DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO MS-1:INSTITUTO ASFALTO - 1,991.

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1 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO MS-1:INSTITUTO ASFALTO - 1,991

2 INTRODUCCIÒN FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO DURANTE SU FACTORES QUE AFECTAN EL DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO DURANTE SU VIDA ÙTIL ( Complejo Comportamiento) VIDA ÙTIL ( Complejo Comportamiento) Necesidad de adoptar métodos de diseño que consideren los diversos factores que afectan su complejo comportamiento Necesidad de adoptar métodos de diseño que consideren los diversos factores que afectan su complejo comportamiento - Aspectos Estructurales del Pavimento - Aspectos Estructurales del Pavimento - Factores Económicos - Factores Económicos - Nivel de Servicio de la Vía - Nivel de Servicio de la Vía – Grado de Seguridad que le brinda al usuario – Grado de Seguridad que le brinda al usuario MÈTODO ASSHTO: - Preveer a la vìa de un adecuado nivel de servicio MÈTODO ASSHTO: - Preveer a la vìa de un adecuado nivel de servicio - Establece relaciones entre el nivel de servicio y las propiedades estructurales de los materiales que - Establece relaciones entre el nivel de servicio y las propiedades estructurales de los materiales que conforman la estructura del pavimento conforman la estructura del pavimento CONCEPCION: Análisis de regresión con datos recolectados en forma experimental CONCEPCION: Análisis de regresión con datos recolectados en forma experimental

3 INTRODUCCIÒN MANUAL SERIES MS-1 DEL INSTITUTO DEL ASFALTO MANUAL SERIES MS-1 DEL INSTITUTO DEL ASFALTO Establece valores limites de esfuerzo y/o deformaciones en la estructura a fin de prevenir ciertos tipos de fallas Establece valores limites de esfuerzo y/o deformaciones en la estructura a fin de prevenir ciertos tipos de fallas OTROS MÈTODOS: OTROS MÈTODOS: - Buscan optimizar Costos de Inversión en la estructura en función a - Buscan optimizar Costos de Inversión en la estructura en función a beneficio/costo según periodo de análisis beneficio/costo según periodo de análisis - Consideran costos de construcción, mantenimiento, rehabilitación y/o reconstrucción - Consideran costos de construcción, mantenimiento, rehabilitación y/o reconstrucción - Cada método puede satisfacer algunas soluciones y no todas - Cada método puede satisfacer algunas soluciones y no todas - La variación en los espesores de las capas que conforman el pavimento - La variación en los espesores de las capas que conforman el pavimento puede ser significativa al emplear dos métodos distintos de diseño puede ser significativa al emplear dos métodos distintos de diseño - En lo posible se deben tratar de satisfacer objetivos múltiples simultáneamente. Métodos concordantes con las características del proyecto - En lo posible se deben tratar de satisfacer objetivos múltiples simultáneamente. Métodos concordantes con las características del proyecto

4 ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO 1) INDICE DE SERVICIO 1) INDICE DE SERVICIO - Grado de Comodidad al Usuario: Parámetros - Grado de Comodidad al Usuario: Parámetros - Índice de Servicio: Escala Subjetiva de 0 a 5 - Índice de Servicio: Escala Subjetiva de 0 a 5 - La Rugosidad: Irregularidades en el pavimento (ondas aleatorias multifrecuentes de diferente amplitud y magnitud – Transformadas - La Rugosidad: Irregularidades en el pavimento (ondas aleatorias multifrecuentes de diferente amplitud y magnitud – Transformadas de Fourier) de Fourier) Obtención de Datos: Nivelación de precisión, perfilòmetros ópticos tipo láser o, perfilòmetros tipo respuesta como el Bump Integrator Obtención de Datos: Nivelación de precisión, perfilòmetros ópticos tipo láser o, perfilòmetros tipo respuesta como el Bump Integrator Se expresa en términos de IRI (Índice Internacional de Rugosidad) Se expresa en términos de IRI (Índice Internacional de Rugosidad) 2) PERFORMANCE O DURABILDAD 2) PERFORMANCE O DURABILDAD - Prevenir la aparición de fallas: fisuras, desniveles, ahuellamientos, exudación, corrugaciones, depresiones, baches, disgregación, etc - Prevenir la aparición de fallas: fisuras, desniveles, ahuellamientos, exudación, corrugaciones, depresiones, baches, disgregación, etc - Ponderar posibilidad de ocurrencia - Ponderar posibilidad de ocurrencia

5 3) SEGURIDAD 3) SEGURIDAD - Adecuada superficie de rodadura - Adecuada superficie de rodadura - Suficiente fricción a fin de evitar accidentes por deslizamiento - Suficiente fricción a fin de evitar accidentes por deslizamiento - Índice de Deslizamiento: Factor que se obtiene multiplicando el coeficiente de fricción por 100. Se mide según ASTM E 274 - Índice de Deslizamiento: Factor que se obtiene multiplicando el coeficiente de fricción por 100. Se mide según ASTM E 274 4) REALIBILIDAD 4) REALIBILIDAD - Probabilidad que el pavimento se comporte según lo asumido en el análisis de diseño - Probabilidad que el pavimento se comporte según lo asumido en el análisis de diseño - Se mide en términos de probabilidad de éxito, empleando - Se mide en términos de probabilidad de éxito, empleando distribución normal de Gauss distribución normal de Gauss - Parámetro relacionado con el factor de seguridad del diseño - Parámetro relacionado con el factor de seguridad del diseño - Pueden establecerse diferentes niveles de realibilidad para cada - Pueden establecerse diferentes niveles de realibilidad para cada parámetro ponderando cada factor según su grado de importancia parámetro ponderando cada factor según su grado de importancia ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO

