Factores equivalentes de carga, ejes tandem, pt = 2,5

Factores equivalentes de carga, ejes simples, pt = 2,5

Factores equivalentes de carga, ejes tridem, pt = 2,0

Factores equivalentes de carga, ejes tandem, pt = 2,0

ESPESORES MÍNIMOS EN FUNCIÓN DEL SN - II

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el número estructural absorbido será:

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un módulo resiliente mayor a 40.000 psi (280 MPa). En este caso los espesores se determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relación costo-eficiencia.

ESPESORES MÍNIMOS EN FUNCIÓN DEL SN - I

En el control de los espesores D1, D2 y D3, a través del SN, se busca dar protección a las capas granulares no tratadas, de las tensiones verticales excesivas que producirían deformaciones permanentes, como se muestra en el gráfico siguiente. 

Los materiales son seleccionados para cada capa, de acuerdo a las recomendaciones del método, por tanto se conocen los módulos resilientes de cada capa. Usando el ábaco de la figura IV.2 se determinan los números estructurales requeridos para proteger cada capa no tratada, utilizando el módulo resiliente de la capa que es encuentra inmediatamente por debajo, por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se considera el MR de la capa base y así se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la carpeta asfáltica, de donde:

Para determinar el espesor mínimo de la capa base, se entra al ábaco con el MR de la subbase, para obtener el número estructural SN2 que será absorbido por la carpeta y la capa base, de donde:

DETERMINACIÓN DE ESPESORES POR CAPAS - IV

Figura IV.6. Ábaco para estimar el número estructural de la capa base estabilizada con

cemento.

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Figura IV.7. Ábaco para estimar el número estructural de la capa base estabilizada con

asfalto.

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

DETERMINACIÓN DE ESPESORES POR CAPAS - III

Ábaco para estimar el número estructural de la carpeta asfáltica “a1”. Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Figura IV.4. Ábaco para estimar el número estructural de la capa base granular “a2”.

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

DETERMINACIÓN DE ESPESORES POR CAPAS - II

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de concreto asfáltico, el método no considera una posible influencia de la calidad del drenaje, por lo que en la ecuación de diseño solo intervienen los valores de m2 y m3. En Tabla IV.8 se muestran los espesores mínimos para carpetas asfálticas y bases granulares, sugeridos en función del tránsito.

DETERMINACIÓN DE ESPESORES POR CAPAS - I

La estructura del pavimento flexible está formada por un sistema de varias capas, por lo cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus características propias. 

Una vez que el diseñador ha obtenido el Número Estructural SN para la sección estructural del pavimento, se requiere determinar una sección multicapa, que en conjunto provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al número estructural de diseño. Para este fin se utiliza la siguiente ecuación que permite obtener los espesores de la capa de rodamiento o carpeta, de la capa base y de la sub-base:

donde:

De la misma manera se deberá obtener los coeficientes estructurales de la carpeta asfáltica (a1), de la capa base (a2) y de la sub-base (a3), utilizando los valores del módulo de resiliencia correspondientes a cada una de ellas. Los coeficientes de capa a1, a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de diferentes pruebas de laboratorio: Módulo Resiliente, Texas Triaxial, Valor R y CBR, tal como se muestra en las siguientes figuras:

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO ESTRUCTURAL “SN”

El método está basado en el cálculo del Número Estructural “SN” sobre la capa subrasante o cuerpo del terraplén. Para esto se dispone de la Figura IV.2 y de la ecuación siguiente:

COEFICIENTE DE DRENAJE Cd

El valor de este coeficiente depende de dos parámetros: la capacidad del drenaje, que se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento, y el porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación, en el transcurso del año. Dicho porcentaje depende de la precipitación media anual y de las condiciones de drenaje, la AASHTO define cinco capacidades de drenaje, que se muestran en la siguiente tabla:

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de corrección m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar), los cuales están dados en la Tabla IV.7, en función del porcentaje de tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.

NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIÓN ESTÁNDAR - II

Si la construcción se va a realizar por etapas, la vida útil ha de ser menor al periodo de análisis (vida útil < periodo de análisis), en este saco se deben considerar las confiabilidades de todo el periodo de diseño, de donde resulta que:

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del diseño, éstos deberán ser corregidos por dos tipos de incertidumbre: la confiabilidad de los parámetros de entrada, y de las propias ecuaciones de diseño basadas en los tramos de prueba. Para este fin, se considera un factor de corrección que representa la desviación estándar, de manera reducida y simple, este factor evalúa los datos dispersos que configuran la curva real de comportamiento del pavimento. El rango de desviación estándar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes valores:

NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIÓN ESTÁNDAR - I

El nivel de confianza es uno de los parámetros importantes introducidos por la AASHTO al diseño de pavimentos, porque establece un criterio que está relacionado con el desempeño del pavimento frente a las solicitaciones exteriores. La confiabilidad se define como la probabilidad de que el pavimento diseñado se comporte de manera satisfactoria durante toda su vida de proyecto, bajo las solicitaciones de carga e intemperismo, o la probabilidad de que los problemas de deformación y fallas estén por debajo de los niveles permisibles. Para elegir el valor de este parámetro se considera la importancia del camino, la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el tránsito de diseño pronosticado.

