = rpobrvc = rPBI
∴rvp = 1.20%rvc = 4.10%
-7
Pavimentos Aspecto Teorico
1.8.6 FACTOR DE CRECIMIENTO
La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el trafico de todo el periodo de diseno:
FC = (1+r)n−1r
1.8.7 DISTRIBUCION DIRECCIONAL
A menos que existan consideraciones especiales, se considera una distribucion del 50% del transito
para cada direccion. En algunos casos puede variar de 0,3 a 0,7 dependiendo de la direccion que
acumula mayor porcentaje de vehıculos cargados.
Figure 1.4: Factor de distribucion por direccion
1.8.8 FACTOR DE DISTRIBUCION POR CARRIL
En una carretera de dos carriles, uno en cada direccion, el carril de diseno es uno de ellos, por lo
tanto el factor de distribucion por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseno
es el carril exterior y el factor de distribucion depende del numero de carriles en cada direccion que
tenga la autopista. En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO:
N° de carriles en cada direccion Porcentaje de ejes simples equivalentes de 18 kips
1 100
2 80 − 100
3 60 − 80
4 o mas 50 − 750
Table 1.3: Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993
1.8.9 EJES EQUIVALENTES
La metodologıa en el calculo fue la de AASHTO.
-8
Pavimentos Aspecto Teorico
Figure 1.5: Ejes equivalentes.
Figure 1.6: Tabla de dimensiones y carga.
1.9 NUMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESAL’s)
Con los maximos factores destructivos del pavimento, el IMDA y las tasas de crecimiento del trafico
se han calculado la cantidad acumulada de ejes equivalentes a 8.2ton.
EAL = 365 ∗ 0.5 ∗ ∑ FDi ∗ IMDAi ∗ ((1 + TCi)n/TCi)
Donde:
FD =Factor destructivo del tipo del vehıculo(se tomo el mayor de las estaciones).
IMDA =Indice medio diario anual del tipo de vehıculo.
TC =Tasa de crecimiento anual de tipo de vehıculo.
n =Periodo en anos.
-9
Pavimentos Aspecto Teorico
1.10 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACION ESTANDAR
El nivel de confianza es uno de los parametros importantes introducidos por la AASHTO al diseno de
pavimentos, porque establece un criterio que esta relacionado con el desempeno del pavimento frente
a las solicitaciones exteriores. La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento
disenado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto, bajo las solicitaciones
de carga e intemperismo, o la probabilidad de que los problemas de deformacion y fallas esten por
debajo de los niveles permisibles.
Figure 1.7: Valores Del Nivel De Confianza R De Acuerdo Al Tipo De Camino.
Figure 1.8: Factores de Desviacion Normal.
-10
Pavimentos Aspecto Teorico
El rango de desviacion estandar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes valores:
0.40 ≤ So ≥ 0.50 (So = desviacion estandar)
1.11 COEFICIENTE DE DRENAJE Cd
El valor de este coeficiente depende de dos parametros: la capacidad del drenaje, que se determina
de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento, y el porcentaje de tiempo
durante el cual el pavimento esta expuesto a niveles de humedad proximos a la saturacion, en el
transcurso del ano. De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de
Figure 1.9: Capacidad del Drenaje.
correccion m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar), los cuales estan dados en la Tabla.
Figure 1.10: Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa de Bases y Sub-bases sin
tratamiento, en pavimentos flexibles.
-11
Pavimentos Aspecto Teorico
1.12 DETERMINACION DEL NUMERO ESTRUCTURAL “SN”
El metodo esta basado en el calculo del Numero Estructural “SN” sobre la capa subrasante o cuerpo
del terraplen. Para esto se dispone la ecuacion y el grafico siguiente:
Donde:
W18 =Trafico equivalente o ESAL´s.
ZR = Factor de desviacion normal para un nivel de confiabilidad R.
So =Desviacion estandar.
∆SI =Diferencia entre los ındices de servicio inicial y el final deseado.
MR =Modulo de resiliencia efectivo de la subrasante.
SN = Numero estructural
Figure 1.11: Abaco de diseno AASHTO para pavimentos flexibles. Fuente: AASHTO, Guide for Design of
Pavement Structures 1993.
-12
Pavimentos Aspecto Teorico
1.13 DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPAS
La estructura del pavimento flexible esta formada por un sistema de varias capas, por lo cual debe
dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracterısticas propias. Una vez que el disenador ha
obtenido el Numero Estructural SN para la seccion estructural del pavimento, se requiere determinar
una seccion multicapa, que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al
numero estructural de diseno. Para este fin se utiliza la siguiente ecuacion que permite obtener los
espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base:
Donde:
SN = a1 ∗ D1 + a2 ∗ D2 ∗ m2 + a3 ∗ D3 ∗ m3
a1, a2 y a3 =Coeficientes estructurales de capa de carpeta, base y sub-base respectivamente.
D1, D2 y D3=Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas.
m2 y m3=Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.
-13
2 Diseno Estructural del Pavimento Flex-
ible
-14
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
2.1 CBR DE DISENO
En este caso el CBR ponderado sera para dos tramos:
TRAMO I:
TRAMO II:
Los resultados finales sera los siguientes de los dos tramos:
-15
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
El modulo resilente se halla de la siguiente expresion en funcion del CBR.
Mr = 2555 ∗ CBR0.64
Valores del modulo elastico y valores de CBR:
2.2 PERIODO DE DISENO
El periodo de diseno es para un periodo de 10 y 20 anos.