6 PROCEDIMIENTOS Y HERRAMIENTAS A EMPLEAR EN EL DISEÑO ANALISIS ESTRUTURAL ANALISIS ESTRUTURAL ANALISIS ECONÒMICO ANALISIS ECONÒMICO SISTEMA DE GESTIÒN DE PAVIMENTOS SISTEMA DE GESTIÒN DE PAVIMENTOS

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8 DISEÑO DE ESPESORES – PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA CALLES Y CARRETERAS METODO : INSTITUTO DEL ASFALTO MANUAL METODO : INSTITUTO DEL ASFALTO MANUAL SERIES No 1 (MS – 1) –1991 SERIES No 1 (MS – 1) –1991 CARACTERISTICAS DEL METODO CARACTERISTICAS DEL METODO MANUAL MANUAL GUIAS GUIAS CARTAS DE DISEÑO CARTAS DE DISEÑO PROGRAMA DAMA PROGRAMA DAMA

9 METODOLOGÌA METODOLOGÌA La Metodología considera 2 condiciones especificas de Esfuerzo - Deformación. En la primera condición ilustrada en la Figura la carga por rueda W es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme Po La Metodología considera 2 condiciones especificas de Esfuerzo - Deformación. En la primera condición ilustrada en la Figura la carga por rueda W es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme Po La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de la carga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de la subrasante, tiene una intensidad máxima P1. La figura ilustra la manera general en la cual la intensidad de la máxima presión vertical disminuye con la profundidad de Po a P1. La Estructura del Pavimento distribuye luego los esfuerzos de la carga, reduciendo su intensidad hasta que en la superficie de la subrasante, tiene una intensidad máxima P1. La figura ilustra la manera general en la cual la intensidad de la máxima presión vertical disminuye con la profundidad de Po a P1.

10 CARGA, W SIN ESCALA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO SUBRASANTE P1 DISTRIBUCION DE LA PRESION DEL NEUMATICO A TRAVES DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO Po P1 (P1)(b)

11 La segunda condición tal como se ilustra en la Fig. la carga por rueda W, deflecta la estructura del pavimento causando Esfuerzos y Deformaciones de Tensión y Comprensión en la Capa Asfáltica. La segunda condición tal como se ilustra en la Fig. la carga por rueda W, deflecta la estructura del pavimento causando Esfuerzos y Deformaciones de Tensión y Comprensión en la Capa Asfáltica. Las Cartas de Diseño presentadas en este manual, han sido desarrolladas utilizando los criterios de deformaciones verticales comprensivas inducidas en la parte superior de la subrasante y las deformaciones tensionales máximas inducidas en el fondo de la capa asfáltica por las cargas de las ruedas. Las Cartas de Diseño presentadas en este manual, han sido desarrolladas utilizando los criterios de deformaciones verticales comprensivas inducidas en la parte superior de la subrasante y las deformaciones tensionales máximas inducidas en el fondo de la capa asfáltica por las cargas de las ruedas.

12 CARGA, W SIN ESCALA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO SUBRASANTE COMPRESION TENSION La Deflexion del Pavimento trae consigo Esfuerzos de Compresion y Tension en su Estructura. Fig.2

13 PAVIMENTO ASFALTICO EN TODO SU ESPESOR PAVIMENTO ASFALTICO CON BASE GRANULAR CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO Ec Et SUBRASANTE CONCRETO ASFALTICO SUPERFICIAL CONCRETO ASFALTICO O BASE CON ASFALTO EMULSIONADO BASE GRANULAR SUBRASANTE Pavimentos de Concreto Asfáltico en Todo su Espesor y Base con Asfalto Emulsificado Pavimentos con Base Granular Ubicación de las deformaciones consideradas en el procedimiento de diseño

14 CARGA MUY PESADA…….. !

15 CONSIDERACIONES DE DISEÑO CONSIDERACIONES DE DISEÑO Introducción Introducción En este capitulo se discute la selección de los factores apropiados para el diseño estructural de pavimentos asfálticos. Se presenta información sobre: - CLASIFICACIÓN DE VIALIDADES - CLASIFICACIÓN DE VIALIDADES - SELECCIÓN DE LOS TIPOS DE MATERIALES Y SU - SELECCIÓN DE LOS TIPOS DE MATERIALES Y SU RELACIÓN CON EL TIPO DE TRAFICO RELACIÓN CON EL TIPO DE TRAFICO - USO DE LA CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS - USO DE LA CONSTRUCCIÓN POR ETAPAS - COMPARACIÓN ECONÓMICA DE DIFERENTES - COMPARACIÓN ECONÓMICA DE DIFERENTES ALTERNATIVAS DE DISEÑO. ALTERNATIVAS DE DISEÑO. Generalmente se conoce mas acerca de las características del trafico, clima y condiciones de la subrasante en carreteras de alto volúmenes de trafico que en caminos de bajo volumen de tráfico.

