Diseño de pav flexible Puno

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA E.A.P. DE INGENIERÍA CIVIL

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DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAV. FLEXIBLE

INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo describe el procedimiento para diseñar los espesores de la estructura del

pavimento flexible usando las ecuaciones y gráficos más convenientes de los dos métodos de

AASHTO 93, INSTITUTO DEL ASFALTO, MTC Y PDC usados en clases, obteniendo así un

resultado expresado en números, los cuales al final serán comparados con los resultados

obtenidos en el Expediente Técnico del PROYECTO DE ASFALTADO DEL TRAMO MOHO

CONIMA TILALI en la región Puno el cual se desarrolló con el método de AASHTO 93.


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1.1 GENERALIDADES

EL objetivo del presente proyecto es la elaboración de la parte técnica requerida en toda

construcción de una carretera pavimentada, por lo que se realizó el cálculo estructural que permita la

ejecución de la obra a nivel de pavimento asfáltico con el propósito de elevar la categoría de la vía

para satisfacer los requerimientos de tránsito futuro generado, mejorando además los diversos

dispositivos de drenaje a lo largo de la carretera, los cuales son fundamentales en todo proyecto que

confiere la buena calidad de un pavimento.

1.2 UBICACIÓN DEL PROYECTO

LA CARRETERA HUANCANÉ – MOHO – CONIMA – TILALI (HANCCO HANCCO)”, tramo Moho –

Conima – Tilali, se localiza en Zona Noreste del Departamento de Puno.

Específicamente en la Provincia de Moho.

El tramo proyecto está localizado con un punto de partida Km 0+000 ubicado en las inmediaciones

del área urbana de la localidad de Moho salida a Conima. El BM 01 se encuentra al pie del poste de

alumbrado público lado izquierdo.

El tramo en estudio tiene una longitud de 37.540 Km. comprendiendo desde Moho – Conima – Tilali

(Hancco Hancco).

Ubicación

Departamento: Puno.

Provincia: Moho

Distrito: Moho, Conima y Tilali.

Localidad: Centros Poblados Chujucuyo, Japiasi, Cambria (Suasi), Japise, Sucuni, Mililaya,

Cucuraya, etc.

1.3. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO.


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TRAMO EN ESTUDIO MOHO – CONIMA – TILALI

1.4 ALTURA Y CLIMA

La zona del Proyecto está a una altitud promedio 3824 m.s.n.m.

El clima de la zona se caracteriza por ser de tipo frío – templado, con temperaturas inestables por

frecuentes cambios bruscos (la temperatura media anual es de 7º y la mínima de -15ºC). Presenta

dos estaciones claramente diferenciadas:

- De Abril a Septiembre, con un periodo seco, de clima frígido principalmente por las

noches, con descensos de temperaturas muy fuertes, que llegan hasta -15ºC en las

heladas; en el día es soleado y tibio, pero los vientos son intensos y provenientes del Sur,

las precipitaciones son muy esporádicas.

- De Septiembre a Abril, con fuertes precipitaciones pluviales, acentuándose entre los

meses de Diciembre a Marzo, acompañadas de tempestades, nevadas y granizadas, con

temperaturas medias de 03º y 12º. El promedio de precipitación es de 300 a 1,000 mm,

notándose una elevación de la temperatura ambiental.

1.5. METODOLOGÍA EMPLEADA

Para efectuar el cálculo estructural se utilizó fórmulas y gráficos más convenientes los que fueron

utilizados en el desarrollo de las clases del presente curso, con referencia al cálculo estructural de

pavimento flexible se refiere, En el procedimiento del cálculo se denotan 4 pasos fundamentales.

Cálculo de ESAL (MTC)

Cálculo de Módulo Resilente

Cálculo del SN ó numero estructural

Drenaje

2. PAVIMENTO FLEXIBLE:

2.1 DEFINICIÓN

Se define como pavimento al conjunto o capas de materiales seleccionados, apoyadas en toda su

superficie, diseñadas y construidas para recibir en forma directa las cargas de tránsito y transmitirlas

a las capas inferiores, distribuyéndolas con uniformidad.

