Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías de Bajo Volumen

Presentación del tema: "Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías de Bajo Volumen"— Transcripción de la presentación:

1 Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías de Bajo Volumen
Ing. Augusto Jugo B. (PhD)

2 Instituto Venezolano del Asfalto

3 Aplicación: Vías con menos de 2.0 millones de EE en el periodo de diseño Extraurbanas: 800 vpd por sentido 200 camiones/día por sentido Urbanas: Hasta vpd por sentido

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7 Guía1993

8 SN = Número Estructural
Parámetros de diseño: Reducción de serviceabilidad Confiabilidad estadística Número estructural (SN) (Capacidad estructural) Valor soporte de suelo (subrasante- fundación) SN = Número Estructural Repeticiones de carga (ejes equivalentes EE)

9 Concepto de Número Estructural (SN)
Espesor de capa i Coeficiente estructural de capa i Capa 1 Asfáltica Capa 2 Base Granular Subrasante e1 e2 a1 a2 Estructura del pavimento: SN = e1 x a1 + e2 x a2 La subrasante debe estar adecuadamente compactada y conformada.

10 Mezcla asfáltica e1 e2 Base granular Subrasante

11 Definir espesores de capas
Pasos de Diseño: Vías de Bajo Volumen Variables de Diseño Suelo de subrasante Seleccionar Número Estructural SN Definir espesores de capas Tráfico Nivel de Confianza Materiales de Construcción

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13 Guía de Diseño E-M Considera un procedimiento para Vías de Bajo Volumen: Tráfico: 3 niveles en función del número de vehículos pesados (buses y camiones) y en 20 años. Diseño para 20 años Subrasante: 5 categorías: MB-B-R-P-MP Caracterizada por Mr (psi) Clasificación de suelo HRB o Unificada

14 Guía de Diseño E-M Clima: 2 tipos Nivel de Confiabilidad: 50 y 75 %
Materiales: CA y Base granular (PP-Integral) Criterios de falla IRI 3.2 m/km Ahuellamiento: 15 mm Grietas de fatiga: 45 %

15 Criterios de Diseño Empleados

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17 Comportamiento funcional del pavimento

18 Pavimento BUENO Pavimento MALO

19 Curva de deterioro del pavimento:
PCI PSI 100 PCIf 25 Po Pf DPSI = Po - Pf Nivel de falla funcional Años EE n n: Periodo de diseño en años

20 Confiabilidad Estadística

21 fx Confiabilidad Estadística: Concepto AASHTO Predicción de
comportamiento REE Wt18 EE Predicción de tráfico Probabilidad de falla Probabilidad que REE > Wt18

22 Concepto de Confiabilidad Estadística
fx Predicción de Comportamiento y Tráfico R: % 50 60 70 Wt18 Wt18 Wt18 EE REE

23 Subrasante

24 Caracterización de suelo de subrasante:
CBR saturado Puede estimarse en base a correlaciones, tipo de suelo. Tiempo -en meses- de posible condición saturada Pluviosidad Drenaje natural Drenaje construido Clasificar la subrasante

25 95 % de DMS

26 Clasificación de subrasante
Calidad de subrasante CBRsat (%) Muy pobre 2 Pobre 3 Regular 4 Buena 5 Muy Buena 8

27 Clasificación de subrasante
MEPDG Clasificación de subrasante Calidad de subrasante Clasificaciòn HRB Muy pobre A-7-5 / A-7-6 Pobre A-5 / A-6 Regular A-2-5 / A-2-6 / A-4 / A-2-7 Buena A-2-4 / A-3 Muy Buena A-1-a / A-1-b

28 Zona climática o condición de drenaje de subrasante.
Efecto de drenaje y zona climática sobre la subrasante. Zona climática o condición de drenaje de subrasante. Número de meses de subrasante saturada Seca 2 Semi-seca 4 Semi-Húmeda 6 Húmeda 8 Muy húmeda 10

29 EMPDG 2002: Mr ~ 2555 CBR Estimación de Mr:
Valor soporte ponderado del suelo de fundación. Se emplean diversas correlaciones, especialmente con CBR. AASHTO: Mr ~ CBR (para CBR <7.2) Mr ~ CBR (para CBR ≥7.2) EMPDG 2002: Mr ~ CBR 0.65 0.64

30 Tipos de suelos: clasificación HBR

31 Correlación aproximada de valor CBR para distintos suelos.

32 Tráfico

33 Niveles de Tráfico: Se consideran 3 niveles de tráfico:
Bajo: hasta EE Medio: a EE Alto: a EE Periodos de diseño: 8; 10 y 12 años