16 CLASIFICACION DE CARRETERAS Y CALLES CLASIFICACION DE CARRETERAS Y CALLES La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA) clasifica a las Carreteras y Calles con un Sistema de Clasificación Funcional que puede ser de ayuda para determinar apropiadamente los factores de tráfico y otras variables de diseño necesarias. La clasificación mas importante es: La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA) clasifica a las Carreteras y Calles con un Sistema de Clasificación Funcional que puede ser de ayuda para determinar apropiadamente los factores de tráfico y otras variables de diseño necesarias. La clasificación mas importante es:

17 Si el conocimiento de las propiedades de los suelos de subrasante y de los materiales de las capas del pavimento es escaso; si el control de calidad de la construcción es inadecuado, es probable que el pavimento resultante, varié en calidad y en comportamiento. Si el conocimiento de las propiedades de los suelos de subrasante y de los materiales de las capas del pavimento es escaso; si el control de calidad de la construcción es inadecuado, es probable que el pavimento resultante, varié en calidad y en comportamiento. Cuanto mayor es la variabilidad del pavimento construido, mayor será la probabilidad de fallas prematuras y de mayores y mas elevados costos de mantenimiento. Cuanto mayor es la variabilidad del pavimento construido, mayor será la probabilidad de fallas prematuras y de mayores y mas elevados costos de mantenimiento. Además la selección del tipo de base puede afectar el comportamiento del pavimento. Además la selección del tipo de base puede afectar el comportamiento del pavimento.

18 PRINCIPIOS DE DISEÑO PRINCIPIOS DE DISEÑO BASES PARA EL DISEÑO BASES PARA EL DISEÑO El material de cada capa esta caracterizado por su Módulo de Elasticidad y su Coeficiente de Poisson. El material de cada capa esta caracterizado por su Módulo de Elasticidad y su Coeficiente de Poisson. El trafico esta expresado en términos del número de repeticiones de un eje simple equivalente de 80 KN (18,000 libras), aplicado al pavimento en dos juegos de ruedas duales. El trafico esta expresado en términos del número de repeticiones de un eje simple equivalente de 80 KN (18,000 libras), aplicado al pavimento en dos juegos de ruedas duales. Presión de Contacto : 483 kPa ( 70 psi). Presión de Contacto : 483 kPa ( 70 psi). Los “PATE” son modelados como un sistema de 3 capas Los “PATE” son modelados como un sistema de 3 capas Los “PA” con bases granulares son modelados con un Los “PA” con bases granulares son modelados con un sistema de 4 capas sistema de 4 capas La subrasante o capa mas baja se asume infinita en las La subrasante o capa mas baja se asume infinita en las direcciones vertical hacia abajo y horizontal direcciones vertical hacia abajo y horizontal Se asume que existe continuidad en la interfase entre capas Se asume que existe continuidad en la interfase entre capas

19 CRITERIOS DE DISEÑO CRITERIOS DE DISEÑO En la metodolog í a para este manual, se asume que las cargas en la superficie del pavimento producen 2 deformaciones que son consideradas criticas para el dise ñ o, estas deformaciones unitarias son: En la metodolog í a para este manual, se asume que las cargas en la superficie del pavimento producen 2 deformaciones que son consideradas criticas para el dise ñ o, estas deformaciones unitarias son: 1.- LA DEFORMACI Ó N HORIZONTAL DE TENSI Ó N (ET) en el fondo de la capa asf á ltica mas profunda, ya sea que se trate de concreto asf á ltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado. 1.- LA DEFORMACI Ó N HORIZONTAL DE TENSI Ó N (ET) en el fondo de la capa asf á ltica mas profunda, ya sea que se trate de concreto asf á ltico o de una capa tratada con asfalto emulsificado. 2.- LA DEFORMACI Ó N VERTICAL DE COMPRENSI Ó N (EC) en la parte superior de la capa de subrasante (terreno de fundacion). 2.- LA DEFORMACI Ó N VERTICAL DE COMPRENSI Ó N (EC) en la parte superior de la capa de subrasante (terreno de fundacion). Si la deformaci ó n tensional horizontal es excesiva, se producir á n fisuras en la capa asf á ltica, mientras que si la deformaci ó n vertical compresiva es excesiva, se producir á n deformaciones permanentes en la superficie del pavimento por sobrecargar la subrasante. Si la deformaci ó n tensional horizontal es excesiva, se producir á n fisuras en la capa asf á ltica, mientras que si la deformaci ó n vertical compresiva es excesiva, se producir á n deformaciones permanentes en la superficie del pavimento por sobrecargar la subrasante.

20 EVALUACIÒN DE MATERIA LES EVALUACIÒN DE MATERIA LES Para un Tráfico dado, el diseño del pavimento involucra 3 pasos: Para un Tráfico dado, el diseño del pavimento involucra 3 pasos: 1) Elección de los materiales que conformarán las diferentes capas del 1) Elección de los materiales que conformarán las diferentes capas del pavimento: concreto asfáltico, mezclas de asfalto emulsificado, pavimento: concreto asfáltico, mezclas de asfalto emulsificado, agregados para bases y subbases y materiales de subrasante. agregados para bases y subbases y materiales de subrasante. 2) Requerimientos de espesores para c/tipo de material a ser usado 2) Requerimientos de espesores para c/tipo de material a ser usado Los materiales de la sección estructural y la subrasante están caracterizados por constantes elásticas apropiadas. Los materiales de la sección estructural y la subrasante están caracterizados por constantes elásticas apropiadas. Las Cartas de Diseño deI Método fueron preparadas utilizando los valores apropiados de las constantes elásticas; por lo tanto ya no será necesario determinarlas Las Cartas de Diseño deI Método fueron preparadas utilizando los valores apropiados de las constantes elásticas; por lo tanto ya no será necesario determinarlas 3) Requerimientos constructivos incluyendo factores tales como el diseño de mezclas y la compactación 3) Requerimientos constructivos incluyendo factores tales como el diseño de mezclas y la compactación