De acuerdo con las teorías de esfuerzos y las medidas de campo que se realizan, los materiales con

que se construyen los pavimentos deben tener la calidad suficiente para resistir las cargas

producidas por el tránsito de vehículos.

La calidad y los espesores de las capas del pavimento están íntimamente relacionados con los

materiales de las capas inferiores y las características del tránsito. Con estos dos parámetros se

debe estructurar el pavimento, utilizando materiales disponibles en canteras seleccionadas

cercanas.


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2.2 COMPONENTES ESTRUCTURAL

Un pavimento puede estar constituido por una o varias capas, construidas sucesivamente sobre la

porción superior del terreno en corte o relleno, que ha sido nivelada, perfilada y compactada

quedando lista para soportarlo.

2.2.1 Suelo de Fundación

En términos generales es el terreno conformado por suelo, rocas o mezclas de ambos, en

corte o en relleno cuya porción superior haya sido nivelada, perfilada y compactada sirve de

soporte al pavimento.

2.2.2 Sub Rasante Es la porción Superior del suelo de fundación, que ha sido nivelada

perfilada y compactada, que servirá de apoyo a diferentes capas del Pavimento.

Una Sub-rasante puede ser calificada como buena, regular o de mala calidad según sea el

resultado obtenido de su valor relativo de soporte (CBR) obtenido en laboratorio, si este se

encuentra comprendido entre 60% y 100%, 10% y 60% ó 0% y 10% respectivamente. Si la

Sub rasante es buena, puede servir directamente de apoyo a la carpeta de rodadura; si es

mala conviene estudiar la posibilidad de reemplazarla o estabilizarla con materiales de

manera que mejore su calidad.

2.2.3 Sub Base

Es un material de préstamo que se coloca entre la sub-rasante y la base en un pavimento

flexible o entre la sub-rasante y la losa en un pavimento rígido, para cumplir la función de

capa drenante, anticontaminante y/o resistente.

Como capa drenante para facilitar la evacuación lateral de las aguas provenientes del nivel

freático, de aniegos. Como anticontaminante, para impedir el arrastre de finos de la sub-

rasante hacia la base, para impedir que las gravas y piedras de la base se introduzcan en

una sub-rasante blanda, para minimizar el efecto dañino por causa de las heladas o por

arcillas expansivas.

Cumple las siguientes funciones.

- Contrarrestar los cambios volumétricos (expansión y contracción) de la sub rasante.

- Incrementar el módulo “K” de reacción de la sub rasante.

- Proporcionar uniformidad, estabilidad y soporte uniforme para distribuir sobre la sub

rasante las cargas de tránsito recibidas de las losas.


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- Minimizar los efectos dañinos de la acción de las heladas a la sub rasante.

- Prevenir el bombeo de los suelos de granos finos en las juntas, grietas y bordes de las

losas rígidas.

2.3 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

Para el diseño de pavimentos flexibles se cuenta con una gran cantidad de métodos

alternativos de diseño, variando desde consideraciones puramente técnicas hasta métodos

basados en pruebas de escala natural. El suceso de la carretera experimental AASHTO

llevo al auge en los años 60 a los métodos empíricos, sin embargo a comienzos de los años

80 abandonaron estas técnicas tradicionales, a fin de reducir costos y mejorar el

profesionalismo y el estatus de los ingenieros de carreteras.

Para el diseño del pavimento se ha empleado el método de diseño de la Asociación

Americana de Funcionarios de Carreteras y Transportes (AASHTO), correspondiente a la

versión 1993.

