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

Instituto Venezolano del Asfalto www.inveas.org.ve

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 12.000 vpd por sentido

Guía1993

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)

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.

Mezcla asfáltica e1 e2 Base granular Subrasante

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

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) 50.000- 250.000 y 750.000 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

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 %

Criterios de Diseño Empleados

Comportamiento funcional del pavimento

Pavimento BUENO Pavimento MALO

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

Confiabilidad Estadística

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

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

Subrasante

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

95 % de DMS

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

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

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

EMPDG 2002: Mr ~ 2555 CBR Estimación de Mr: Valor soporte ponderado del suelo de fundación. Se emplean diversas correlaciones, especialmente con CBR. AASHTO: Mr ~ 1500 CBR (para CBR <7.2) Mr ~ 3000 CBR (para CBR ≥7.2) EMPDG 2002: Mr ~ 2555 CBR 0.65 0.64

Tipos de suelos: clasificación HBR

Correlación aproximada de valor CBR para distintos suelos.

Tráfico

Niveles de Tráfico: Se consideran 3 niveles de tráfico: Bajo: hasta 400.000 EE Medio: 400.000 a 1.400.000 EE Alto: 1.400.000 a 2.000.000 EE Periodos de diseño: 8; 10 y 12 años

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

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

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

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

Promedio Nacional ponderado Clase de Vehículo FC Promedio Nacional 2002-08 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

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

Materiales Considerados

Espesor Coeficiente estructural Capa 1 e1 a1 Capa 2 e2 a2 Subrasante

Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural ai Material Coeficiente Requisitos Capa1 (rodamiento) Concreto asfáltico (CA) 0.38-0.42 Estabilidad min. 1600 lbs Capa 2 (base) Base Asfáltica Caliente (BAC) 0.22-0.32 Estabilidad min. 1000 lbs Arena Asfalto en Caliente (AAC) 0.22-0.30 Grava Asfalto en Frío (GAF) 0.18-0.30 Estabilidad min. 600 lbs Arena Asfalto en Frío (AAF) 0.15-0.22 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 % 0.10 CBR min. 30 % 0.08 CBR min. 20 %

Tablas de Diseño

Número Estructural (SNT) Tabla 7: NUMERO ESTRUCTURAL (SN) Tráfico Bajo (hasta 400.000 EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 Número Estructural (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) 2.61-2.73 2.61-2.83 2.81-2.94 Semi-seca (4) 2.65-2.77 2.65-2.87 2.85-2.98 Semi-húmeda (6) 2.69-2.81 2.69-2.91 2.89-3.03 Húmeda (8) 2.73-2.85 2.73-2.96 2.94-3.07 Muy húmeda (10) 2.78-2.90 2.78-3.01 2.99-3.12 3 (Pobre) 2.38-2.49 2.47-2.58 2.56-2.68 2.41-2.52 2.50-2.62 2.60-2.72 2.45-2.56 2.54-2.65 2.64-2.76 2.49-2.60 2.58-2.70 2.68-2.80 2.53-2.65 2.62-2.74 4 (Regular) 2.22-2.32 2.30-2.41 2.39-2.50 2.25-2.36 2.34-2.45 2.43-2.54 2.29-2.39 2.37-2.48 2.32-2.43 2.51-2.62 2.45-2.57 2.55-2.67 5 (Buena) 2.10-2.20 2.19-2.29 2.03-2.38 2.14-2.24 2.06-2.42 2.17-2.27 2.09-2.45 2.20-2.31 2.29-2.40 2.13-2.49 2.24-2.35 2.33-2.44 2.17-2.53 8 (Muy Buena) 1.88-1.97 1.98-2.04 2.03-2.13 1.90-2.00 1.98-2.08 2.06-2.16 1.94-2.03 2.01-2.11 2.09-2.19 1.97-2.06 2.14-2.14 2.13-2.23 2.00-2.10 2.18-2.18

Tabla 8: NUMERO ESTRUCTURAL (SN) Tráfico Medio (400.000 a 1.400.000 EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 NUMERO ESTRUCTURAL Total (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) 3.04-3.27 3.14-3.38 3.26-3.51 Semi-seca (4) 3.08-3.31 3.19-3.43 3.31-3.56 Semi-húmeda (6) 3.12-3.36 3.23-3.48 3.36-3.61 Húmeda (8) 3.17-3.41 3.28-3.53 3.41-3.66 Muy húmeda (10) 3.22-3.47 3.34-3.59 3.46-3.72 3 (Pobre) 2.77-2.98 2.87-3.09 2.98-3.21 2.81-3.02 2.91-3.13 3.02-3.25 2.85-3.07 2.95-3.18 3.07-3.30 2.89-3.12 3.00-3.23 3.11-3.35 2.94-3.17 3.05-3.28 4 (Regular) 2.59-2.75 2.69-2.90 2.79-3.01 2.63-2.83 2.72-2.94 2.83-3.05 2.67-2.87 2.71-2.92 2.81-3.03 2.92-3.14 2.76-2.97 2.86-3.08 2.97-3.19 5 (Buena) 2.46-2.65 2.55-2.75 2.65-2.86 2.50-2.69 2.59-2.79 2.53-2.73 2.73-2.94 2.57-2.78 2.67-2.88 2.77-2.99 2.62-2.82 2.72-2.92 2.82-3.04 8 (Muy Buena) 2.20-2.38 2.29-2.47 2.38-2.57 2.23-2.41 2.32-2.50 2.41-2.60 2.27-2.45 2.36-2.54 2.45-2.64 2.31-2.49 2.39-2.58 2.49-2.69 2.35-2.53 2.44-2.63