21 EVALUACIÒN DE MATERIA LES El PROGRAMA DE Cómputo DAMA puede ser empleado para diseñar pavimentos empleando cualquier otro juego de constantes de diseño apropiadas. El PROGRAMA DE Cómputo DAMA puede ser empleado para diseñar pavimentos empleando cualquier otro juego de constantes de diseño apropiadas. La propiedad determinante de la subrasante es el Módulo de Resilencia (Resilient Modulus, Mr). Se describe en el Manual de Suelos (MS-10) del I.A. La propiedad determinante de la subrasante es el Módulo de Resilencia (Resilient Modulus, Mr). Se describe en el Manual de Suelos (MS-10) del I.A. Al no disponer de equipos apropiados para hallar el Mr., se ha establecido factores apropiados para determinar el Mr., a partir de los ensayos de CBR y del Valor de Resistencia – R; los resultados son aproximados. Al no disponer de equipos apropiados para hallar el Mr., se ha establecido factores apropiados para determinar el Mr., a partir de los ensayos de CBR y del Valor de Resistencia – R; los resultados son aproximados. Este valor del Mr. de los suelos de subrasante depende de la magnitud del esfuerzo bajo la carga de diseño. El método de ensayo recomienda una presión de confinamiento y un esfuerzo desviador que son razonables para la mayoría de los ensayos Este valor del Mr. de los suelos de subrasante depende de la magnitud del esfuerzo bajo la carga de diseño. El método de ensayo recomienda una presión de confinamiento y un esfuerzo desviador que son razonables para la mayoría de los ensayos Los Módulos de Resiliencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. Los valores utilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían al menos entre 15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 Mpa) Los Módulos de Resiliencia de los materiales granulares no tratados varían con las condiciones de esfuerzos en el pavimento. Los valores utilizados en el desarrollo de las cartas de diseño varían al menos entre 15,000 psi (103 Mpa) hasta mas de 50,000 psi (345 Mpa).

22 SUELOS DE SUBRASANTE SUBRASANTE : Suelo preparado y compactado para soportar la estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura del pavimento; también se le llama “basamento” o “suelo de cimentación”. SUBRASANTE : Suelo preparado y compactado para soportar la estructura del pavimento. Es la cimentación de la estructura del pavimento; también se le llama “basamento” o “suelo de cimentación”. SUBRASANTE MEJORADA: Es cualquier capa o capas de material mejorado entre el suelo y la estructura del pavimento. Puede ser un material tratado o de un material transportado. SUBRASANTE MEJORADA: Es cualquier capa o capas de material mejorado entre el suelo y la estructura del pavimento. Puede ser un material tratado o de un material transportado. Normalmente no es necesaria en el diseño y construcción de un Pavimento Asfáltico o Full Depth. Normalmente no es necesaria en el diseño y construcción de un Pavimento Asfáltico o Full Depth. Debe ser considerada solamente cuando se encuentre una subrasante que no puede soportar el equipo de construcción en cuyo caso solo es utilizada como una plataforma de trabajo para la construcción de las capas del pavimento y no afecta el espesor de diseño de la estructura del pavimento. Debe ser considerada solamente cuando se encuentre una subrasante que no puede soportar el equipo de construcción en cuyo caso solo es utilizada como una plataforma de trabajo para la construcción de las capas del pavimento y no afecta el espesor de diseño de la estructura del pavimento.

23 MÈTODOS DE EVALUACIÒN Para facilitar el uso de las cartas de diseño con otros ensayos ampliamente usados, se Para facilitar el uso de las cartas de diseño con otros ensayos ampliamente usados, se han establecido correlaciones del Mr con el CBR y con los valores de –R, como se han establecido correlaciones del Mr con el CBR y con los valores de –R, como se detallan en el MS-10, ASTM y AASHTO. detallan en el MS-10, ASTM y AASHTO. - CBR de Suelos Compactados: ASTM D 1883, AASHTO T 193. Muestras - CBR de Suelos Compactados: ASTM D 1883, AASHTO T 193. Muestras compactadas de acuerdo a ASTM D 1557, AASHTO T 180, Métodos B ò D compactadas de acuerdo a ASTM D 1557, AASHTO T 180, Métodos B ò D - Valor de Resistencia – R: ASTM D 2844, AASHTO Método T 190 - Valor de Resistencia – R: ASTM D 2844, AASHTO Método T 190 RELACIÒN Mr. vs CBR: RELACIÒN Mr. vs CBR: Mr (MPa) = 10.3 x CBR Mr (MPa) = 10.3 x CBR Mr (psi) = 1500 x CBR Mr (psi) = 1500 x CBR RELACIÒN Mr. vs Valor – R: RELACIÒN Mr. vs Valor – R: Mr (MPa) = 8.0 + 3.8 (Valor – R) Mr (MPa) = 8.0 + 3.8 (Valor – R) Mr (psi) = 1155 + 555 (Valor – R) Mr (psi) = 1155 + 555 (Valor – R)