2.3.1 Método AASTHO – 1993

Es uno de los métodos más utilizados y de mayor satisfacción a nivel internacional para el

diseño de pavimentos flexibles. Dado que es desarrollado en función a un método

experimental,

𝑆𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝐸𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝐸18 = 𝑇𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜 (𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝐸𝑆𝐴𝐿′𝑠)

𝑍𝑟 = 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑆𝑜 = 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟

∆𝑃𝑆𝐼 = 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑀𝑟 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑙𝑒𝑛𝑐𝑒

𝐶𝑑 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑗𝑒

𝐽 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎

𝐸𝑐 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜

𝐾 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑆𝑢𝑏 𝑅𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒

2.3.2 Cálculo de ESAL

La evaluación del tráfico se resume a la determinación del ESAL (Equivalent Single Axle Load), el

mismo que representa al número de repeticiones de carga equivalente a un eje simple de ruedas

duales de carga estándar de 18,000 lb. Para determinar adecuadamente el ESAL es necesario

contar con datos de EALF O EE ejes equivalentes, según el método a utilizar


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Concepto de Eje Equivalente

Es el efecto destructivo, dependiendo de las cargas y tipo de eje de los vehículos. Para esto se ha

definido como eje estándar a un eje simple de rueda doble de 18,000 libras (80 KN o 8.16 Ton).

Tipos de Apoyo Más Usuales en Vehículos Comerciales

- Eje sencillo: Es un eje con una o dos ruedas sencillas en sus extremos.

-

-

- Eje tándem. Es un eje con una o dos ruedas sencillas en sus extremos.

-

- Eje Tridem: Son tres ejes sencillos con ruedas dobles en los extremos.

Para el cálculo delos EE se utilizó el método establecido por EL Ministerio de Transportes y

comunicaciones MTC.

Periodo de diseño: 20 años


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2.3.3 Cálculo de Módulo de Resilente de la Sub rasante

El módulo de resistencia (MR) de la sub-rasante (SR), se determina otra vez de

ensayos en laboratorio se han establecido correlaciones del MR con el CBR de

acuerdo a la siguiente relación:

𝑀𝑟 = 17.6𝐶𝐵𝑅0.64 (𝑀𝑝𝑎) 2 < 𝐶𝐵𝑅 < 12

𝑀𝑟 = 22.1𝐶𝐵𝑅0.55 (𝑀𝑝𝑎) 12 < 𝐶𝐵𝑅 < 80

- Para determinar el Módulo Resilente general de la Sub rasante utilizamos el Método

planteado por el Instituto del Asfalto de acuerdo al Número de Ejes Equivalentes en su

periodo de diseño

VALOR PERCENTIL A NIVEL DE TRÁFICOP

Nivel del Tránsito (ESAL) Peercentil de Diseño (%)

10^4 o Menos 60

Entre 10^4 y 10^6 75

10 ^6 o más 87.5

-

EL Módulo Resilente para la Base y Sub base, lo determinamos mediante la ecuación de

AASHTO 93

2.3.4. Cálculo del SN Espesor

El numero estructural “SN” que pretendemos determinar al realizar un diseño de pavimento flexible.

El resultado del espesor se ve afectado por todas las demás variables que interviene en los cálculos.

Es importante especificar lo que se diseña, ya que a partir de espesores regulares una pequeña

variación puede significar una variación importante en la vida útil. Esta variable será importante para

diseñar los espesores de las diferentes capas del pavimento.

𝑆𝑁 = 𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3𝐷3𝑚3

𝑎𝑖: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎

𝐷𝑖: 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑖 𝑚𝑖: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑖

Donde:

𝐷1∗ ≥

𝑆𝑁1

𝑎1

𝑆𝑁1∗ = 𝑎1𝐷1

∗ ≥ 𝑆𝑁1


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𝐷1∗ ≥

𝑆𝑁1𝑆𝑁1∗

𝑎1𝑚2

𝑆𝑁1∗ + 𝑆𝑁2

∗ ≥ 𝑆𝑁2

𝐷3∗ ≥

𝑆𝑁3(𝑆𝑁1∗ + 𝑆𝑁2

∗)

𝑎2𝑚3

Tasa de Crecimiento Anual (Fca)

Dependiendo de muchos factores, como es el desarrollo económico social de la zona, la capacidad

de la vía, etc. Es normal que el tráfico vehicular vaya aumentando con el paso del tiempo hasta que

llegue a un punto tal de saturación en el que se mantiene.

