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

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Presentación del tema: "Diseño de Pavimentos Asfálticos para Vías de Bajo Volumen Ing. Augusto Jugo B. (PhD)"— 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 Vías con menos de 2.0 millones de EE en el periodo de diseño Extraurbanas: Extraurbanas: 800 vpd por sentido 800 vpd por sentido 200 camiones/día por sentido 200 camiones/día por sentido Urbanas: Urbanas: Hasta vpd por sentido Hasta vpd por sentido

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7 Guía1993

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

9 Capa 1 Asfáltica Capa 2 Base Granular Subrasante e1e2e1e2 La subrasante debe estar adecuadamente compactada y conformada. a1a2a1a2 Estructura del pavimento: SN = e 1 x a 1 + e 2 x a 2 Concepto de Número Estructural (SN) Espesor de capa i Coeficiente estructural de capa i

10 Subrasante Base granular Mezcla asfáltica e1e2e1e2

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

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

14 Guía de Diseño E-M Clima: 2 tipos Clima: 2 tipos Nivel de Confiabilidad: 50 y 75 % Nivel de Confiabilidad: 50 y 75 % Materiales: CA y Base granular (PP-Integral) Materiales: CA y Base granular (PP-Integral) Criterios de falla Criterios de falla IRI 3.2 m/km IRI 3.2 m/km Ahuellamiento: 15 mm Ahuellamiento: 15 mm Grietas de fatiga: 45 % 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: PSI n Años EE Po Pf 100 PCIf 25 PCI DPSI = Po - Pf Nivel de falla funcional n: Periodo de diseño en años

20 Confiabilidad Estadística

21 fxfx EE REEWt18 Predicción de tráfico Predicción de comportamiento Probabilidad de falla Probabilidad que REE > Wt18 Confiabilidad Estadística: Concepto AASHTO

22 fxfx EE REE Wt18 Predicción de Comportamiento y Tráfico R: % Wt18 Concepto de Confiabilidad Estadística

23 Subrasante

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

25 95 % de DMS

26 Clasificación de subrasante Calidad de subrasante CBRsat (%) Muy pobre 2 Pobre3 Regular4 Buena5 Muy Buena 8

27 Clasificación de subrasante Calidad de subrasante ClasificaciònHRB 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 MEPDG

28 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 Valor soporte ponderado del suelo de fundación. Valor soporte ponderado del suelo de fundación. Se emplean diversas correlaciones, especialmente con CBR. Se emplean diversas correlaciones, especialmente con CBR. AASHTO: Mr ~ 1500 CBR (para CBR <7.2) AASHTO: Mr ~ 1500 CBR (para CBR <7.2) Mr ~ 3000 CBR (para CBR 7.2) Mr ~ 3000 CBR (para CBR 7.2) EMPDG 2002: Mr ~ 2555 CBR EMPDG 2002: Mr ~ 2555 CBR Estimación de Mr:

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

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37 Estimación de REE en el periodo de diseño: EE Tiempo (años) EEo n r REE REE = EEo x F cr

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

39 Estimación de Tráfico: Modelo BM: El PDT es aprox. el promedio de 2 días hábiles y uno no hábil. LunMarMieJueVieSabDom No. Vehículos/día No. Camiones/día PE: Ju-Vi-Sa

40 Factores de Estimación de PDT Lapso de Conteo FactorObservaciones 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 La hora pico es particular para cada vía. 8-9 am m-1 pm pm pm pm 0.082

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42 Clase de Vehículo FC Promedio Nacional Número total de ejes 2RD Autobús RD Liviano RD Pesado O3E Autobús O3E Camión S S S R R S Promedio Nacional ponderado Ref. Ing. G. Corredor

43 FACTOR DE CRECIMIENTO DE TRAFICO (Fcr) Taza de Crecimiento Anual (%) Periodo de Diseño (años)

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45 Materiales Considerados

46 Espesor Coeficiente estructural Capa 1 e 1 a 1 Capa 2 e 2 a 2 Subrasante

47 Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural a i Material Coeficiente Requisitos Capa1(rodamiento) Concreto asfáltico (CA) Estabilidad min lbs Capa 2 (base) Concreto asfáltico (CA) Estabilidad min lbs Base Asfáltica Caliente (BAC) Estabilidad min lbs Arena Asfalto en Caliente (AAC) Estabilidad min lbs Grava Asfalto en Frío (GAF) Estabilidad min. 600 lbs Arena Asfalto en Frío (AAF) Estabilidad min. 400 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 % Grava (GR) 0.10 CBR min. 30 % Grava (GR) 0.08 CBR min. 20 %

48 Tablas de Diseño

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

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

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

52 Determinar espesor mínimo de CA Determinar espesor mínimo de CA Función de calidad de base granular y nivel de tráfico Función de calidad de base granular y nivel de tráfico Espesores mínimos de CA (cm) Espesores mínimos de CA (cm) CBR (base granular) Nivel de tráfico BajoMedioAlto Determinación del espesor mínimo e min de CA

53 Capa 1 Asfáltica CA Capa 2 Base Granular Subrasante e1 e 2 Subrasante a1a2a1a2 Determinar e 2 Espesor de capa cm Coeficiente estructural de capa i e2 = 2.5 ((SN – 0.16 x e CAmin ) / a2) Determinación de espesor de capa granular:

54 Ecuación para sustituir CA por otro tipo de mezcla asfáltica. e ma = (e minCA – e CA ) x (0.40 / a ma ) CA Otra Mezcla Base Granular Subrasante

55 Pasos de Diseño: Vías de Bajo Volumen Suelo de subrasante Tráfico Nivel de Confianza Variables de Diseño Seleccionar Número Estructural SN Definir espesores de capas 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: B AC a2 = 0.28 SN

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

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

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

61 Capa 1 Asfáltica Capa 2 Base Granular Subrasante e1e2e1e2 La subrasante debe estar adecuadamente compactada y conformada. a1a2a1a2 Estructura del pavimento: SN = e 1 x a 1 + e 2 x a 2 Concepto de Número Estructural (SN) Espesor de capa i Coeficiente estructural de capa i

62 Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural a i Material Coeficiente Requisitos Capa1(rodamiento) Concreto asfáltico (CA) Estabilidad min lbs Capa 2 (base) Concreto asfáltico (CA) Estabilidad min lbs Base Asfáltica Caliente (BAC) Estabilidad min lbs Arena Asfalto en Caliente (AAC) Estabilidad min lbs Grava Asfalto en Frío (GAF) Estabilidad min. 600 lbs Arena Asfalto en Frío (AAF) Estabilidad min. 400 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 % Grava (GR) 0.10 CBR min. 30 % Grava (GR) 0.08 CBR min. 20 %

63 Determinar espesor mínimo de CA Determinar espesor mínimo de CA Función de calidad de base granular y nivel de tráfico Función de calidad de base granular y nivel de tráfico 12 cm CA Espesores mínimos de CA (cm) Espesores mínimos de CA (cm) CBR (base granular) Nivel de tráfico BajoMedioAlto Determinación de e min de CA:

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

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

66 Ecuación para sustituir CA por otro tipo de mezcla asfáltica. e ma = (e minCA – e CA ) x (0.40 / a ma ) CA Otra Mezcla Base Granular Subrasante

67 e ma = (e minCA – e CA ) x (0.40 / a ma ) e ma = (12 – 4) x (0.40 / 0.28) = 11.4 cm CA GR CA BAC GR Sustitución de CA por otro tipo de mezcla asfáltica.

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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