La esquematización del comportamiento real del pavimento y la curva de diseño propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden. La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuación de comportamiento propuesta y a la dispersión de la información utilizada en el dimensionamiento del pavimento. Por esta razón la AASHTO adoptó un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas. De esta forma los errores se representan mediante una desviación estándar So, para compatibilizar los dos comportamientos. El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviación normal ZR, por la desviación estándar So. Los factores de desviación normal ZR se muestran en la siguiente tabla:

NÚMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESAL’s) - Ejemplo

NÚMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESAL’s)

Se calcula para el carril de diseño utilizando la siguiente ecuación:

FACTOR DE CAMIÓN

Para expresar el daño que produce el tráfico, en términos del deterioro que produce un vehículo en particular, hay que considerar la suma de los daños producidos por cada eje de ese tipo de vehículo. De este criterio nace el concepto de Factor de Camión, que se define como el número de ESAL’s por número de vehículo. Este factor puede ser calculado para cada tipo de camiones, o para todos los vehículos como un promedio de una determinada configuración de tráfico.

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una mínima influencia en el daño producido en el pavimento, por ejemplo en el ahuellamiento, la fisuración y la pérdida de serviciabilidad su participación varía de 0,13 al 2,1 %. Por esta razón el eje delantero no está incluido en los factores de equivalencia de carga, lo cual no afecta a la exactitud del cálculo.

donde:

ANÁLISIS DE TRÁFICO - III

DISTRIBUCIÓN DIRECCIONAL A menos que existan consideraciones especiales, se considera una distribución del 50% del tránsito para cada dirección. En algunos casos puede variar de 0,3 a 0,7 dependiendo de la dirección que acumula mayor porcentaje de vehículos cargados 

FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL En una carretera de dos carriles, uno en cada dirección, el carril de diseño es uno de ellos, por lo tanto el factor de distribución por carril es 100%. Para autopistas multicarriles el carril de diseño es el carril exterior y el factor de distribución depende del número de carriles en cada dirección que tenga la autopista. En la tabla siguiente se muestran los valores utilizados por la AASHTO:

para analizar el daño producido y la relación existente entre estas configuraciones y cargas a través del daño que producen. El factor equivalente de carga LEF es un valor numérico que expresa la relación entre la pérdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la producida por el eje patrón de 18 kips.

ANÁLISIS DE TRÁFICO - II

TASA DE CRECIMIENTO Representa el crecimiento promedio anual del 

TMDA. Generalmente las tasas de crecimiento son diferentes para cada tipo de vehículo. 

PROYECCIÓN DEL TRÁNSITO El tránsito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmética con un crecimiento constante o exponencial mediante incrementos anuales. 

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el gráfico se observa que la proyección aritmética supone un crecimiento más rápido en el corto plazo y se subestima el tránsito en el largo plazo. En base a las estadísticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al tránsito generado por una carretera.

FACTOR DE CRECIMIENTO Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de crecimiento anual y utilizar el promedio del tráfico al principio y al final del periodo de diseño:

ANÁLISIS DE TRÁFICO - I

Las cargas de los vehículos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor, con el fin de reducir las tensiones y deformaciones que se producen al interior de la superestructura.

El tráfico es uno de los parámetros más importantes para el diseño de pavimentos. Para obtener este dato es necesario determinar el número de repeticiones de cada tipo de eje durante el periodo de diseño, a partir de un tráfico inicial medido en el campo a través de aforos. El número y composición de los ejes se determina a partir de la siguiente información:
 Periodo de diseño.
 Distribución de ejes solicitantes en cada rango de cargas.
 Tránsito medio diario anual de todos los vehículos TMDA o TPDA.
 Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehículo.
 Sentido del tráfico.
 Número de carriles por sentido de tráfico.
 Porcentaje del tránsito sobre el carril más solicitado.
 Índice de serviciabilidad.
 Factores de equivalencia de carga.
TRÁNSITO MEDIO DIARIO ANUAL:
El TMDA representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios de tránsito aforados durante un año, en forma diferenciada para cada tipo de vehículo.
CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS:
 Automóviles y camionetas
 Buses
 Camiones de dos ejes
 Camiones de más de dos ejes
 Remolques
 Semiremolques