Factor de Crecimiento del Tráfico.

El factor de crecimiento del tráfico es un parámetro que considera en el diseño de pavimentos, los

años de periodo de diseño más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la

vía.

Período de Diseño (Pd).

El presente trabajo considera un período de diseño de 20 años. Método AASHTO

CLASIFICACIÓN DE LA VÍA PERÍODO DE ANÁLISIS (AÑOS)

Urbana de alto volumen de tráfico 30 – 50

Rural de alto volumen de tráfico 20 – 50

Pavimentada de bajo volumen de tráfico 15 - 25

No pavimentada de bajo volumen de tráfico 10 – 20

Factor de Carriles (L).

Del total del tráfico que se estima para el diseño del pavimento deber determinarse el

correspondiente a cada sentido de circulación. Método AASHTO

N° de carriles en cada dirección

% de ESAL en el carril de diseño

1 100

2 80 100

3 60 - 80

4 50 - 75

Factor de distribución por dirección (D). Instituto del Asfalto

N° carriles (2 direccionales)

% de camiones en el carril de diseño

2 50

4 45(35 - 48)

6 o más 40(25- 48)


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Confiabilidad:

Se denomina confiabilidad (R%) a la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante

su vida útil en condiciones adecuadas para su operación. También se puede entender a la

confiabilidad como un factor de seguridad, de ahí que su uso se debe al mejor de los criterios.

NIVEL DE CONFIABILIDAD ( R)

Clasificación Funcional Nivel Recomendado por AASHTO para carreteras

Carretera Intersticial o Autopista 80 - 99.9

Red Principal o Federal 75 - 95

Red Secundaria o Estatal 75 - 95

Red Rural o local 50 -80

Desviación Estándar Normal (Zr):

Es función de los niveles seleccionados de confiabilidad

DESVIACIÓN ESTÁNDAR

NORMAL ZR

50 0

60 -0.253

70 -0.524

75 -0.674

80 -0.841

85 -1.037

90 -1.282

91 -1.34

92 -1.405

93 -1.476

94 -1.555

95 -1.645

96 -1.751

97 -1.881

98 -2.054

99 -2.327

99.9 -3.09

99.99 -3.75

Desviación Estándar (So):

AASHTO propuso los siguientes valores para seleccionar la Variabilidad o Error Estándar

Combinado So, cuyo valor recomendado es:

DESVIACIÓN ESTANDAR (So)

PAVIMENTO FELXIBLE PAVIMENTO RÍGIDO

0.40 - 0.50 0.35 - 0.45


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Serviciabilidad (PSI):

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y

camiones) que circulan en la vía. La medida primaria de la serviciabilidad es el Índice de

Serviciabilidad Presente. El procedimiento de diseño AASHTO predice el porcentaje de perdida de

serviciabilidad (� PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes.

Como el índice de serviciabilidad final de un pavimento es el valor más bajo de deterioro a que

puede llegar el mismo, se sugiere que para carreteras de primer orden (de mayor tránsito) este valor

sea de 2.5 y para vías menos importantes sea de 2.0; para el valor del índice de serviciabilidad

inicial la AASTHO llegó a un valor de 4.5 para pavimentos de concreto y 4.2 para pavimentos de

asfalto.

PERDIDAD DE SERVICIABILIDAD

El cambio de pérdida de la cantidad de servicio que la carretera proporciona al usuario, se definen el método con la siguiente

ecuación

PSI = Índice de Servicio Presente

VARPSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o terminal

Po = Índice de servicio final (4.5 para pavimento rígido y 4.2 para flexibles)

Pt = Índice de servicio termina, para el cual AASHTO maneja en su versión 1993 valores de 3.0, 2.5 y 2.0,

recomendando 2.5 ó 3.0 para caminos principales y 2.0 para secundarios

Drenaje (m).

