Diseo de Espesores de Pavimentos Mtodo AASHTO Prof

Diseño de Espesores de Pavimentos Método AASHTO Prof. Johannes Briceño

• • • Método AASHTO 1993 Método Venezolano 1984 Método Instituto del Asfalto Método AASHTO Método utilizado en la carretera experimental en Ottawa – Illinois, Estados Unidos de Norte América, cerca de la ciudad de Chicago. Este método cuenta con una ecuación original que fue modificada y adaptada posteriormente. Variables: Periodo de Duración, Periodo de Análisis, Trafico, Confiabilidad, Efectos Ambientales.

El método se fundamenta en la teoría de la elasticidad, los esfuerzos y deformaciones producidas por las cargas rodantes repetidas deben ser soportadas por el sistema multicapa y disipadas para evitar las deformaciones permanentes. La estructura del pavimento comienza a partir del terreno de fundación o sub-rasante, debe tener una protección adecuada para evitar que las deformaciones se noten en la superficie, esta protección es función del tipo de capa y del material, y se conoce como Número Estructuras (SN) y cada capa debe ser protegida por la capa o capas anteriores

Criterios: v Ecuaciones logradas Estadísticamente de forma empírica. v Se consideran las cuatro estaciones: Invierno -40 °C, Verano 40 °C. v Criterio de Servicapacidad o Servicibilidad Índice Luego de hacer Mantenimiento Po ΔPSI=Po-Pt Po=4. 2 Pt= 2 ---2. 5 Pt 20 años Vida Útil # años

v Periodo de Análisis: Estudio de Transito, es mayor que el de diseño, 30 a 40 años. v Periodo de Diseño (n): 10, 15, 20 años. v La construcción se hace por capas, lo decide el proyectista por causas económicas. v Confiabilidad: Seguridad de que el pavimento dure el periodo de años para el cual fue diseñado. Niveles de Confiabilidad (Tabla 33) Clasificación Confiabilidad (R) Urbana Rural Autopista 85 – 99. 9 80 – 99. 9 Arteriales 80 - 99 75 – 95 Colectoras 80 - 95 75 – 95 Locales 50 - 80 Con la confiabilidad (R) Tabla 37 ZR (Desviación Estándar Normal)

Estructura de Pavimento: a e. CR) B (a. B, e. B, m. B) CR ( CR, SNB SNSR a e. SB, m. SB) SB ( SB, SR (MR) SNi= Número Estructural de la capa i. Valor mínimo a cumplir, garantiza que la capa i no falle. (Adimensional). ai= Aporte estructural del material i o coeficiente de capa. ei= Espesor capa i. (plg) mi= Coeficiente de drenaje capa i, menos CR ya que es impermeable. Es función del material y la zona MR= Modulo Resilente de la SR, se relaciona con CBR.

SNSR≥ e. CR. a. CR+e. B. a. B. m. B+e. SB. a. SB. m. SB SNSB≥ e. CR. a. CR+e. B. a. B. m. B SNB≥ e. CR. a. CR SNSR≥ SNSB+ e. SB. a. SB. m. SB a e. CR) SN B (a. B, e. B, m. B) SB (a. SB, e. SB, m. SB) SNSB≥ SNB+ e. B. a. B. m. B SR (MR) CR ( CR, La CR no tiene protección, por eso no tiene SN. B SNSR

v Cómo halla ai: Abaco Fig. 15 Bases naturales. Abaco Fig. 16 Bases estabilizadas con cemento. Abaco Fig. 17 Bases estabilizadas con asfalto. Abaco Fig. 18 Sub-bases. Abaco Fig. 20 Mezclas asfálticas densas en caliente. Nota: Las sub-bases no se estabilizan. v Cómo hallar mi: Tabla 35. Condiciones de drenaje. Tabla 36. En función del drenaje y tiempo de exposición a la condición. Fig. 20 Exposición a la condición: <1%, 1 – 5%, 5 – 25%, >25%. Tabla 38 Caso Venezuela. Ejemplo: Mérida zona 11, 5 meses seco, 5 meses húmedo, 2 meses saturado.

