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Diseo y gestin de Pavimentos
Profesor:
Ing. Luis A. Moreno Ponce, Mg.
UNIVERSIDAD ESTATAL DEL SUR DE MANABMaestra en Construccin de Obras Viales
ECUADOR
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Contenido del curso Evaluacin de los factores de diseo
Diseo de pavimentos flexibles Mtodo de la AASTHO Mtodo del Instituto del Asfalto Mtodo analtico (ALIZE, ICAFIR)
Diseo de pavimentos rgidos Mtodo de la PCA Mtodo de la AASTHO
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Generalidades sobre el diseo y
construccin de pavimentos Definiciones fundamentales.
Tipos de pavimentos.
Factores de diseo. Caractersticas funcionales y estructurales.
Principios de diseo.
Mtodos de diseo de pavimentos.
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Definiciones fundamentales
Pavimento
Estructura, formada por un sistema estratificado de capas,capaz de transmitiren profundidad los esfuerzos en la
superficie provocados por las cargas del trnsito, de tal formaque:
No se superen los esfuerzos y deformaciones admisibles delas capas y del suelo de subrasante.
No se produzcan deformaciones permanentes excesivas, bajocualquier condicin climtica.
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Pavimento definicin del usuario)
Es una superficie uniforme y firme, sobre la que se puedeconducir el trnsito mixto con confort y seguridad bajocualquier condicin climtica, durante un tiempo
prolongado.
Confort : regularidad superficialSeguridad: coeficiente de friccin, texturaResistencia: mdulo de deformacin
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Estructura del pavimento
Conjunto de capas que conforman el pavimento, dispuestas enorden creciente de calidad hacia la superficie, denominadassubbase, base y superficie.
Carril de diseo
Es el carril por donde circula la mayor cantidad de vehculospesados, utilizado para el diseo de la estructura del pavimento.
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Resistencia de clculo para la subrasante
Es el valor de resistencia de diseo adoptado para lasubrasante, que se obtiene con la humedad ms
desfavorable a partir de los resultados del ensayo dedensidad-resistencia.
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SubrasanteNivel de interfase pavimento-explanacin, que puede sernatural o compactada. Es el suelo portante inmediatamentedebajo del pavimento que le sirve de cimentacin y que puede
influir por su resistencia, en el comportamiento del pavimento.
Temperatura de clculoEs la temperatura del pavimento, representativa de losmximos valores esperados durante el periodo de clculo,
para una probabilidad del 95%.
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Trfico de diseoNmero de ejes equivalentes a la carga de clculo, que seprev para el carril de diseo, durante el perodo dediseo.
Razn de crecimiento del trnsito (r)Representa el incremento anual de trnsito, expresadoen por ciento, tomando como base el trnsito del aoanterior.
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Vehculo ligeroEs todo medio de transporte de carga o pasajeros, que por lamagnitud de la carga por rueda que aplica sobre la superficieno tiene influencia apreciable en el clculo del pavimento(autos, jeep, paneles).
Vehculo pesadoMedio de transporte de carga o pasajeros, que por lamagnitud de la carga por rueda que aplica sobre la superficie,se tiene en cuenta en el clculo del pavimento.
mnibus, camiones de 4 ruedas o ms, cuas tractorascon semiremolques y los remolques, con neumticos decamin y una masa total 40kN
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Carga de clculo (PC)Carga esttica, provocada por un eje simple sobre ruedasduales, utilizada en el clculo estructural para determinar elnmero de ejes de diseo. Las cargas por eje de diferentestipos y magnitudes sern reducidos a este valor.
Carga caracterstica (Pcarac)
Carga por eje simple, sobre ruedas duales, que representa lasmayores cargas por eje que circulan por una va, para un nivelde probabilidad del 95%.
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Factor camin-eje (fCE)
Representa el nmero de aplicaciones deejes simples equivalentes a la carga declculo, como promedio por cada vehculopesado en el flujo.
Factor de equivalencia de cargas (Fe)
Factor para llevar las repeticiones de una
carga cualquiera a repeticiones de la cargade clculo.
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Perodo de clculopoca del ao mas desfavorable para el trabajo de lospavimentos flexibles, donde ocurren las mayores
precipitaciones y las temperaturas son ms elevadas, sealcanzan las mayores humedades de los suelos ytemperaturas en la superficie del pavimento.
Perodo de diseo (n)
Periodo de tiempo, para el cual se disea la estructura.Tiempo comprendido entre la terminacin de lapavimentacin y el momento en que la va requerir unrefuerzo debido al agotamiento de su capacidad estructural.
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Porcentaje de vehculos pesados en el carril dediseo (PVP)Proporcin de vehculos pesados que circularn por el carrilde diseo, respecto al total de vehculos pesados que
circularn en el sentido del carril de diseo, expresado en %.
Promedio Anual del Volumen Diario de Transito(PAVDT)Es el nmero de vehculos que circulan por da en unaseccin de la va como promedio anual.