24 MÈTODOS DE EVALUACIÒN Estas correlaciones son aplicables a materiales clasificados como CL, CH. ML, SC, SM y SP, según el SUCS ( ASTM D2487), ò A-7, A- 6, A - 5, A – 4, y A – 2 según el Sistema AASHTO (Designación M 145) ò a aquellos materiales que se estima tendrán un Mr de 30,000 psi ( 207 Mpa) ò menor. Estas correlaciones son aplicables a materiales clasificados como CL, CH. ML, SC, SM y SP, según el SUCS ( ASTM D2487), ò A-7, A- 6, A - 5, A – 4, y A – 2 según el Sistema AASHTO (Designación M 145) ò a aquellos materiales que se estima tendrán un Mr de 30,000 psi ( 207 Mpa) ò menor. Estas correlaciones no son aplicables a materiales de base o subbase granulares no tratadas Estas correlaciones no son aplicables a materiales de base o subbase granulares no tratadas Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para obtener valores de Mr mayores para subrasante Se recomienda efectuar ensayos de laboratorio directos para obtener valores de Mr mayores para subrasante También existen correlaciones entre el CBR ò Valor – R con el Módulo Dinámico, muchas de las cuales producen valores de Mr menores y consecuentemente mayores espesores del pavimento También existen correlaciones entre el CBR ò Valor – R con el Módulo Dinámico, muchas de las cuales producen valores de Mr menores y consecuentemente mayores espesores del pavimento

25 SELECCIÒN DEL Mr. DE DISEÑO DE LA SUBRASANTE El Módulo de Resiliencia de Diseño de la Subrasante (Mr), se define como el valor del Módulo de Resilencia que es menor que el 60%, 75% ò 87.5% del total de los valores analizados en la sección. El Módulo de Resiliencia de Diseño de la Subrasante (Mr), se define como el valor del Módulo de Resilencia que es menor que el 60%, 75% ò 87.5% del total de los valores analizados en la sección. Estos porcentajes se conocen como Valores Percentiles y están relacionados con el tráfico, como se indica: Estos porcentajes se conocen como Valores Percentiles y están relacionados con el tráfico, como se indica: LÌMITES DE DISEÑO PARA SUBRASANTE LÌMITES DE DISEÑO PARA SUBRASANTE NIVEL DE TRÀFICO (EAL) PERCENTIL DE DISEÑO (%) NIVEL DE TRÀFICO (EAL) PERCENTIL DE DISEÑO (%) 10*4 ò menos 60 10*4 ò menos 60 Entre 10*4 Y 10*6 75 Entre 10*4 Y 10*6 75 10*6 ò Màs 87.5 10*6 ò Màs 87.5 Se debe seguir el procedimiento gráfico indicado en el Manual para determinar el Módulo de resilencia de la Subrasante de Diseño Mr. Se debe seguir el procedimiento gráfico indicado en el Manual para determinar el Módulo de resilencia de la Subrasante de Diseño Mr.

26 CONSIDERACIONES AMBIENTALES Adicionalmente a los efectos de las variaciones mensuales de temperatura a lo largo del año, sobre los módulos dinámicos de las mezclas de concreto asfáltico y de asfalto emulsificado; las curvas de diseño también toman en consideración los efectos de la temperatura sobre los módulos de resilencia de la subrasante y de los materiales granulares de la base En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un Mr incrementado para representar la época de helada en el invierno y un Mr reducido para representar la época de descongelamiento. En el caso de la subrasante, este se corrigió utilizando un Mr incrementado para representar la época de helada en el invierno y un Mr reducido para representar la época de descongelamiento. La misma técnica se utilizó para representar los efectos ambientales en las bases granulares La misma técnica se utilizó para representar los efectos ambientales en las bases granulares

27 . Normal Descongelada (Reducido) Mes en que comienza la helada 12 meses Tiempo Mes en que comienza el deshielo Modulo de subrasante congelada (incrementado) VARIACIONES DEL MODULO DE SUBRASANTE EN CONDICIONES DE HIELO Y DESHIELO

28 CARTAS DE DISEÑO CARTAS DE DISEÑO El programa de computo DAMA fue utilizado para determinar los espesores en función de los dos criterios de deformación descritos para diferentes condiciones seleccionadas. Se obtuvieron 2 espesores para cada condición, uno para cada valor de deformación critica, empleándose el mayor de los dos para preparar las cartas de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño presentan formas asociadas con 2 criterios diferentes. El programa de computo DAMA fue utilizado para determinar los espesores en función de los dos criterios de deformación descritos para diferentes condiciones seleccionadas. Se obtuvieron 2 espesores para cada condición, uno para cada valor de deformación critica, empleándose el mayor de los dos para preparar las cartas de diseño. Por esta razón, varias de las curvas de diseño presentan formas asociadas con 2 criterios diferentes. Se muestran los espesores mínimos para ciertos niveles de trafico. En aquellos casos donde estos espesores mínimos no fueron obtenidos directamente de los cálculos con el programa DAMA, fueron seleccionados basados en la experiencia, incluyendo los Caminos de Ensayo AASHO, otros estudios y ediciones anteriores de este manual. Se muestran los espesores mínimos para ciertos niveles de trafico. En aquellos casos donde estos espesores mínimos no fueron obtenidos directamente de los cálculos con el programa DAMA, fueron seleccionados basados en la experiencia, incluyendo los Caminos de Ensayo AASHO, otros estudios y ediciones anteriores de este manual. Para el desarrollo de este manual se seleccionaron tres grupos de condiciones ambientales, representativas del rango de condiciones para las que debiera aplicarse el manual. Para el desarrollo de este manual se seleccionaron tres grupos de condiciones ambientales, representativas del rango de condiciones para las que debiera aplicarse el manual.