ΔPSI= Diferencial de servicapacidad o servisibilidad. ΔPSI= Po-Pt Po= Condición inicial del pavimento, (4, 5 – 4. 2) Pt= Condición final del pavimento (2 – 2. 5) 2 para carreteras secundarias. 2. 5 carreteras principales. Nota: En la ecuación Po=4. 2 y Pt=1. 50

MR XE 3 Línea Pivote # Ejes Equivalentes 1 x. E 6 Línea Pivote So (Desviación eatandar) ZR (confiabilidad) v Abaco: ΔPSI SNi SN

Del Abaco se obtiene : SNSR, SNSB, SNB, Lo único que varía es MR en cada caso. Ejemplo: Determinar el modulo resilente de un material de subrasante ubicado en Mérida, cuyos valores de CBR se dan a continuación: CBRsaturado= 2. 5%, CBRhumedo= 10%, CBRseco=21% CBR: • Optimo: Compactado con ωopt. • Saturado: Mas desfavorable (4 dias) cuando >600 mm/año • Seco= Se lleva al horno

Ejercicio: Diseñar por el método de la AASHTO un pavimento con los siguientes datos: CBRSR=5%, CBRSB=35%, CBRB=80% CR EM= 2000 lbs (Estabilidad Marshall). CA 60 – 70 , Transito o cargas equivalentes = 6 E 7 e. e Confianza= 95%, Desviación Estándar= 0. 40, Servicio inicial=4. 5, Servicio final=2. Condiciones de drenaje buena para base y subbase, porcentaje de exposición a la saturación 5%. Solución: Llevar CBR a MR MRs. R= 1500 x 5=7500 psi MRs. B= 385. 08. CBR+8660=385. 08 x 35+8660=22138 psi MRB=321. 05. CBR+13327=321. 05 x 80+13327=39011 psi

Pf = 2. 5 --- 3 , Autopistas, troncales, vías con transito alto. Pf= 2 --- 2. 5 , Vías locales, troncales, de transito medio. Pf= 1. 8 --- 2 , Vías secundarias de transito bajo.

Aportes Estructurales: a =? Fig. 20, con EM=2000 a =0. 425 a =? Fig. 15, con CBR a =0. 13 a =? Fig. 18, con CBR a =0. 115 CR CR B B SB SB Ecuaciones: SNB≥ e. CR. a. CR =3. 50 ------(1) SNSB≥ e. CR. a. CR+e. B. a. B. m. B =4. 17 SNSB≥ SNB+ e. B. a. B. m. B =4, 17 ……. (2) SNSR≥ e. CR. a. CR+e. B. a. B. m. B+e. SB. a. SB. m. SB =5. 8 SNSR≥ SNSB+ e. SB. a. SB. m. SB =5. 8 ……. (3)

Hallar Espesores: De la ecuación (1) e. CR=3. 5/a. CR =8. 24 plg. . La carpeta de rodamiento tiene valor mínimo Tabla 34. e. CRmin=4 plg ; e. CR>e. CRmin e. CR= 8. 24 plg=20. 93 cm = 21 cm e´CR= 21 cm=8. 27 cm a colocar Nota: Se usa la comilla simple (´) para significar que es un valor redondeado, una vez que un valor es modificado por redondeo y se sigue usando en su forma modificada, es decir, ya es un valor definitivo. Chequeo: del SNB SN´B= e´CR. a. CR=8. 27 x 0. 425=3. 51 ; 3. 51>3. 50 √

De la ecuación (2) SNSB=SN´B+ e. B. a. B. m. B =4, 17 e. B=(SNSB - SN´B )/(a. B. m. B )=(4. 17 - 3. 51)/(0. 13 x 1. 15)=4. 41 plg. La base tiene valor mínimo emin=6 plg ; 4. 41< e. Bmin Usar e. B=6 plg Chequeo. SN´SB=SN´B+ e´B. a. B. m. B =3. 51 + 6 x 0. 13 x 1. 15=4. 41 ; 4. 41>4. 17 √ De la ecuación (3) SNSR=SN´SB+ e. SB. a. SB. m. SB =5. 8 e. SB=(SNSR - SN´SB )/(a. SB. m. SB )=(5. 8 – 4. 41)/(0. 115 x 1. 15)=10. 5 plg. La sub-base no tiene mínimo por norma e. SB=10. 5 plg x 2. 54 = 26. 7 cm = 27 cm 10. 6 plg Nota: Para redondeos. Para calculo : Base y sub-base se lleva al inmediato superior Ejemplo: 26. 7 cm 27, 26. 01 cm 27 En campo: Se lleva de 5 en 5 cm en bases, ejemplo: 26. 5 30 cm, en sub-bases de 10 en 10 cm, ejemplo: 26. 7 30 cm, 21. 8 30 cm