COEFICIENTES DE DRENAJE PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES


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Para el caso los materiales a ser usados tienen una calidad regular de drenaje y está expuesto en

un 30% durante un año normal de precipitaciones.

3. DISEÑO DE PAVIMENTO:

CÁLCULO DE ESAL

TIPO DE VEHÍCULO

EJE SIMPLE DELANTER

O

EJE SIMPLE REUDAS DOBLES

POSTERIOR EE(S2) EJE TANDEM EJE TRIDEM

IDM Nro 1

Nro 2

Nro 3 EE(TA1) EE(TA2) EE(TR1) EE(TR2)

PESO PESO

PESO

PESO

PESO PESO

#1 PESO #2

PESO PESO

BUS 2 EJES B2 6.00 9.40 6

BUS 3 EJES B3 6.10 12.40 6

CAMION 2 EJES C2 2.90 4.50 25

CAMION 3 EJES (TANDEM) C3 5.50 12.5 0

CAMION 4 EJES (TRIDEM) C4 6.20 22.90 0

TRACTO 2 EJES + TANDEM T2S2 2S2 5.00 6 7.3 0

TRACTO 2 EJES + TRIDEM T2S2 2S3 5.00 7.90 14.00 0

TRACTO TANDEM + TANDEM T3S2 3S2 4.80 9.6 8.7 0

TRACTO TANDEM + TRIDEM T3S3 3S3 4.90 10.40 12.40 0

CAMION 2 EJES REMOLQUE C2-R2 2T2 5.00 5.9 5 5.2 0

CAMION TANDEM + REMOLQUE

C3-R2 3T2 4.90 4.30 4.50 10.80 0

CAMION TANDEM + REMOLQUE

C3-R3 3T3 5.70 5.4 11.9 8.6 0

EJE TANDEM

(1 Eje ruedas dobles + 1 eje ruedas simple) EE(TA1)

(2 ejes de ruedas dobles) EE(TA2)

EJE TRIDEM

2 ejes ruedas dobles + 1 eje ruedas simple) EE(TR1)

(3 ejes de ruedas dobles) EE(TR2)

REEMPLAZANDO LOS PESOS CON SUS RESPECTIVAS FÓRMULAS

EALF

0.6830 1.7269 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2.40987

0.7297 0.0000 0.0000 0.0000 0.4928 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.22246

0.0373 0.0907 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.12797


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0.4823 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.4696 0.0000 0.0000 0.0000 0.95186

0.7787 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.4978 0.0000 2.27656

0.3294 0.2866 0.0000 0.0000 0.0000 0.0546 0.0000 0.0000 0.0000 0.67066

0.3294 0.8615 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.1701 1.36097

0.2798 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.1634 0.1102 0.0000 0.0000 0.55333

0.3038 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.2250 0.0000 0.0000 0.1047 0.63352

0.3294 0.2680 0.1382 0.1617 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.89735