29 Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para caracterizar las condiciones ambientales aplicables a cada región, seleccionándose las características de los materiales según esto. Se usó la Temperatura Media Anual del Aire (MAAT) para caracterizar las condiciones ambientales aplicables a cada región, seleccionándose las características de los materiales según esto.

30 ANÁLISIS DE TRAFICO ANÁLISIS DE TRAFICO INTRODUCCION INTRODUCCION Se consideran de primordial importancia al número y cargas por eje esperadas en un periodo de tiempo determinado. Las cargas por eje varían típicamente de ligeras a pesadas. Se consideran de primordial importancia al número y cargas por eje esperadas en un periodo de tiempo determinado. Las cargas por eje varían típicamente de ligeras a pesadas. Se ha demostrado que es posible representar el efecto de cualquier eje cargado con cualquier masa, sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del numero de aplicaciones de carga por eje simple, equivalente a 18,000 libras (80KN),representado por un EAL (Equivalent Axle Load). Se ha demostrado que es posible representar el efecto de cualquier eje cargado con cualquier masa, sobre el comportamiento de un pavimento, por medio del numero de aplicaciones de carga por eje simple, equivalente a 18,000 libras (80KN),representado por un EAL (Equivalent Axle Load). En la Tabla IV-4 se encuentran los factores de equivalencia de carga para ejes Simples,Tandem y Tridem. En la Tabla IV-4 se encuentran los factores de equivalencia de carga para ejes Simples,Tandem y Tridem. Se requiere conocer el número de vehículos o el número y la masa de las cargas por eje esperados en la vialidad. Se requiere conocer el número de vehículos o el número y la masa de las cargas por eje esperados en la vialidad.

31 ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICO ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE TRAFICO Se debe estimar los volúmenes de tráfico inicial y futuro para el diseño estructural de pavimentos, requiere de un estudio y análisis exhaustivo. PERIODO DE ANÁLISIS.- Se debe hacer comparaciones económicas de las diferentes alternativas del diseño del pavimento seleccionado un periodo de tiempo para el cual se hace el análisis de esas alternativas. PERIODO DE ANÁLISIS.- Se debe hacer comparaciones económicas de las diferentes alternativas del diseño del pavimento seleccionado un periodo de tiempo para el cual se hace el análisis de esas alternativas. CLASIFICACION Y NUMERO DE CAMIONES.- Se requiere un estimado del numero de vehículos de diferentes tipos, tales como; automóviles, autobuses, camiones simples y camiones acoplados, etc. Cuando no hay disponibilidad de los datos de conteo y clasificación de trafico, se pueden obtener estimados de los datos presentados en la tabla IV-1, “ Distribución de Camiones en diferentes clases de carreteras – USA”. Se recomienda el uso de la información de tráfico local, sin embargo el tráfico local está sujeto a variaciones y por lo tanto deben tomarse precauciones en la recolección y análisis de datos. Se recomienda el uso de la información de tráfico local, sin embargo el tráfico local está sujeto a variaciones y por lo tanto deben tomarse precauciones en la recolección y análisis de datos.

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33 TABLA IV-2.- PORCENTAJE DEL TRAFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEÑO NUMERO DE CARRILES PORCENTAJE DE CAMIONES (DOS DIRECCIONES) EL CARRIL DE DISEÑO 2 50 4 45(35-48) * 6 ó más 40(25-48) * * Rango Probable CARRIL DEL DISEÑO Para calles y carreteras de 2 carriles, el carril de diseño puede ser cualquiera de los carriles de la vía, mientras que para calles y carreteras de carriles múltiples, generalmente es el carril externo. Bajo ciertas condiciones es probable que haya un mayor tráfico de camiones en un sentido que en otro. En muchas localidades, los camiones circulan cargados en un sentido y vacíos en el otro.

34 PERIODO DE DISE Ñ O PERIODO DE DISE Ñ O Es el periodo seleccionado en a ñ os, para el cual se dise ñ a el pavimento. Al termino de este periodo puede esperarse que el pavimento requiera de trabajos de rehabilitaci ó n, usualmente de una sobre capa asf á ltica, para devolver su adecuado nivel de transitabilidad. El Periodo de Dise ñ o sin embargo, no debe confundirse con la Vida del Pavimento o con el Periodo de An á lisis. La vida del pavimento puede extenderse indefinidamente por medio de sobrecapas u otras medidas de rehabilitaci ó n, hasta que la v í a se torne obsoleta, por cambios de rasante, alineamiento u otros factores.

