DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

Universidad Tecnológica NacionalDepartamento de Ingeniería Civil

VVVÍÍÍAS DE COMUNICACIAS DE COMUNICACIAS DE COMUNICACIÓÓÓN IN IN I

DISEDISEDISEÑÑÑO DE O DE O DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS PAVIMENTOS FLEXIBLESFLEXIBLESFLEXIBLES

Facultad Regional Buenos AiresJulio 2010

PAVIMENTOS FLEXIBLESComportamiento y Respuesta frente a las cargas

Subrasante

Estructura de pavimento

Carga

PAVIMENTOS FLEXIBLESComportamiento y Respuesta frente a las cargas

neumaticos

Carpeta de concreto asfáltico

Base de concreto asfáltico

Base granular

Sub-base

Subrasante

a) Métodos basados parcialmente en teoría y experiencia.

Basados en alguno de los caminos de ensayos, justificando los resultados.

Basados en desarrollos teóricos, y comprobados por caminos de prueba.

b) Métodos totalmente teóricos basados en análisis matemáticos de esfuerzos y deformaciones.

Basados en el análisis de capas elásticas (Burmister) Aspahlt Institute

DISEÑOS

c) Métodos empíricos que no utilizan ningún ensayo resistente.

Basados en el Indice de GrupoBasados en el Perfil edafológico

d) Métodos empíricos que utilizan un ensayo de resistenciade suelos

Basados en el Valor Soporte California (CBR)Basados en el Valor R de HveemBasados en el Ensayo de Placa ( Mc Leod )Basados en el Ensayo de DCPBasados en Ensayos Triaxiales

DISEÑOS

Factores de diseFactores de diseññoo

TrTráánsitonsitoResistencia de los materialesResistencia de los materialesCaracterCaracteríísticas de la sticas de la subrasantesubrasanteCondiciones ambientalesCondiciones ambientales

log Wt18 = f 1 (ZR) + f 2 (SN) + f 3 (SN ; ΔPSI) + f 4 (MR) en la que las respectivas funciones son:

f 1 (ZR) = ZR . S0

f 2 (SN) = [ 9,36 . log ( SN + 1) ] – 0,20

f 3 (SN ; ΔPSI) = { log [ Δ PSI / (4,2 – 1,5 ) ] / [ 0,40 + 1094 / ( SN + 1 ) 5,19 ] }

f 4 (MR) = ( 2,32 . log MR ) – 8,07

donde: W18 = número de cargas de 18 kips (80 kN) previstas Zr = abcisa correspondiente a un área igual a la

confiabilidad R en la curva de distribución normalSo = desvío standard de todas las variables DPSI = pérdida de serviciabilidadMR = módulo resiliente de la subrasante

Método de diseño AASHTO

1.Variables de tiempoVIDA ÚTIL DEL PAVIMENTO.PERÍODO DE ANÁLISIS.

2.TránsitoEJES EQUIVALENTES de 18 kips (80 kN) o ESALs

3.ConfiabilidadGRADO DE CERTIDUMBRE ; Zr y SoConstrucción por Etapas Retapa = (RtotaI)1/n

4.Subrasantes expansivas o sometidas a expansión por congelación

PÉRDIDA ADICIONAL DE SERVICIABILIDAD

VARIABLES DE ENTRADA

5.Criterios de adopción de niveles de serviciabilidadSERVICIABILIDAD INICIAL p0 = 4,5 para pavimentos rígidos p0 = 4,2 para pavimentos flexibles

SERVICIABILIDAD FINAL p t = 2,5 o más para caminos muy importantesp t = 2,0 para caminos de menor tránsito

6.Propiedades de los materialesMÓDULO RESILIENTE ;RESISTENCIA A COMPRESIÓN, u otro

Y en función de ellos :COEFICIENTE DE APORTE ESTRUCTURAL ac

7.DrenajeCOEFICIENTE de condiciones DE DRENAJE mc

VARIABLES DE ENTRADA

Numero Estructural

SN = a1 . e1 + a2 . e2 . m2 + a3 . e3 . m3 + . . .

Cada material tiene un aporte estructural : aDe acuerdo a sus características drenantes : mSe fija un espesor deseado : e

SE VERIFICA QUE EL SN RESULTE IGUAL O MAYOR AL REQUERIDO POR EL TRÁNSITO W18

SE VERIFICA QUE CADA CAPA COMO APOYO SE ENCUENTRE PROTEGIDA POR LAS QUE LA CUBREN

MetodoMetodo SHELLSHELL

MetodoMetodo original 1963 original 1963 ““DesignDesign chartscharts forforflexible flexible pavementspavements””ModificaciModificacióón 1978 n 1978 ““ShellShell PavementPavement DesignDesignManualManual””El nuevo mEl nuevo méétodo incorpora efectos de la temperatura y todo incorpora efectos de la temperatura y diferencia los tipos de mezcla asfdiferencia los tipos de mezcla asfáálticaltica

1984 y 1994 correcciones y 1984 y 1994 correcciones y perfeccionamientoperfeccionamiento