0.3038 0.0756 0.0907 0.0000 0.0000 0.2617 0.0000 0.0000 0.0000 0.73182

0.5563 0.1881 0.0000 0.0000 0.0000 0.3857 0.1052 0.0000 0.0000 1.23533

Factor de Crecimiento ( r) simples 1.20%

camión 2.30%

Periodo de Diseño ( y) 20

Para Simple (G)(Y) 22.4529

Camión (G)(Y) 25.0366

Factor de distribución direccional D 0.50

Factor de distribución de carril L 1.00

IMD ESALF ESAL (G)(Y) ESAL

6 2.4099 Para Simple 22.4529 59248.76

6 1.2225 Para Simple 22.4529 30055.35

25 0.1280 Para Camión 25.0366 14618.21

0 0.9519 Para Camión 25.0366 0.00

0 2.2766 Para Camión 25.0366 0.00

0 0.6707 Para Camión 25.0366 0.00

0 1.3610 Para Camión 25.0366 0.00

0 0.5533 Para Camión 25.0366 0.00

0 0.6335 Para Camión 25.0366 0.00

0 0.8974 Para Camión 25.0366 0.00

0 0.7318 Para Camión 25.0366 0.00

0 1.2353 Para Camión 25.0366 0.00

ESAL = 103922.33


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CÁLCULO DE MODULO RESILENTE

CBR

CBR Mr(Mpa) Mr(psi) N° de valores 100 Porcentaje

19

58.00 206.19 29898 1 100 7

11.5

30.00 143.49 20805 2 100 14

30

28.00 138.14 20031 3 100 21

10

23.00 123.98 17977 4 100 29

13

19.00 111.61 16184 5 100 36

8.5 Ordenamos de mayor a menor

14.00 94.35 13681 6 100 43

8.5 13.00 90.59 13135 7 100 50

28

11.50 84.02 12182 8 100 57

23

10.70 80.23 11633 9 100 64

6.5

10.00 76.83 11140 10 100 71

4.5

8.50 69.24 10039 11 100 79

58

8.50 69.24 10039 11 100 79

14

6.50 58.31 8456 13 100 93

10.7

4.50 46.09 6682 14 100 100

SELECCIÓN DEL MODULO DE RESILENCI DE DISEÑO DE LA SUBRASANTE

VALOR PERCENTIL A NIVEL DE TRÁFICOP Nivel del Tránsito

(ESAL) Peercentil de Diseño (%) 10^4 o Menos 60 Entre 10^4 y 10^6 75 10 ^6 o más 87.5

ESAL (%)

EN EXP. TÉCNICO 103922.33 75

103000.00

05101520253035404550556065707580859095100

05000100001500020000250003000035000

%

MR (PSI)

GRÁFICO DE Mr y (%) OBTENIDOS


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BASE CBR 84.6666 SUB BASE CBR 67.5015

MÓDULO RESILENTE

BASE Mr 19443 psi SUB BASE Mr 18463 psi

DEL GRÁFICO

EN EXP. TEC.

SUB RASANTE Mr 10589.65 psi 11000

CÁCULO DEL SN

NIVEL DE CONFIABILIDAD ( R)

Clasificación Funcional

Nivel Recomendado

por AASHTO para carreteras

R= 90.00%

Carretera Intersticial o Autopista 80 - 99.9

DESVIACIÓN ESTANDAR NORMAL (ZR)

Red Principal o Federal 75 - 95 Red Secundaria o Estatal 75 - 95

Zr -1.282 Red Rural o local 50 -80

DESVIACIÓN ESTANDAR (So) PAVIMENTO FELXIBLE PAVIMENTO RÍGIDO

So= 0.45

0.40 - 0.50 0.35 - 0.45

PERDIDAD DE SERVICIABILIDAD El cambio de pérdida de la cantidad de servicio que la carretera

proporciona al usuario, se definen el método con la siguiente ecuación

PSI = Índice de Servicio Presente

Po 4.2

VARPSI = Diferencia entre los índices de servicio inicial u original y el final o terminal

Pt 2

Po = Índice de servicio final (4.5 para pavimento rígido y 4.2

para flexibles) VAR PSI = Po - Pt

Pt =

Índice de servicio termina, para el cual AASHTO maneja en su versión 1993 valores de 3.0, 2.5 y 2.0, recomendando 2.5 ó 3.0 para caminos principales y 2.0 para secundarios

REEMPLAZANDO VALORES

VAR PSI = 2.2


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DATOS DE ENTRADA:

INSERTAR

DATOS 1. CARACTERISTICAS DE MATERIALES

A. MODULO DE RESILIENCIA DE LA CARPETA ASFALTICA (ksi) 500.00 B. MODULO DE RESILIENCIA DE LA BASE GRANULAR (ksi) 19.44

C. MODULO DE RESILIENCIA DE LA SUB-BASE (ksi) 18.46

2. DATOS DE TRAFICO Y PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE

A. NUMERO DE EJES EQUIVALENTES TOTAL (W18) 1.04E+05 B. FACTOR DE CONFIABILIDAD (R) 90% STANDARD NORMAL DEVIATE (Zr) -1.282

OVERALL STANDARD DEVIATION (So) 0.45

C. MODULO DE RESILIENCIA DE LA SUBRASANTE (Mr, ksi) 10.59

NO TOCAR!!!