35 CRECIMIENTO DE TR Á FICO CRECIMIENTO DE TR Á FICO El pavimento debe ser dise ñ ado para servir adecuadamente la demanda del tr á fico durante un periodo de a ñ os. Al aplicar los factores de crecimiento hay que evitar exceder la capacidad de los veh í culos sobre la v í a, ya que esto acarrear í a un dise ñ o imnecesariamente conservador. El pavimento debe ser dise ñ ado para servir adecuadamente la demanda del tr á fico durante un periodo de a ñ os. Al aplicar los factores de crecimiento hay que evitar exceder la capacidad de los veh í culos sobre la v í a, ya que esto acarrear í a un dise ñ o imnecesariamente conservador. El Crecimiento puede tomarse en el dise ñ o empleando los Factores de Crecimiento mostrados en la Tabla IV-3. El Crecimiento puede tomarse en el dise ñ o empleando los Factores de Crecimiento mostrados en la Tabla IV-3. CAPACIDAD DE LA CARRETERA. CAPACIDAD DE LA CARRETERA.- Es necesario considerar el numero de carriles necesarios para satisfacer los vol ú menes de trafico inicial durante el periodo de dise ñ o. Es necesario considerar el numero de carriles necesarios para satisfacer los vol ú menes de trafico inicial durante el periodo de dise ñ o.

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37 ESTIMACI Ó N DEL EAL ESTIMACI Ó N DEL EAL El an á lisis de trafico recomendado permite determinar el numero de aplicaciones de cargas equivalentes a un eje simple de 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinaci ó n de los espesores del pavimento. El an á lisis de trafico recomendado permite determinar el numero de aplicaciones de cargas equivalentes a un eje simple de 18,000 lb (EAL), a ser usado en la determinaci ó n de los espesores del pavimento. Factor Cami ó n.- Es el numero de aplicaciones equivalente a una carga por eje simple de 18,000 lb en una pasada de un veh í culo dado. Factor Cami ó n.- Es el numero de aplicaciones equivalente a una carga por eje simple de 18,000 lb en una pasada de un veh í culo dado. Factor Equivalencia de Carga.- Es el numero de aplicaciones equivalentes a una carga por eje simple de 18,000 lb en una pasada de un eje dado. Factor Equivalencia de Carga.- Es el numero de aplicaciones equivalentes a una carga por eje simple de 18,000 lb en una pasada de un eje dado. Numero de Veh í culos.- Es el numero de veh í culos considerados. Numero de Veh í culos.- Es el numero de veh í culos considerados. El EAL se calcula multiplicando, el numero de veh í culos en cada clase de peso, por el factor Cami ó n apropiado y sumando los productos El EAL se calcula multiplicando, el numero de veh í culos en cada clase de peso, por el factor Cami ó n apropiado y sumando los productos

38 Los Factores Cami ó n se determinan de los datos de distribuci ó n de los grupos de carga de los ejes usando los Factores de Equivalencia de Carga (TABLA IV-4). Un factor Cami ó n se calcula multiplicando el numero de ejes de cada rango de peso, por el Factor de Equivalencia de Carga apropiado, dividiendo la suma de los productos por el numero total de veh í culos involucrado. El procedimiento para calcular los Factores Cami ó n se muestra en la figura IV – 2. Los Factores Cami ó n se determinan de los datos de distribuci ó n de los grupos de carga de los ejes usando los Factores de Equivalencia de Carga (TABLA IV-4). Un factor Cami ó n se calcula multiplicando el numero de ejes de cada rango de peso, por el Factor de Equivalencia de Carga apropiado, dividiendo la suma de los productos por el numero total de veh í culos involucrado. El procedimiento para calcular los Factores Cami ó n se muestra en la figura IV – 2.

39 Los Factores Camión pueden calcularse para camiones individuales de cualquier tipo ó para combinaciones de diferentes tipos de camiones como pueden ser unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5 ejes. Los Factores Camión pueden calcularse para camiones individuales de cualquier tipo ó para combinaciones de diferentes tipos de camiones como pueden ser unidades simples de 2 ó 3 ejes, unidades de tractor y trailer de 5 ejes. La Tabla IV-5 presenta Factores Camión típicos para una variedad de clasificaciones de camiones y carreteras en los EEUU.Estos factores camión fueron calculados de los datos recolectados individualmente por diferentes estados y recopilados pór la FHWA. Es necesario enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y que deberá usarse la información detallada de los conteos de tráfico locales, cuando estén disponibles. La Tabla IV-5 presenta Factores Camión típicos para una variedad de clasificaciones de camiones y carreteras en los EEUU.Estos factores camión fueron calculados de los datos recolectados individualmente por diferentes estados y recopilados pór la FHWA. Es necesario enfatizar que esos datos son promedios de un estudio y que deberá usarse la información detallada de los conteos de tráfico locales, cuando estén disponibles. Las caracterízticas de la flota actual de vehículos está cambiando generalmente a medida que los vehículos antiguos son reemplazados por otros de tecnologías más modernas. Las caracterízticas de la flota actual de vehículos está cambiando generalmente a medida que los vehículos antiguos son reemplazados por otros de tecnologías más modernas.

40 (1) Seleccione o determine los datos de entrada: (1) Seleccione o determine los datos de entrada: (a) Valor del trafico, EAL (a) Valor del trafico, EAL (b) Modulo de Resilencia de la Subrasante, MR (b) Modulo de Resilencia de la Subrasante, MR (c) Tipos de base y de superficie (c) Tipos de base y de superficie (2) Determine los espesores de la construcción por etapas, de ser apropiado. (2) Determine los espesores de la construcción por etapas, de ser apropiado. (3) Prepare el diseño de la construcción por etapas, de ser apropiado. (3) Prepare el diseño de la construcción por etapas, de ser apropiado. (4) Efectúe un análisis económico de las diferentes alternativas de diseño (4) Efectúe un análisis económico de las diferentes alternativas de diseño (5) Seleccione el diseño final (5) Seleccione el diseño final Los pasos 1 a 3 se determinan automáticamente empleando el programa de computo HWY, en tanto que la evaluación económica (paso 4) puede ser desarrollado empleando el programa de computo LOCOST. Ambos programas están disponibles en el Instituto del Asfalto. Los pasos 1 a 3 se determinan automáticamente empleando el programa de computo HWY, en tanto que la evaluación económica (paso 4) puede ser desarrollado empleando el programa de computo LOCOST. Ambos programas están disponibles en el Instituto del Asfalto.