MMéétodo todo ShellShell

Principios de DisePrincipios de Diseññoo

Sistema elSistema eláástico lineal stico lineal multicapamulticapaMaterial HomogMaterial Homogééneo e isneo e isóótropotropoPosee dimensiones horizontales infinitasPosee dimensiones horizontales infinitasCargas de diseCargas de diseñño normalizadaso normalizadasVida Vida úútil expresada en ejes acumuladostil expresada en ejes acumuladosSistema Sistema tricapatricapa

ParParáámetros de disemetros de diseññoo

Ejes equivalentesEjes equivalentesTemperatura (MMAT / WTemperatura (MMAT / W--MAAT)MAAT)SubrasanteSubrasante (Modulo din(Modulo dináámico E3)mico E3)StiffnessStiffness de la mezcla (de la mezcla (SmixSmix))Resistencia a la fatigaResistencia a la fatigaPenetraciPenetracióón del cemento asfn del cemento asfáálticoltico

MES MMAT (oC) FACTOR DE PONDERACIÓN

ENERO 14 0,46FEBRERO 14 0,46MARZO 12 0,36ABRIL 10 0,27MAYO 8 0,21JUNIO 6 0,16JULIO 6 0,16AGOSTO 8 0,21SEPTIEMBRE 10 0,27OCTUBRE 12 0,36NOVIEMBRE 12 0,36DICIEMBRE 13 0,40

Σ 3,68

Condiciones de exposiciCondiciones de exposicióón durante la vida n durante la vida úútil.til.El desempeEl desempeñño de las mezclas asfo de las mezclas asfáálticas estlticas estááfuertemente condicionado por la temperatura a fuertemente condicionado por la temperatura a la que estarla que estaráá expuesto.expuesto.

Temperatura media ponderada, wTemperatura media ponderada, w--MAAT.MAAT.

Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Tº mensual promedio [MMAT]

º C 18 14 12 10 8 8 8 10 10 12 14 18

Factor de Ponderación * -

0,80 0,46 0,36 0,27 0,21 0,21 0,21 0,27 0,27 0,36 0,46 0,80

SelecciSeleccióón de la mezcla asfn de la mezcla asfááltica {S; F; P}ltica {S; F; P}ParParáámetro S = metro S = StiffnessStiffness = Rigidez= RigidezExisten dos tipos de Existen dos tipos de rigidecesrigideces posibles S1 o S2.posibles S1 o S2.

S1 es una mezcla densa, rS1 es una mezcla densa, ríígida, con un contenido gida, con un contenido medio de agregados, asfalto y vacmedio de agregados, asfalto y vacííos.os.S2 es una mezcla con granulometrS2 es una mezcla con granulometríía abierta, con alto a abierta, con alto contenido de vaccontenido de vacííos y bajo contenido de asfalto, o os y bajo contenido de asfalto, o bajo contenido de agregados y alto contenido de bajo contenido de agregados y alto contenido de asfalto.asfalto.

SelecciSeleccióón de la mezcla asfn de la mezcla asfááltica {S; F; P}ltica {S; F; P}ParParáámetro F = Comportamiento a Fatigametro F = Comportamiento a FatigaExisten dos tipos de comportamientos F1 o F2.Existen dos tipos de comportamientos F1 o F2.

F1 menor contenido de vacF1 menor contenido de vacííos, mejor comportamiento a os, mejor comportamiento a fatiga.fatiga.F2 alto contenido de vacF2 alto contenido de vacííos.os.

PenetraciPenetracióón P = {50, 100}n P = {50, 100}Es un indicador de la viscosidad de la mezclaEs un indicador de la viscosidad de la mezcla

Ej.:Mezcla {S1; F1; 100}Ej.:Mezcla {S1; F1; 100}

AbacosAbacos de disede diseñño.o.Los Los áábacos de disebacos de diseñño de pavimentos esto de pavimentos estáán en n en funcifuncióón de:n de:

El tipo de mezcla asfEl tipo de mezcla asfáálticalticaMMóódulo de la dulo de la subrasantesubrasanteTemperatura de servicioTemperatura de servicioCantidad de pasadas de ejes de 8,2 toneladasCantidad de pasadas de ejes de 8,2 toneladas

Las variables de decisiLas variables de decisióón para el disen para el diseñño son:o son:Espesores de capas ligadas y no ligadasEspesores de capas ligadas y no ligadas

Curvas de diseCurvas de diseññoo

Tipos de mezcla asfTipos de mezcla asfááltica (8 cltica (8 cóódigos)digos)Ej. S1Ej. S1--F1F1--5050

Clima (WClima (W--MAAT 4 MAAT 4 –– 12 12 –– 20 20 –– 28`C)28`C)Vida de servicio (nVida de servicio (núúmero N de ejes mero N de ejes eqeq.).)

(80 KN (80 KN -- 101044 a 10a 1088))MMóódulo de dulo de SubrasanteSubrasante E3 (4 grE3 (4 grááficos)ficos)

MetodoMetodoMetodo de SHELLde SHELLde SHELL

MetodoMetodoMetodo de SHELLde SHELLde SHELL

Diseño Espesor Total Espesor de Capa Asfáltica

Espesor Capas No Asfálticas

CBR 20 CBR 40 CBR 80cm cm cm cm cm cm

A 33 23 10 10 0 0

B 45 20 25 17 10 0

C 60 15 45 15 10 20

Espesores de cada una de las Capas No Asfálticas