Chequeo: SN´SR=SN´SB+ e´SB. a. SB. m. SB =4. 41 + 10. 6 x 0. 115 x 1. 15=5. 81 ; 5. 81>5. 8 √ 15 cm B 27 cm SB SR SNSR=5. 81 CR SNSB=4. 41 21 cm SNB=3. 51 Solución:

Ejercicio: Rediseñar el pavimento anterior colocando una sub-base de 15 cm. Encontrar el factor de equivalencia entre sub-base y base, y entre sub-base y carpeta de rodamiento. Solución: Nota. Como se redujo el espesor de la SB, se produce un faltante en el número estructuras ΔSN, este faltante lo absorbe la base o la carpeta de rodamiento. ΔSN 21 cm CR 15 cm B 15 cm SB SR

SNSR= e. CR. a. CR + e. B. a. B. m. B + e. SB. a. SB. m. SB =5. 8 15 cm 21 cm Se deja como incógnita Ya que se está colocando que la base absorbe el ΔSN SNSR= SN´B + 3. 51 + e. B. a. B. m. B + e. SB. a. SB. m. SB =5. 8 e. Bx 0. 13 x 1. 15 + (15/2. 54)x 0. 115. 1. 15 =5. 8 e. B=10. 09 plg. La base tiene valor mínimo emin=6 plg ; 10. 09> e. Bmin √ e´B=10. 09 x 2. 54 = 25. 6 26 cm

21 cm CR 15 cm B 26 cm B 27 cm SB 15 cm SB SR ORIGINAL SR EQUIVALENTE Factor de Equivalencia: Sub-Base = 27 -15 = 12 cm Base= 26 -15 = 11 cm 12 cm SB --------- 11 cm B 1 cm ------------- X= 0. 92 12 cm SB --------- 21 cm CR 1 cm ------------- X= 1. 75

Ejercicio: Partiendo de los datos del primer ejercicio. Diseñar un pavimento usando una base estabilizada con cemento cuya resistencia a la compresión simple a los 7 días es de 600 lbs/pul². SB, CBR=35%, MR=22138, m=1. 15, a. SB= 0. 115 SR, CBR=5%, MR=7500 PSI SNSR=5. 8 B (Estabilizada, Rcc=6 psi SNSB=4. 17 CR, EM=2000 lbs, a. CR= 0. 425 SNB=? Solución:

Para hallar el SNB no podemos usar la ecuación Log W 18 =? , ya que depende del MRB y el MRB depende del CBRB. El CBR solo se hace en suelos naturales, no en suelos estabilizados o cualquier otro que modifique las condiciones químicas del suelo. SNSB= e. CR. a. CR + e. B. a. B. m. B No se usa coeficiente de drenaje ya que la base estabilizada se considera impermeable e e Se puede fijar un valor mínimo para CR y se despeja B o viceversa. El criterio de escogencia va a depender de la economía. Probar tomando el espesor de la base como mínimo y se calcula el espesor de la carpeta de rodamiento o viceversa. Se hacen dos diseños y se escoge el mas económico.

e. Bmin= 6 plg. SNSB= a. B e. CR. a. CR+ e. B. a. B = 0, 185 (Fig. 16) e. CR=(SNSB – e. B. a. B)/a. CR=(4. 17 – 6 x 0. 185)/0. 425=7. 20 Chequeo espesor minimo e. CRmin = 4 plg. (Tabla 34) 7. 20 x 2. 54 = 18. 29 = 18. 5 cm 7. 28 plg Chequeo: SN´SB=7. 28 x 0. 425 + 6 x 0. 185=4. 20 ; 4. 20>4. 17 √ plg.

SN´SR= SN´SB + e. SB. a. SB. m. SB =4. 20 e. SB=(5. 8 – 4. 20)/(0. 115 X 1. 15)=12. 1 e´SB= 12. 1 x 2. 54=30. 73 31 cm 18. 5 cm CR 15 cm B 31 cm SB SR plg.

Ejercicio: Diseñar un pavimento con los siguientes datos: CBRSR=1%, CBRSB=40%, CBRB=100% N´t=8 E 7 e. e, Confianza= 90%, Desviación Estándar= 0. 45, ΔPSI=3. Condiciones de drenaje: Base: Aceptable con % Saturación >25% Sub-Base: Pobre con % Saturación > 25% a) Diseñar el pavimento por el método AASHTO. b) Diseñar partiendo del original pero considerando el 50% del espesor de la Sub-Base.