Diseño de Espesores de Pavimentos Método Venezolano Prof. Johannes Briceño

Se basa en el método de la SHELL (Europeo) y de la AASHTO, entro en vigencia en 1970, por una comisión del MTC, Ing. Luis Salame. - Método Shell  Influye la temperatura y topografía. - Método AASHTO  Plantea un número estructural para que ninguna capa falle, y se mantenga con el valor de CBR. Fallas: De las capas asfálticas en la parte inferior y luego se va desplazando hacia arriba. Deformación de la Sub-rasante.

Ecuación de Diseño: NEVi= Número Estructural venezolano de la capa i. Valor mínimo a cumplir, garantiza que la capa i no falle. (Adimensional). CR= Carpeta de rodamiento, 5 cm. CAR= Capa asfáltica remanente. CR y CAR Pueden ser del mismo tipo de mezcla o no, MAC o mezclas en frio. MS=Material Seleccionado. SB B CAR NEVMS NEVSB NEVB SR CR NEVSR MS

Notas: El material seleccionado (MS) se usa generalmente cuando CBRSR≤3%: - Mejor que la SR (5 ≤ CBR≤20%) - Peor que la base. El MS sirve de filtro para que la SB no se mezcle con la SR cuando el terreno de fundación es muy malo. Este método no involucra coeficientes de drenaje, porque la AASHTO en ese momento no tomaba en cuenta este parámetro (método venezolano se quedo obsoleto).

Este método es solo aplicable a materiales granulares no estabilizados, esto debido a que el NEV involucra al CBR de los materiales y este ensayo solo se aplica a materiales no modificados. El método venezolano se trabaja de abajo hacia arriba y luego ajustamos las correcciones de arriba hacia abajo. Del Método SHELL involucra: Factor por pendiente : Rg= Factor regional por pendiente. p= Pendiente promedio longitudinal de la unidad de diseño del pavimento, expresado en porcentaje.

p=3%  Pendiente máxima que puede afectar el diseño. Rg=1 si p≤3% Rg>1 si p>3%  Corrección Nt=N´t.Rg  Es el que se usa en la ecuación. Los vehículos pesados que transitan por vías con pendiente >3% deben disminuir su velocidad y transmiten esfuerzos mayores al pavimento, los cuales tienden a correrse hacia atrás, esto no ocurre en vías planas con p≤3%. Aumentar las cargas para diseñar espesores mas grandes de manera de que esta carpeta (CR) sea de mayor espesor y menos deformable.

b) Factor regional por temperatura (Rta): Rta  Solo afecta a las capas asfálticas. No es lo mismo construir una CR en el calor que en zonas de temperatura fría, ya que a mayor temperatura el asfalto se hace mas fluido, hay que dar en este caso mayores espesores. Este factor depende de la temperatura y del asfalto utilizado (Fig. 28).

NEVSR≥ eMS.aMS+eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+eCR.aCR Ecuaciones: NEVSR≥ eMS.aMS+eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+eCR.aCR NEVMS≥ eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR NEVSB≥ eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR NEVB≥ eCAR.aCAR+eCR.aCR

Aportes estructurales: aCR  Fig. 21, Curva A, mezclas cerradas (Tipo I --- Tipo V) Curva B, Mezclas Abiertas (Tipo VI --- Tipo X) Nota: Para mezclas M9,M12,M19,M24  Usar la curva de mezclas cerradas. aCAR  Fig. 22, Curva A, MAC Densa Curva B, MAC abiertas y BAC (bases asfálticas en caliente). Curva C, Grava Emulsión, mezclas asfálticas en frio densas. Curva D, Arena asfalto.

aB y aSB  Fig. 23, Materiales naturales, Curva A: CBR dinámico, Curva B: CBR estático. Fig. 24, Bases estabilizadas con cemento. Solo bases. aMS  Nota: Las bases y sub-bases estabilizadas no tienen NEV, ya que el parámetro utilizado es el CBR, que es un ensayo para suelos naturales. Nota: CBR dinámico, se usa un disco compactador para compactar en vez del martillo. Fig. 25.

Norma Venezolana: eminB=10 cm  Transito bajo. eminB=15 cm  Transito medio y alto.

Ejercicio: Diseñar por el método venezolano un pavimento con los siguientes datos: CBRSR=3%, CBRMS=10%, CBRSB=30%, CBRB=65%, CAR  EM=1500 lbs (Estabilidad Marshall), mezcla Tipo VII, CA 85- 100 CR EM 2800 lbs (Estabilidad Marshall), mezcla Tipo III, CA 60-70 TMAA=28°C, p=5%, N´t=9E7 e.e Solución: Corrección por pendiente Rg=? Como p>3%  Nt=Rg.N´t=1.14x9E7=1.03E8 e.e ( este es el que se usa en la ecuación).