41 DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO; TRAFICO, SUBRASANTE Y MATERIALES DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO; TRAFICO, SUBRASANTE Y MATERIALES Los datos de ingreso comunes a los procedimientos de diseño para los tres tipos de pavimentos son: Los datos de ingreso comunes a los procedimientos de diseño para los tres tipos de pavimentos son: (1) Determinación del trafico, EAL, expresado como el numero total de aplicaciones de carga por eje equivalente a 80 KN (18,000 lb) esperadas durante el periodo de diseño. (1) Determinación del trafico, EAL, expresado como el numero total de aplicaciones de carga por eje equivalente a 80 KN (18,000 lb) esperadas durante el periodo de diseño. (2) Modulo de Resilencia de la Subrasante, Mr. (2) Modulo de Resilencia de la Subrasante, Mr. (3) Tipos de bases asfálticas a considerar: concreto asfáltico, mezclas con asfaltos emulsificados Tipos I, II, ó III, O base o sub – base no tratadas (3) Tipos de bases asfálticas a considerar: concreto asfáltico, mezclas con asfaltos emulsificados Tipos I, II, ó III, O base o sub – base no tratadas

42 FACTORES AMBIENTALES FACTORES AMBIENTALES Las cartas de diseño presentadas en este manual están basadas en tres tipos de condiciones ambientales típicas en la mayor parte de Norteamérica. El programa DAMA puede ser usado para el diseño de pavimentos bajo condiciones diferentes. Las cartas de diseño presentadas en este manual están basadas en tres tipos de condiciones ambientales típicas en la mayor parte de Norteamérica. El programa DAMA puede ser usado para el diseño de pavimentos bajo condiciones diferentes. En zonas donde existan suelos susceptibles al fenómeno de heladas y donde se encuentren severas condiciones de temperatura bajas, es necesario remover reemplazar tales suelos o tomar ciertas precauciones antes del inicio de la construcción del pavimento. En climas extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben ser diseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una adecuada rigidez a altas temperaturas. En zonas donde existan suelos susceptibles al fenómeno de heladas y donde se encuentren severas condiciones de temperatura bajas, es necesario remover reemplazar tales suelos o tomar ciertas precauciones antes del inicio de la construcción del pavimento. En climas extremadamente cálidos, las mezclas asfálticas deben ser diseñadas para resistir el ahuellamiento y mantener una adecuada rigidez a altas temperaturas. Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a la temperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de asfaltos de acuerdo a las condiciones de temperatura prevalecientes. La tabla VI- 1 recomienda grado de asfalto para diferentes condiciones de temperatura. Debido a que las mezclas asfálticas son susceptibles a la temperatura, es aconsejable utilizar diferentes grados de asfaltos de acuerdo a las condiciones de temperatura prevalecientes. La tabla VI- 1 recomienda grado de asfalto para diferentes condiciones de temperatura.

43 Frio, Temperatura promedio anual Anual < 7C AC – 5 AR – 2000 Pen 120 / 150 AC – 10 AR – 4000 Pen 85/100 Templado, temperatura promedio Anual entre 7C y 24C AC – 10 AR – 4000 Pen 85/100 AC – 20 AR – 8000 Pen 60/70 CONDICION DE TEMPERATURA* GRADO DE ASFALTO Calido temperatura promedio annual > 24C AC – 20 AR – 8000 Pen 60/70 AC – 40 AR – 16000 Pen 40/50 TABLA VI-1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DEL GRADO DE ASFALTO

44 TABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE TABLA VI-2 ESPESORES MINIMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASES CON ASFALTO EMULSIFICADO TRAFICO DE DISEÑO MILIMETROS TIPOS II y III* (EAL) PULGADAS 10 50 2 10 50 2 10 75 3 BASES CON ASFALTO EMULSIFICADO TRAFICO DE DISEÑO MILIMETROS TIPOS II y III* (EAL) PULGADAS 10 50 2 10 50 2 10 75 3 10 100 4 10 130 5 * Se pueden usar concreto asfáltico o mezclas con asfalto emulsificado Tipo I con un tratamiento de superficie, sobre capas de base con asfalto emulsificado Tipos II o III. * Se pueden usar concreto asfáltico o mezclas con asfalto emulsificado Tipo I con un tratamiento de superficie, sobre capas de base con asfalto emulsificado Tipos II o III.

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46 80 KN 18, 000-lb 100 KN 22,400-lb 44 KN 10,000 - lb 1 EAL 2.2 EAL.09 EAL (a)

47 151 kn 34,000 Lbs 1.10 54 kn 12,000 Lbs 0.19 ++ = Peso Bruto 356 kN 80,000 lb Factor Camion 2.39 67 kn 15,000 lbs 0.48 27 kn 6,000 lbs 0.01 += Peso Bruto 94 kn 21,000 lb Factor Camion 0.49 Figura IV-1- Factores de Equivalencia de Carga (b)

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