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Ecuacin de comportamientoEs una expresin matemtica que relacionaun ndice de calidad exigido en el pavimento
con el nmero de ejes de clculo quecircularn durante un cierto perodo detiempo.
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Tipos de pavimentos
Pavimentos flexibles:Formados por una serie de capas de
material granular sobre los que se colocauna superficie de carpeta asfltica. Lasdeformaciones tienen magnitud mayorque en los rgidos, que se recuperan en
su mayor parte al cesar la aplicacin dela carga.
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Pavimentos semirrgidos:Tienen rigidez alguna capa del pavimento
flexible mediante tratamientos talescomo las estabilizaciones, generalmente,bases estabilizadas con cemento.
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Pavimentos rgidos:
Formados por una superficie de hormign, sobre unacapa de base granular o directamente sobre lasubrasante, posee una gran rigidez, por lo quedistribuyen las cargas verticales sobre un rea grandey con presiones muy reducidas.
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Tipos de pavimentos
CARGA
Grandesdeformaciones
Carpeta asfltica
Base granular
Subbase
Grandes tensionesen la subrasante
PAVIMENTO FLEXIBLE
CARGA
Pequeasdeformaciones
Losa dehormign
Subbase
PAVIMENTO RGIDO
Pequeas tensionesen la subrasante
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Caractersticas funcionales yestructurales
Caractersticas superficiales:
Resistencia al deslizamiento (seguridad)
Regularidad superficial (comodidad).
Ruido de la rodadura. Propiedades de reflexin luminosa.
Desage superficial.
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Caractersticas estructurales:
Estn relacionadas con las caractersticas resistentes de losmateriales de las capas del pavimento y con sus espesores.
El empleo de modelos de clculo para evaluar los efectosde las cargas del trfico (tensiones, deformaciones) y losvalores crticos y su uso en los modelos de deterioros (leyesde fatiga) sirve para estimar el nmero de aplicaciones de
carga que puede soportar cada capa y por tanto, la delpavimento.
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Capas que componen un pavimento
Superficie
Parte superior del pavimento que resiste laaccin directa de los agentes atmosfricos y
las solicitaciones del trfico,transmitindolas al resto de las capas.
Absorbe los esfuerzos horizontales y partede los verticales. Responsable de lascaractersticas superficiales del pavimento,ofreciendo rodadura cmoda y segura.
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Base
Tiene funcin eminentemente resistente,constituyendo el principal elemento portante de la
estructura.
Absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales ysu rigidez o su resistencia a la deformacin bajo las
solicitaciones repetidas del trfico, suelencorresponder a la intensidad del trfico pesado.
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Subbase
Proporciona una transicin necesaria y un cimientouniforme a la base, constituyendo una plataforma de
trabajo adecuada para su puesta en obra y posteriorcompactacin.
El uso de una subbase de material de ms baja
calidad, puede resultar adecuado, cuya decisindepende de consideraciones de calidad y del costodel material del pavimento.
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Factores de diseo (flexible o rgido)
Condiciones naturales. Clima y condicioneshidrogeolgicas.
El trnsito (carga total, presin de contacto,
configuracin de los juegos de ruedas y forma deaplicacin de las cargas).
La resistencia de la subrasante.
Caractersticas de los materiales que componenla estructura.
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Proceso de dimensionamiento
VARIABLES DE DISEO:
o TRANSITO
o SUBRASANTE
o MATERIALES
o AMBIENTALES
RESTRICCIONES:
o FONDOS DISPONIBLES
o PERIODO DE ANALISIS
o ESPESORES
MODELO
MATEMATICO
GENERAR
ESTRUCTURAS POSIBLES
ANALISIS ECONOMICO DE CADAESTRUCTURA FACTIBLE
SELECCIN DE LA
MEJOR VARIANTE
DETERMINAR EL PERIODO DE SERVICIO
DE CADA ESTRUCTURA
GENERAR VARIANTES DE ESTRATEGIAS
EN CADA ESTRUCTURA
HISTORIA DEL
PAVIMENTO
PREDICCION,BASE PARA LAGESTION
MODELO: EMPIRICO O TEORICO
o MATERIALES DISPONIBLES.
o COSTO INICIAL.o DURACION DE ESTRUCTURA INICIAL
o COSTO INICIALo COSTO DE CONSERVACION
ESQUEMA DEL PROCESO DE DISEO DE UN PAVIMENTO DE CARRETERAS
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SIST. GESTIN PAV. SGP (PMS)
PLIEGOS
PLANOS
ESPECIFICAC.