Números Estructurales: Con CBRSR  NEVSR=19.71 Con CBRMS  NEVMS=13.82 Con CBRSB  NEVSB=10.30 Con CBRB  NEVB=8.53 NEVB<NEVSB<NEVMS<NEVSR Se diseña desde el punto de vista estructural de abajo hacia arriba

NEVSR≥ eMS.aMS+eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+eCR.aCR Ecuaciones: NEVSR≥ eMS.aMS+eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+eCR.aCR NEVMS≥ eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR NEVSB≥ eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR NEVB≥ eCAR.aCAR+eCR.aCR NEVSR= eMS.aMS+ NEVMS =19.71 aMS  Fig. 25  0.072 eMS=(NEVSR - NEVMS )/aMS =(19.71 - 13.82)/0.072=81.81 cm Redondeo: En Calculo 82 cm. En Campo  1 m eMS=82 cm

NEVMS≥ eSB.aSB+eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR NEVMS= eSB.aSB+ NEVSB =13.82 aSB  Fig. 23  0.104 eSB=(NEVMS - NEVSB )/aSB =(13.82 – 10.30)/0.104=33.85 cm Redondeo eSB=34 cm  en campo 40 cm. NEVSB≥ eB.aB+eCAR.aCAR+ eCR.aCR NEVSB= eB.aB+NEVB =8.53 aB  Fig. 23  0.135 eB=(NEVSB - NEVB )/aB =(10.30 – 8.53)/0.135=13.11 cm Redondeo: eB=14 cm  La base tiene un mínimo de eminB=15 cm

NEVB≥ eCAR.aCAR+eCR.aCR =8.53 aCAR  Fig. 22  0.287 aCR  Fig. 21  0.448 eCR=5 cm eCAR=(NEVB – eCR.aCR )/aCAR =(8.53 – 5x0.448)/0.287=21.92 cm Redondeo: eCAR=22 cm

eMA=eCAR + eCR =22 + 5 = 27 cm Chequeo: Por Fatiga MAestructural  MAfatiga eMA=eCAR + eCR =22 + 5 = 27 cm Nota: Para el chequeo por fatiga uso las Fig. 26 y 27, depende de la mezcla que se esta colocando sobre la superficie no tratada, en este caso la base, y la mezcla sobre la base es la CAR. Fig 26  Mezclas cerradas ( Tipo I ---- Tipo V, Superpave) Fig. 27  Mezclas Abiertas ( Tipo VI ---- Tipo X) En este ejemplo la mezcla (CAR) es abierta, entonces Fig. 27

eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 22x1.25 = 32.75 = 33 cm Continuación del Ejercicio: En este caso no hay restricciones del espesor de MS, entonces usar CBRMS Con CBRMS=10%  Fig. 27  eMA fatiga min = 19 cm eMA Estructural = 27 cm eMA fatiga = 19 cm , 27>19  El diseño lo gobierna el espesor estructural. Corrección por temperatura Rta=? Con TMAA=28 °C  Rta CR = 1.05 , Rta CAR= 1.25 eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 22x1.25 = 32.75 = 33 cm Por convenio la capa de rodamiento es 5 cm y el resto lo absorbe la capa de asfalto remanente , CR=5 cm , CAR= 28 cm

eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 8.55)/0.135=12.90 cm e´minB=15 cm Chequeo Estructural: Recalculo del diseño de arriba hacia abajo. NEVB=eCAR.aCAR+eCR.aCR =22x0.287 + 5x0.448=8.55 > 8.53 √√ Criterio: Usar 22 en vez de 28, ya que una capa mas delgada es mas susceptible al calor. NEV´B= 8.55 NEVSB= eB.aB+NEV´B =8.55 eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 8.55)/0.135=12.90 cm e´minB=15 cm

NEVSB= e´B.aB+NEV´B = 15x0.135 + 8.55 =10.58 > 10.33 √√ NEVMS= eSB.aSB+ NEV´SB eSB=(NEVMS – NEV´SB )/aSB =(13.82 – 10.58)/0.104=31.15 = 32 cm e´SB=32 cm NEVMS= e´SB.aSB+NEV´SB = 32x0.104 + 10.58 =13.91 > 13.82 √√ NEV´MS= 13.91 NEVSR= eMS.aMS+ NEV´MS eMS=(NEVSR – NEV´MS )/aMS =(19.71 – 13.91)/0.072=80.56 = 81 cm e´MS=81 cm NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 81x0.072 + 13.91 =19.74 > 19.71 √√ NEV´MS= 19.74

Solución: SB B CAR NEVMS=13.91 NEVSB=10.58 NEVB=8.55 MS 5 cm CR 28 cm NEVSR=19.74 81 cm SR

Ejemplo: Rediseñar el pavimento anterior considerando un espesor de material seleccionado de 40 cm. Solución: Nota: Siempre que se replante un diseño se trabaja con NEVoriginales, hasta el chequeo por fatiga es igual.