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37 Estimación de REE en el periodo de diseño:
EEo x Fcr r EEo n Tiempo (años)

38 Estimación de tráfico en periodo de diseño:
Determinar EEo Determinar REE EEo = PDT x %cam/100 x FC x 360 REE = EEo x Fcr

39 Estimación de Tráfico: Modelo BM: El PDT es aprox
Estimación de Tráfico: Modelo BM: El PDT es aprox. el promedio de 2 días hábiles y uno no hábil. No. Vehículos/día No. Camiones/día PE: Ju-Vi-Sa Lun Mar Mie Jue Vie Sab Dom

40 Factores de Estimación de PDT
Lapso de Conteo Factor Observaciones Conteo de 12 hrs 0,745 Conteo de 7 am a 7 pm Conteo de 8 hrs 0,504 Conteo de 8 am a 4 pm Hora Pico 7-8 am 0.087 La hora pico es particular para cada vía. 8-9 am 0.073 12m-1 pm 0.086 4-5 pm 0.081 5-6 pm 6-7 pm 0.082

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42 Promedio Nacional ponderado
Clase de Vehículo FC Promedio Nacional Número total de ejes 2RD Autobús 0.483 2 2RD Liviano 0.029 2RD Pesado 2.596 O3E Autobús 1.889 3 O3E Camión 3.841 2S1 6.668 2S2 4.089 4 3S2 3.199 5 2R3 8.961 3R2 6.330 3S3 3.378 6 Promedio Nacional ponderado 2.111 Ref. Ing. G. Corredor

43 Taza de Crecimiento Anual (%)
FACTOR DE CRECIMIENTO DE TRAFICO (Fcr) Taza de Crecimiento Anual (%) Periodo de Diseño (años) 2 4 6 8 8.58 9.41 9.90 10.64 10 10.95 12.01 13.18 14.49 12 13.41 15.03 16.87 18.98

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45 Materiales Considerados

46 Espesor Coeficiente estructural Capa e a1 Capa e a2 Subrasante

47 Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural ai
Material Coeficiente Requisitos Capa1 (rodamiento) Concreto asfáltico (CA) Estabilidad min lbs Capa 2 (base) Base Asfáltica Caliente (BAC) Estabilidad min lbs Arena Asfalto en Caliente (AAC) Grava Asfalto en Frío (GAF) Estabilidad min lbs Arena Asfalto en Frío (AAF) Estabilidad min lbs Piedra Picada (PP) 0.14 CBR min. 80 % Piedra Integral o grava (PI/GR) 0.12 CBR min. 50 % Grava (GR) 0.11 CBR min. 40 % 0.10 CBR min. 30 % 0.08 CBR min. 20 %

48 Tablas de Diseño

49 Número Estructural (SNT)
Tabla 7: NUMERO ESTRUCTURAL (SN) Tráfico Bajo (hasta EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 Número Estructural (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) Semi-seca (4) Semi-húmeda (6) Húmeda (8) Muy húmeda (10) 3 (Pobre) 4 (Regular) 5 (Buena) 8 (Muy Buena)

50 Tabla 8: NUMERO ESTRUCTURAL (SN)
Tráfico Medio ( a EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 NUMERO ESTRUCTURAL Total (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) Semi-seca (4) Semi-húmeda (6) Húmeda (8) Muy húmeda (10) 3 (Pobre) 4 (Regular) 5 (Buena) 8 (Muy Buena)

51 Tabla 9: NUMERO ESTRUCTURAL (SN)
Tráfico Alto ( a EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 NUMERO ESTRUCTURAL Total (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) Semi-seca (4) Semi-húmeda (6) Húmeda (8) Muy húmeda (10) 3 (Pobre) 4 (Regular) 5 (Buena) 8 (Muy Buena)

52 Espesores mínimos de CA (cm)
Determinación del espesor mínimo emin de CA Espesores mínimos de CA (cm) CBR (base granular) Nivel de tráfico Bajo Medio Alto 20 10-11 13-14 14-15 30 9-10.5 40 8-10 12-13 50 8-9.5 80 7.5-9 Determinar espesor mínimo de CA Función de calidad de base granular y nivel de tráfico

53 Determinación de espesor de capa granular:
Espesor de capa cm Coeficiente estructural de capa i Capa 1 Asfáltica CA Capa 2 Base Granular Subrasante a1 a2 e1 e2 Determinar e2 e2 = 2.5 ((SN – 0.16 x eCAmin) / a2) Subrasante

54 ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama)
Ecuación para sustituir CA por otro tipo de mezcla asfáltica. ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama) CA Otra Mezcla Base Granular Subrasante