PÉRDIDA O DISMINUCIÓN DEL ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminución del índice de servicio, que representa una pérdida gradual de la calidad de servicio de la carretera, originada por el deterioro del pavimento. Por tanto:

ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Índice de Serviciabilidad como la condición necesaria de un pavimento para proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento. Inicialmente esta condición se cuantificó a través de la opinión de los conductores, cuyas respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1:

Antes de diseñar el pavimento se deben elegir los índices de servicio inicial y final. El índice de servicio inicial po depende del diseño y de la calidad de la construcción. En los pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO, el pavimento nuevo alcanzó un valor medio de po = 4,2. El índice de servicio final pt representa al índice más bajo capaz de ser tolerado por el pavimento, antes de que sea imprescindible su rehabilitación mediante un refuerzo o una reconstrucción. El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio del proyectista, se sugiere para carreteras de mayor tránsito un valor de pt ≥ 2,5 y para carreteras de menor tránsito pt = 2,0.

PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93 - PERIODO DE DISEÑO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseño, para el cual se determinan las características del pavimento, evaluando su comportamiento para distintas alternativas a largo plazo, con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de diseño elegido, a un costo razonable. Generalmente el periodo de diseño será mayor al de la vida útil del pavimento, porque incluye en el análisis al menos una rehabilitación o recrecimiento, por lo tanto éste será superior a 20 años. Los periodos de diseño recomendados por la AASHTO se muestran en la tabla IV.1.

PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93 - MÓDULO DE RESILIENCIA - II

Con los resultados de los daños relativos se obtiene el valor promedio anual. El módulo de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el diseño. Si no se tiene la posibilidad de obtener esta información se puede estimar el valor del MR en función del CBR. RELACIÓN C.B.R. – MÓDULO DE RESILIENCIA Con los valores del CBR se pueden obtener los módulos resilientes utilizando las relaciones siguientes:

PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93 - MÓDULO DE RESILIENCIA - I

Para el diseño de pavimentos flexibles deben utilizarse valores medios resultantes de los ensayos de laboratorio, las diferencias que se puedan presentar están consideradas en el nivel de confiabilidad R. Durante el año se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante, las cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo, para evaluar esta situación es necesario establecer los cambios que produce la humedad en el módulo resiliente. Con este fin se obtienen módulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del año, en base a los resultados se divide el año en periodos en los cuales el MR es constante. Para cada valor de MR se determina el valor del daño relativo, utilizando el ábaco de la Figura VI.1 ó la siguiente expresión:

Figura IV.1. Ábaco para la determinación del Daño Relativo

Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93

PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93

El diseño para el pavimento flexible según la AASHTO está basado en la determinación del Número Estructural “SN” que debe soportar el nivel de carga exigido por el proyecto.
A continuación se describe las variables que se consideran en el método AASHTO:

EQUIPO UTILIZADO EN LOS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

DISTRIBUIDOR DE ASFALTO 

Es un camión tanque provisto de una barra de riego, con sistema independiente de calentamiento y circulación, aislamiento térmico, control de velocidad (tacómetro). Está provisto de un dispositivo para mantener la barra de riego en altura constante durante el vaciado del tanque, de un manómetro adicional para registro de presión en la barra y pitones apropiados para la salida del asfalto. Dispone de un control electrónico para “dosificación automática”, mediante la correlación entre las velocidades de la bomba y del vehículo. 

DISTRIBUIDOR DE AGREGADOS (SPREADER) 

TIPOS PRINCIPALES 

 Acoplable a camión, montado en la parte trasera del volquete, que se mueve marcha atrás con altura de caída elevada para agregados. 

 Remolcable por el camión: Están montados sobre ruedas de goma tienen anchos de 0.5 a 4.0m son empujados por el camión que se mueve marcha atrás. Algunos tipos poseen pernos sin fin para la distribución de los agregados. 

 Autopropulsados: Son máquinas sofisticadas de alto rendimiento y buena maniobrabilidad, con altura de caída pequeña para los agregados, aseguran la aplicación preferencial de las partículas grandes. Estas máquinas remolcan al camión de abastecimiento de agregados.

COMPACTADORES

TIPOS PRINCIPALES
 Rodillo tandem metálico liso con pesos de 5 a 8 Ton.
 Rodillo neumático autopropulsado

ESCOBA MECÁNICA

Escoba rotativa reversible con cerdas metálicas, de nylon o de junco grueso. La altura de la escoba es regulable y la velocidad de rotación debe ser regulable e independiente de la velocidad del vehículo.

EQUIPO COMPLEMENTARIO

Rastrillos - Palas - Regadores manuales - Carretillas