eMA = 30 cm , CR=5 cm y CAR=25 cm Corrección por temperatura Rta=? Con TMAA=28 °C  Rta CR = 1.05 , Rta CAR= 1.25 eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 25x1.25 = 36.5 cm Por convenio la capa de rodamiento es 5 cm y el resto lo absorbe la capa de asfalto remanente , CR=5 cm , CAR= 31.5 cm Nota: Como el diseño es gobernado por fatiga se comporta como eMA = 30 cm

eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 9.42)/0.135=6.51 cm e´minB=15 cm Chequeo Estructural: Recalculo del diseño de arriba hacia abajo. NEVB=eCAR.aCAR+eCR.aCR =25x0.287 + 5x0.448=9.42 > 8.53 √√ Criterio: Usar 25 en vez de 31.5, ya que una capa mas delgada es mas susceptible al calor. NEV´B= 9.42 NEVSB= eB.aB+NEV´B =10.30 eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 9.42)/0.135=6.51 cm e´minB=15 cm

NEVSB= e´B.aB+NEV´B = 15x0.135 + 9.42 =11.45 > 10.30 √√ NEVMS= eSB.aSB+ NEV´SB eSB=(NEVMS – NEV´SB )/aSB =(13.82 – 11.45)/0.104=22.79 = 23 cm e´SB=23 cm NEVMS= e´SB.aSB+NEV´SB = 23x0.104 + 11.45 =13.84 > 13.82 √√ NEV´MS= 13.84 NEVSR= eMS.aMS+ NEV´MS eMS=(NEVSR – NEV´MS )/aMS = 40 cm (Fijo en el ejercicio) e´MS=40 cm NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 40x0.072 + 13.84 =16.72 <19.71 XX No Cumple

No cumple, hay que aumentar NEVSR y eso ocurre si aumento NEV´MS, ya que no puedo aumentar eMS porque se fijo en 40 cm. NEV´MS = 16.83 NEVSR= e´MS.aMS+ NEV´MS = 19,71 (obligado) e´MS=40 cm NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 40x0.072 + NEV´MS =19.71 NEV´MS= eSB.aSB+ NEV´SB eSB=(NEV´MS – NEV´SB )/aSB =(16.83 – 11.45)/0.104=51.73 = 52 cm e´SB=52 cm NEVMS= e´SB.aSB+NEV´SB = 52x0.104 + 11.45 =16.86 > 13.82 √√ NEV´MS= 16.86 NEVSR= e´MS.aMS+NEV´MS = 40x0.072 + 16.86 =19.74 >19.71 √√

Solución: Diseño equivalente. SB B CAR NEVMS=13.91 NEVSB=10.58 NEVB=8.55 MS 5 cm CR 31.5 cm 15 cm 52 cm NEVSR=19.74 40 cm SR

Ejercicio: Eliminando el material seleccionado, rediseñar el pavimento. Solución: Como se esta partiendo de un diseño ya realizado y se le va a eliminar el MS, hay un diferencial del número estructural. ΔNEV = NEVSR – NEVMS ΔNEV = 19.71 – 13.82=5.89 La solución depende de la economía. Lo mas económico es que la diferencia la absorba la sub-base. La escogencia va a depender de un análisis económico. Como es un rediseño se usan NEVoriginales

eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 28.5x1.25 = 40.88=41 cm Todo es igual hasta el chequeo por fatiga. Chequeo por Fatiga. Caso I , no hay material seleccionado Con CBRSR=3%  Fig. 27 (mezcla abierta)  eMAC fatiga min= 33.5 cm Como e´MA fatiga > e´MA estructural =27 cm  El diseño lo gobierna la fatiga. eMAC = CR + CAR = 5 + 28.5 = 33.5 cm Corrección por temperatura Rta=? Con TMAA=28 °C  Rta CR = 1.05 , Rta CAR= 1.25 eMA= eCR . Rta + eCAR . Rta = 5x1.05 + 28.5x1.25 = 40.88=41 cm

Por convenio la capa de rodamiento es 5 cm y el resto lo absorbe la capa de asfalto remanente , CR=5 cm , CAR= 36 cm Nota: Como el diseño es gobernado por fatiga se comporta como eMA = 33.5 cm

eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 8.53)/0.135=13.11 cm e´minB=15 cm Chequeo Estructural: Recalculo del diseño de arriba hacia abajo. NEVB=e´CAR.aCAR+e´CR.aCR =28.5x0.287 + 5x0.448=10.42> 8.53 √√ Criterio: Usar 28.5 en vez de 36, ya que una capa mas delgada es mas susceptible al calor. NEV´B= 10.42 NEVSB= eB.aB+NEV´B =10.30 eB=(NEVSB – NEV´B )/aB =(10.30 – 8.53)/0.135=13.11 cm e´minB=15 cm

NEVSB= e´B.aB+NEV´B = 15x0.135 + 10.42 =12.45 > 10.30 √√ NEVSR= eSB.aSB+ NEV´SB Esta ecuación se modifica ya que no hay MS. eSB=(NEVSR – NEV´SB )/aSB =(19.71 – 12.45)/0.104=69.81 = 70 cm e´SB=70 cm NEVSR= e´SB.aSB+NEV´SB = 70x0.104 + 12.45 =19.73>19.71 √√ NEV´SR=19.73

Solución: 5 cm CR SB B CAR 36 cm 15 cm 70 cm SR