55 Definir espesores de capas
Pasos de Diseño: Vías de Bajo Volumen Variables de Diseño Suelo de subrasante Seleccionar Número Estructural SN Definir espesores de capas Tráfico Nivel de Confianza Materiales de Construcción

56 Ejemplo de diseño

57 Caso: Vía extra-urbana. Tráfico Medio
Variables de Diseño: Tráfico: EE MEDIO Subrasante: El suelo se clasifica como A-6 (12) CBR: 4.3 % REGULAR Zona climática: SEMI HUMEDA (6 meses de probabilidad de saturación) Confiabilidad: 60 % Materiales disponibles: Grava: GR (CBR 38%) a2= 0.11 Concreto Asfáltico: CA: a1= 0.40 Base Asfáltica en Caliente: BAC a2 = 0.28 SN

58 Definir espesores de capas
Ejemplo Ilustrativo: Variables de Diseño Suelo de Subrasante Seleccionar Número Estructural SN Definir espesores de capas Tráfico Nivel de Confianza Materiales de Construcción

59 Definir espesores de capas
Ejemplo Ilustrativo: Variables de Diseño Suelo de Subrasante CBR 4,3 % REGULAR Saturado 6 meses Semi Húmeda Seleccionar Número Estructural 2,77 – 2,98 Definir espesores de capas Tráfico EE Medio Nivel de Confianza 60 % Materiales de Construcción

60 SN = 2,90 SN: 2.77-2.98 Tabla 8: NUMERO ESTRUCTURAL (SN) SUBRASANTE
Tráfico Medio ( a EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 NUMERO ESTRUCTURAL Total (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) Semi-seca (4) Semi-húmeda (6) Húmeda (8) Muy húmeda (10) 3 (Pobre) 4 (Regular) 5 (Buena) 8 (Muy Buena) SN: SN = 2,90

61 Concepto de Número Estructural (SN)
Espesor de capa i Coeficiente estructural de capa i Capa 1 Asfáltica Capa 2 Base Granular Subrasante e1 e2 a1 a2 Estructura del pavimento: SN = e1 x a1 + e2 x a2 La subrasante debe estar adecuadamente compactada y conformada.

62 Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural ai
Material Coeficiente Requisitos Capa1 (rodamiento) Concreto asfáltico (CA) Estabilidad min lbs Capa 2 (base) Base Asfáltica Caliente (BAC) Estabilidad min lbs Arena Asfalto en Caliente (AAC) Grava Asfalto en Frío (GAF) Estabilidad min lbs Arena Asfalto en Frío (AAF) Estabilidad min lbs Piedra Picada (PP) 0.14 CBR min. 80 % Piedra Integral o grava (PI/GR) 0.12 CBR min. 50 % Grava (GR) 0.11 CBR min. 40 % 0.10 CBR min. 30 % 0.08 CBR min. 20 %

63 Determinación de emin de CA:
Espesores mínimos de CA (cm) CBR (base granular) Nivel de tráfico Bajo Medio Alto 20 10-11 13-14 14-15 30 9-10.5 40 8-10 12-13 50 8-9.5 80 7.5-9 Determinar espesor mínimo de CA Función de calidad de base granular y nivel de tráfico 12 cm CA

64 e2 = 22 cm Determinación de espesor de capa granular: Determinar e2
Espesor de capa cm Coeficiente estructural de capa i Capa 1 Asfáltica CA Capa 2 Base Granular Subrasante 12.0 e2 0.40 0.11 Determinar e2 e2 = 2.5 ((SN – 0.16 x eCAmin) / a2) e2 = 2.5 ((2.90 – 0.16 x 12) / 0.11) Subrasante e2 = 22.3 e2 = 22 cm

65 Solución 1: Concreto Asfáltico CA Base granular 12 cm 22 cm CBR +39 %
Espesor de capa Capa 1 Asfáltica CA Capa 2 Base Granular Subrasante Concreto Asfáltico CA 12 cm 22 cm Base granular CBR +39 % Subrasante

66 ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama)
Ecuación para sustituir CA por otro tipo de mezcla asfáltica. ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama) CA Otra Mezcla Base Granular Subrasante

67 ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama)
Sustitución de CA por otro tipo de mezcla asfáltica. ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama) ema = (12 – 4) x (0.40 / 0.28) = 11.4 cm 4 11.5 22 CA BAC GR CA GR 12 22

68 …todo ok…

69 María Gabriela Isler Miss Venezuela Miss Universo 2013

70 Gracias, Por su atención.

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72 fin…

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