Tabla 9: NUMERO ESTRUCTURAL (SN) Tráfico Alto ( 1.400.000 a 2.000.000 EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 NUMERO ESTRUCTURAL Total (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) 3.34-3.43 3.45-3.55 3.58-3.68 Semi-seca (4) 3.38-3.48 3.50-3.60 3.63-3.73 Semi-húmeda (6) 3.43-3.52 3.55-3.65 3.68-3.78 Húmeda (8) 3.48-3.58 3.60-.70 3.74-3.84 Muy húmeda (10) 3.54-3.64 3.66-3.76 3.80-3.90 3 (Pobre) 3.05-3.13 3.16-3.25 3.28-3.37 3.09-3.18 3.20-3.29 3.32-3.41 3.13-3.22 3.25-3.34 3.37-3.46 3.18-3.27 3.30-3.39 3.42-3.52 3.24-3.33 3.35-3.44 3.48-3.57 4 (Regular) 2.86-2.94 2.96-3.04 3.07-3.16 2.90-2.98 3.00-3.08 3.12-3.20 2.94-3.02 3.04-3.13 2.98-3.07 3.21-3.30 3.03-3.12 3.14-3.23 3.26-3.35 5 (Buena) 2.71-2.79 2.81-2.89 2.92-3.01 2.75-2.83 2.83-2.93 2.99-3.05 2.79-2.87 2.89-2.98 3.01-3.09 2.84-2.92 3.05-3.14 2.89-2.97 2.99-3.07 3.11-3.19 8 (Muy Buena) 2.43-2.50 2.53-2.60 2.63-2.70 2.47-2.54 2.56-2.63 2.66-2.74 2.51-2.58 2.60-2.67 2.70-2.78 2.55-2.62 2.64-2.72 2.74-2.82 2.59-2.67 2.69-2.76

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 12.5-13.5 13-14.5 40 8-10 12-13 12-13.5 50 8-9.5 11-12.5 80 7.5-9 10-11.5 Determinar espesor mínimo de CA Función de calidad de base granular y nivel de tráfico

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

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

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

Ejemplo de diseño

Caso: Vía extra-urbana. Tráfico Medio Variables de Diseño: Tráfico: 1.147.000 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

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

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 1.147.000 EE Medio Nivel de Confianza 60 % Materiales de Construcción

SN = 2,90 SN: 2.77-2.98 Tabla 8: NUMERO ESTRUCTURAL (SN) SUBRASANTE Tráfico Medio (400.000 a 1.400.000 EE) SUBRASANTE CONFIABILIDAD % CBRsat (Clasificación) Condición de Saturación/humedad (meses saturada) 50 60 70 NUMERO ESTRUCTURAL Total (SNT) 2 (Muy Pobre) Seca (2) 3.04-3.27 3.14-3.38 3.26-3.51 Semi-seca (4) 3.08-3.31 3.19-3.43 3.31-3.56 Semi-húmeda (6) 3.12-3.36 3.23-3.48 3.36-3.61 Húmeda (8) 3.17-3.41 3.28-3.53 3.41-3.66 Muy húmeda (10) 3.22-3.47 3.34-3.59 3.46-3.72 3 (Pobre) 2.77-2.98 2.87-3.09 2.98-3.21 2.81-3.02 2.91-3.13 3.02-3.25 2.85-3.07 2.95-3.18 3.07-3.30 2.89-3.12 3.00-3.23 3.11-3.35 2.94-3.17 3.05-3.28 4 (Regular) 2.59-2.75 2.69-2.90 2.79-3.01 2.63-2.83 2.72-2.94 2.83-3.05 2.67-2.87 2.71-2.92 2.81-3.03 2.92-3.14 2.76-2.97 2.86-3.08 2.97-3.19 5 (Buena) 2.46-2.65 2.55-2.75 2.65-2.86 2.50-2.69 2.59-2.79 2.53-2.73 2.73-2.94 2.57-2.78 2.67-2.88 2.77-2.99 2.62-2.82 2.72-2.92 2.82-3.04 8 (Muy Buena) 2.20-2.38 2.29-2.47 2.38-2.57 2.23-2.41 2.32-2.50 2.41-2.60 2.27-2.45 2.36-2.54 2.45-2.64 2.31-2.49 2.39-2.58 2.49-2.69 2.35-2.53 2.44-2.63 SN: 2.77-2.98 SN = 2,90

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.

Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural ai Material Coeficiente Requisitos Capa1 (rodamiento) Concreto asfáltico (CA) 0.38-0.42 Estabilidad min. 1600 lbs Capa 2 (base) Base Asfáltica Caliente (BAC) 0.22-0.32 Estabilidad min. 1000 lbs Arena Asfalto en Caliente (AAC) 0.22-0.30 Grava Asfalto en Frío (GAF) 0.18-0.30 Estabilidad min. 600 lbs Arena Asfalto en Frío (AAF) 0.15-0.22 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 % 0.10 CBR min. 30 % 0.08 CBR min. 20 %

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 12.5-13.5 13-14.5 40 8-10 12-13 12-13.5 50 8-9.5 11-12.5 80 7.5-9 10-11.5 Determinar espesor mínimo de CA Función de calidad de base granular y nivel de tráfico 12 cm CA

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

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

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

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

…todo ok…

María Gabriela Isler Miss Venezuela Miss Universo 2013

Gracias, Por su atención.

fin…