D. SERVICIABILIDAD INICIAL (po) 4.2 Gt = -0.08894108

E. SERViCIABILIDAD FINAL (pt) 2.0

F. PERIODO DE DISEÑO (Años) 20

3. DATOS PARA ESTRUCTURACION DEL REFUERZO

A. COEFICIENTES ESTRUCTURALES DE CAPA

Concreto Asfáltico Convencional (a1) 0.39 Base granular (a2) 0.09

Sub base (a3) 0.13

B. COEFICIENTES DE DRENAJE DE CAPA

Base granular (m2) 0.80

Sub base (m3) 0.80


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ESPESORES MÍNIMOS RECOMENDADOS

ESAL CARPETA ASFÁLTICA (IN) BASE GRANULAR

(IN)

< 50000 1.0 (o tratamiento superficial) 4

50001 - 150000 2.00 4

150001 - 500000 2.50 4

500001 - 2000000 3.00 6

2000001 - 7000000 3.50 6

> 7000000 4.00 6

ESAL

103922.33

ESP MIN (cm)

CARPETA ASFÁLTICA 2.794

BASE 10.16

DATOS DE SALIDA (OUTPUT DATA) :

NUMERO ESTRUCTURAL REQUERIDO TOTAL (SNREQ) 2.07

NUMERO ESTRUCTURAL CARPETA ASFALTICA (SNCA) 0.43

NUMERO ESTRUCTURAL BASE GRANULAR (SNBG) 0.76

NUMERO ESTRUCTURAL SUB BASE (SNSB) 0.88

CALCULO DEL NUMERO ESTRUCTURAL :

N18 NOMINAL N18 CALCULO SN

5.02 5.02 2.07 SNTOTAL

5.02 2.56 0.43

5.02 4.23 1.19

FIJO VARIABLE AJUSTAR

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO PROPUESTA

TEORICO PROPUESTO

ESPESOR CARPETA ASFALTICA (cm) 2.8 3.0

ESPESOR BASE GRANULAR (cm) 17.2 17.0

ESPESOR SUB BASE GRANULAR (cm) 14.2 14.0

ESPESOR TOTAL (cm) 34.0


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Alternativa 1 (La obtenida en el Expediente Técnico)

D1= 2.79 cm (Carpeta asfáltica en caliente)

D2= 19.99 cm (Base granular)

D3= 14.99 cm (Sub base granular)

Alternativa 2 (Obtenida Recomendada y Utilizada)

D1= 3 cm (Carpeta asfáltica en caliente)

D2= 17 cm (Base granular)

D3= 14 cm (Sub base granular).


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ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN

- Los coeficientes estructurales (ai) son determinados con la Guía Estructural

desarrollada en clases.

- Los coeficientes estructurales (mi) son determinados con la Guía Estructural

del AASHTO. A diferencia de los ábacos en clase.

- Cumplen con los pasos aprendidos en clases.

- Se puede ver que el obtenido en el expediente técnico tiene una diferencia

relativa los cuales son mayores espesores que los obtenidos en el trabajo por

lo que, para mejorar la inversión económica en la construcción del pavimento,

tomaríamos la ALTERNATIVA 2, por ser de menores espesores y por ende

más económica y que además cumple con los requisitos planeados en el

reglamento.


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CONCLUSIONES

Para mejorar el procedimiento e diseño y gracias a la ayuda de las

computadoras se puede resolver la formula general para diseño de

pavimentos flexibles.

Muchos de los diseños encontrados son por método AASHTO para

pavimentos flexibles y PCA para pavimentos rígidos; poco se ve la

utilización del Método del Instituto del Asfalto.