2.3 INDICE DE SERVICIABILIDAD
-16
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
2.4 ESTUDIO DE TRAFICO
Segun los estudios hechos en el expediente se tienen dos puntos de control de conteo de vehıculos:
Los conteos de los vehıculos en los dos estaciones de control realizados en el expediente tecnico se
tiene:
TRAFICO TOTAL DEL TRAMO 1:
-17
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
Figure 2.1: Trafico total del tramo 1
TRAFICO TOTAL DEL TRAMO 2:
Figure 2.2: Trafico total del tramo 2
El resultado final del estudio del trafico es:
-18
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
Figure 2.3: Cuadro de resultados
2.5 CONFIABILIDAD Y VARIABILIDAD
Para el siguiete diseno se esta tomando una confialidad de 90%, en el cual se obtiene una desviacion
estandar normal de -1.282.
confiabilidad y Variabilidad Zr
90% -1.282
So 0.45
2.6 COEFICIENTE DE DRENAJE
Para el caso se toma para la base granular y sub-base y el material de mejoramiento un valor de 1, en
vista que se considera que el tramo en estudio tendra una buena estructura de drenaje y porcentaje
de exposicion a la humedad de 25%.
mi = 1
2.7 DETERMINACION DEL NUMERO ESTRUCTURAL
Aplicando la ya definida se tiene:
Para un periodo de ecuacion 20 anos: Sub Tramo I: Sub Tramo II:
Figure 2.4: Datos para hallar en SN.
-19
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
Figure 2.5: Numero estructural “SN”.
Figure 2.6: Numero estructural “SN”.
-20
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
Los calculos hechos en el Expediente tecnico:
Figure 2.7: Los resultados de Numero estructural “SN”.
Para un periodo de 10 anos se tiene lo siguiente:
Sub tramo I:
Figure 2.8: Datos para un periodo de 10 anos.
Figure 2.9: SN para un periodo de 10 anos.
Sub Tramo II;
Los calculo hechos en el expediente tecnico son:
-21
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
Figure 2.10: SN para un periodo de 10 anos.
Figure 2.11: SN para un periodo de 10 anos.
2.8 DETERMINACION DE ESPESORES POR CAPA
Se tiene la siguiente ecuacion:
SN = a1 ∗ D1 + a2 ∗ D2 ∗ m2 + a3 ∗ D3 ∗ m3Donde: a1, a2 y a3 =Coeficientes estructurales de capa de carpeta, base y sub-base respectivamente.
D1, D2 y D3 = Espesor de la carpeta, base y sub-base respectivamente, en pulgadas. m2 y m3 =
Coeficientes de drenaje para base y sub-base, respectivamente.
-22
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
2.8.1 Determinacion de a1
Del grafico se tiene los siguientes:
Por la tanto Mr=400000 ai=0.41
2.8.2 Determinacion de a2
Base granular:
Se trata de material chancado con CBR minimo de 80% a2=0.13
2.8.3 Determinacion de a3
Sub base:
se trata de un material chancado con CBR minimo de 40% a3=0.12
-23
PavimentosDiseno Estructural del
Pavimento Flexible
-24
3 Espesores Mınimos
Una vez que el disenador ha obtenido el Numero Estructural SN para la seccion estructural del
pavimento, se requiere determinar una seccion multicapa, que en conjunto provea una suficiente ca-
pacidad de soporte, equivalente al numero estructural de diseno. Para este fin se utiliza la siguiente
ecuacion que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de
la sub-base: Espesores mınimos en funcion de SN:
En el control de los espesores D1, D2 y D3, a traves del SN, se busca dar proteccion a las capas gran-
ulares no tratadas, de las tensiones verticales excesivas que producirıan deformaciones permanentes,
como se muestra en el grafico siguiente.
-25
Pavimentos Espesores Mınimos
Diseno para un periodo de 20 anos:
SUB TRAMO I:
SN = 3.27
Segun la tabla los espesores mınimos para un ESAL’s de 2’211,000 Corresponde a un:
D1=3.5”
D2=6”
Entonces se tiene de la ecuacion:
SN = a1 ∗ D1 + a2 ∗ D2 ∗ m2 + a3 ∗ D3 ∗ m33.27=0.41*3.5+0.12*6*1+0.12*D3*1
D3 = 9.29”
SUB TRAMO II:
SN = 2.87Segun la tabla los espesores mınimos para un ESAL’s de 2’211,000 Corresponde a un:
D1=3.5”
D2=6”
Entonces se tiene de la ecuacion:
-26
SN = a1 ∗ D1 + a2 ∗ D2 ∗ m2 + a3 ∗ D3 ∗ m32.87=0.41*3.5+0.12*6*1+0.12*D3*1
D3 = 5.05”
Pavimentos Espesores Mınimos
CONCLUCIONES
Comparando con los resultados del expediente tecnico.
Espesores hallados para el tramo I:
D1 = 3.5”D2 = 6”D3 = 9.29”Espesores hallados para el tramo II:
D1 = 3.5”D2 = 6”D3 = 5.05”Los resultados calculados son similares a los calculos hechos en el expediente tecnico.
Comparando con de las recomendaciones de la norma se tiene:
Para el TRAMO I:
D1 = 3.5”(8.89cm)
D2 = 6”(15.24cm)
D3 = 9.29”(23.59cm)
Para el TRAMO II:
D1 = 3.5”(8.89cm)
D2 = 6”(15.24cm)
D3 = 5.05”(12.827cm)
-28
BIBLIOGRAFIA
Bibliography
[1] Manual de pavimentos Instituto de la Construccion y Gerencia .
[2]
-30
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