PLAN DE CALIDAD
RECEPC. OBRA
AMBIENTALES
CARGAS - EJE
DISTRIBUCIN EJES
ESPECTRO CARGAS
N ACTUAL - N TOTAL
LLUVIA
TEMPERATURA
CONGELAMIENTO
SUELO FUNDACIN
DRENAJE REGIONAL
TRNSITO
PROPIEDADES DE CAPASMATERIALES LOCALES
MATERIALES COMERCIALES
ESTABILIZACIN
SUBRASANTE
DISEO ESTRUCTURAL
CONSTRUCCINEQUIPOS - TCNICAS
CAMBIO PROYECTO
CLIMA Y DRENAJE
AUTOCONTROL CALIDADASEGURAMIENTO CALIDAD
CONSERVACIN
DEFINICIN DE LAESTRUCTURA DELPAVIMENTO
FONDOS DISPONIBLES
VIDA DE DISEO
CRITERIOS REGIONALES
CONSTR. POR ETAPAS
COMPUTACIONALES
SHELL
AASHTO
REGIONALES O CATL.
MODEL. ESTRUCTURAL
MTODO DISEO
BACHEO
SELLADO FISURAS
MICROCONCRETOS
CAPAS DELGADAS
REHABILITACION
RECICLADO
G
E
S
T
I
N
D
E
P
A
V
I
M
E
N
T
O
S
RESPUESTAINICIAL
DEFLEXIN
RUGOSIDADTEXTURA
COEF. FRICC.
DCP
ESPESORES
ASEGURAMIENTO
DE CALIDAD)
DEFLEXIN
RUGOSIDADFISURACIN
AHUELLAM.
DEF. PERMAN.
DCP
BACHEOS
ND. ESTADO
FDFFFAFDPFRFTEFBFIE
RESTRICCIONES
PUNTUAL, MANUAL, VISUAL.
EQUIPOS DE GRAN RENDIMIENTO
MULTISENSORES
TRNSITO VOLUMET. / CARGAS
MONITOREO SISTEMTICO
CRITERIOS DE DECISIN
SEGURIDAD - EDAD
TIPO DE MANTENIMIENTO
FONDOS DISPONIBLES
PLANTEO DE ALTERNATIVAS
SISTEMA CONCEPTUAL INGENIERA DE PAVIMENTOS
EVALUAR
COMPARAR Y
OPTIMIZARCOMPORTAMIENTO
VS. CRITERIOS
DECISIN
MODELOS DEDETERIORO
IMPLEMENTAR
MEDIR
RECOGER Y PROCESAR DATOS
INTEGRAR BANCO DE DATOSMAYOR CONSERVACINREALIMENTACIN1
TRNSITO, CLIMA Y MANTEN. REALESESPECTRO DE CARGAS Y REITERACIONES
INGRESOS REALES (PEAJES) O IMP. DIRECT.
RESPUESTAFINAL
C
O
N
ST
R
U
C
C
I
N
FUNCIN DECOMPORTAMIENTO
ES
T
A
D
O
EDAD
NIV. ACEPT.
I.E.
REALIMENTACINTRNSITO / CLIMA
AUSCULTACIN DE PAVIMENTOS
SISTEMA INFORM. BSICO (SIB)
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Concepto global de dimensionamiento
de pavimentos
1. Cualquier proceso de diseo parte delconocimiento de los siguientes factoresbsicos:
Solicitaciones a las que estar sometido Caractersticas del cimiento Materiales a emplear Factores ambientales
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2. Pueden seguirse distintas metodologas para elclculo (empricas o analticas) que se diferencianen el modo de tratar los factores bsicos y como se
aplican los criterios de fallo.
3. Son procesos de comprobacin de estructuras.
4. Todo proceso debe tener una fase final de anlisiseconmico, que permita realizar una seleccin devariantes.
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Mtodos de diseo de pavimentos
Mtodos analticos, consideran losfactores bsicos de diseo (trfico,explanacin, calidad de los materiales yclima) de manera explcita, con elobjetivo de determinar tensiones,deformaciones y desplazamientos.
Mtodos empricos, consideran los factoresglobalmente, en un proceso basado en laexperiencia sobre el comportamiento de lospavimentos.
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Mtodos de diseo
MTODOS PRINCIPIOS PARA EL DISEO
EMPRICOS
o Se parte de una ecuacin de comportamientoemprica (ley de deterioro).
o Se calcula el espesor necesario para que no sedeteriore el pavimento antes del perodo de diseo,segn dicha ley.
ANALTICOS
o Anlisis tenso-deformacional.o Se determinan las tensiones en cada capa y secomparan con los esfuerzos permisibles.
o Se revisan las capas por fatiga, en capasaglomeradas.o Se revisa la deformacin en la explanacin.
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CORONA(SUBRASANTE)
NCLEO O SUELONATURAL
Proyecto de Curso
EP = Mdulo
de superficie
hS
hB
hSB Subbase
Base
Superficie
TAREA 1
Variante de pavimento flexible
Mtodo AASTHO
Revisin con Mtodo IA.
Revisin con ALIZE
Clculo del costo
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CORONA(SUBRASANTE)
NCLEO O SUELONATURAL
Proyecto de Curso
EP = Mdulode superficie
hS
hB Base
Losa deHormign
Tarea 2
Variante de pavimento rgido:
Mtodo AASTHO
Revisin con Mtodo de la PCA.
Clculo de costo