Dentro de los diseños de pavimentos flexibles, así como de los rígidos,

se puede observar la utilización de software. También la obtención de

los números estructurales son determinados de forma diferente en

ambos casos.


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RECOMENDACIONES

Hacer uso de programas y software para ayuda del diseño y este sea

más simplificado, hacer uso de programador o computador para resolver

las formulas complejas de diseño.

Se debe tener en cuenta la utilización de otros métodos, para el diseño

de pavimento flexible y rígido, no solo AASHTO y PCA.


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BIBLIOGRAFÍA

Ingeniería de Pavimentos.

Autor : Msc. Ing. José Rafael Menéndez Acurio.

Editorial : ICG.

Año : Enero del 2012.

Manual del MTC para Diseño de Pavimentos.

Autor : Ing. Jorge Coronado Iturbide.

Año : Noviembre del 2002.

Apuntes de Clase del curso Diseño Estructural de Pavimentos.

Docente : Ing. Jhony Acero Bendezú


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PAVIMENTO CON METODO ASSTHO 93

Coeficientes estructurales (Guía AASHTO, 1993)

CAPA DE PAVIMENTO APORTE

ESTRUCTURAL

Capa 1.- Capa de rodadura a1

Concreto Asfáltico tipo superior – alta estabilidad 0.170/cm

Mezcla asfáltica en frio, con asfalto emulsionado 0.100/cm

Tratamiento superficial ---

Capa 2.- Base a2

Base granular, CBR 80% compactada al 100% de la MDS 0.052/cm

Base granular, CBR 100% compactada al 100% de la MDS 0.056/cm

Base granular tratada con asfalto 0.135/cm

Base granular tratada con cemento 0.120/cm

Base granular tratada con cal 0.060 – 0.120/cm

Capa 3.- Sub base a3

Sub base granular, CBR 25% compactada al 100% de la MDS 0.039/cm





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En el presente diseño se toman:

a1=0.170/cm (para concreto asfáltico en caliente)

a2=0.052/cm (para agregados con 80% de CBR)

a3=0.043/cm (para agregados con 30% de CBR)

Espesores mínimos sugeridos

NUMERO DE ESALs CARPETA

ASFALTICA (cm)

BASE GRANULAR

(cm)

Menos de 50,000 3.0 10.0

50,000 – 150,000 5.0 10.0

150,000 – 500,000 6.5 10.0

500,000 – 2,000,000 7.5 15.0

2,000,000 – 7,000,000 9.0 15.0

Mas de 7,000,000 10.0 15.0

Fuente: Guía para la estructura de pavimentos, AASHTO, 1993

De esta manera, se tendrá como espesor mínimo de entrada el valor de

la carpeta asfáltica.

D1=5 cm (para un ESALs de 50,000)

Finalmente se calculan los demás espesores, que se resumen en el

cuadro siguiente.

Espesores de diseño

a1/cm D1

(cm) a1*D1 a2/cm

D2 (cm)

m2 a2*D2*m2 a3/cm D3

(cm) m3 a3*D3*m3 SN

0.17 5 0.85 0.052 10 0.6 0.312 0.043 45 0.6 1.161 2.323

0.17 5 0.85 0.052 15 0.6 0.468 0.043 35 0.6 0.903 2.221

0.17 5 0.85 0.052 20 0.6 0.624 0.043 30 0.6 0.774 2.248

0.17 5 0.85 0.052 25 0.6 0.78 0.043 25 0.6 0.645 2.275

Las alternativas que satisfacen al requerimiento estructural son los

achurados en amarillo, que proporcionan números estructurales totales

de 2.221 y 2.248 que son mayores al requerido de 2.2

De esta forma se resumen:


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INDICE

INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………..

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO …………………………………………………………………………..

METODO AASHTO 93 …………………………………………………………………………………………………………

CONCLUSIONES …………………………………………………………………………………………………………………

RECOMENDACIONES ………………………………………………………………………………………………………….

BIBLIOGRAFÍA ………………………………………………………………………………………………………………………

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