Transcript Diseño de Pavimentos Asfálticos en Vías de Bajo Volumen

Diseño de Pavimentos Asfálticos para
Vías de Bajo Volumen
Ing. Augusto Jugo B. (PhD)
Instituto Venezolano del Asfalto
www.inveas.org.ve
Aplicación:

Vías con menos de 2.0 millones de EE en el
periodo de diseño

Extraurbanas:
 800 vpd por sentido
 200 camiones/día por sentido

Urbanas:
 Hasta 12.000 vpd por sentido
Guía1993
Parámetros de diseño:
Confiabilidad estadística
Número estructural (SN)
(Capacidad estructural)
Repeticiones de carga
(ejes equivalentes EE)
Reducción de
serviceabilidad
Valor soporte de suelo
(subrasante- fundación)
SN = Número Estructural
Concepto de Número Estructural (SN)
Espesor
de capa i
Capa 1
Asfáltica
Capa 2
Base
Granular
Subrasante
Coeficiente
estructural
de capa i
e1
a1
e2
a2
Estructura del pavimento:
SN = e1 x a1 + e2 x a2
La subrasante debe estar
adecuadamente compactada
y conformada.
Mezcla
asfáltica
e1
Base
granular
e2
Subrasante
Pasos de Diseño: Vías de Bajo Volumen
Variables de
Diseño
Suelo de
subrasante
Tráfico
Nivel de
Confianza
Seleccionar
Número
Estructural
SN
Definir
espesores
de capas
Materiales de
Construcción
Guía de Diseño E-M

Considera un procedimiento para Vías de Bajo
Volumen:

Tráfico: 3 niveles en función del número de
vehículos pesados (buses y camiones)
50.000- 250.000 y 750.000 en 20 años.
 Diseño para 20 años


Subrasante: 5 categorías: MB-B-R-P-MP
Caracterizada por Mr (psi)
 Clasificación de suelo HRB o Unificada

Guía de Diseño E-M
Clima: 2 tipos
 Nivel de Confiabilidad: 50 y 75 %
 Materiales: CA y Base granular (PP-Integral)
 Criterios de falla

IRI 3.2 m/km
 Ahuellamiento: 15 mm
 Grietas de fatiga: 45 %

Criterios de Diseño Empleados
Comportamiento funcional del
pavimento
Pavimento BUENO
Pavimento MALO
Curva de deterioro del pavimento:
PCI
100
PSI
Po
DPSI = Po - Pf
PCIf
25
Pf
Nivel de falla funcional
n
n: Periodo de diseño en años
Años
EE
Confiabilidad Estadística
Confiabilidad Estadística: Concepto AASHTO
fx
Predicción de
comportamiento
REE
Predicción
de tráfico
Wt18
EE
Probabilidad de falla
Probabilidad que REE > Wt18
Concepto de Confiabilidad Estadística
fx
R: % 50
Wt18
REE
60
Wt18
70
Wt18
Predicción de
Comportamiento
y Tráfico
EE
Subrasante
Caracterización de suelo de subrasante:

CBR saturado


Puede estimarse en base a correlaciones, tipo de suelo.
Tiempo -en meses- de posible condición
saturada



Pluviosidad
Drenaje natural
Drenaje construido
Clasificar la subrasante
95 % de DMS
Clasificación de subrasante
Calidad de subrasante
CBRsat (%)
Muy pobre
2
Pobre
3
Regular
4
Buena
5
Muy Buena
8
MEPDG
Clasificación de subrasante
Calidad de subrasante
Clasificaciòn
HRB
Muy pobre
A-7-5 / A-7-6
Pobre
A-5 / A-6
Regular
A-2-5 / A-2-6 / A-4 / A-2-7
Buena
A-2-4 / A-3
Muy Buena
A-1-a / A-1-b
Efecto de drenaje y zona climática sobre la
subrasante.
Zona climática o
condición de drenaje de
subrasante.
Número de meses de
subrasante saturada
Seca
2
Semi-seca
4
Semi-Húmeda
6
Húmeda
8
Muy húmeda
10
Estimación de Mr:

Valor soporte ponderado del suelo de fundación.

Se emplean diversas correlaciones, especialmente con CBR.

AASHTO: Mr ~ 1500 CBR
(para CBR <7.2)
0.65
Mr ~ 3000 CBR
(para CBR ≥7.2)
 EMPDG
0.64
2002: Mr ~ 2555 CBR
Tipos de suelos: clasificación HBR
Correlación aproximada de valor
CBR para distintos suelos.
Tráfico
Niveles de Tráfico:


Se consideran 3 niveles de tráfico:
 Bajo: hasta 400.000 EE
 Medio: 400.000 a 1.400.000 EE
 Alto: 1.400.000 a 2.000.000 EE
Periodos de diseño:

8; 10 y 12 años
EE
Estimación de REE en el periodo de diseño:
REE
REE = EEo x Fcr
r
EEo
n
Tiempo (años)
Estimación de tráfico en periodo de diseño:

Determinar EEo
EEo = PDT x %cam/100 x FC x 360

Determinar REE
REE = EEo
x
Fcr
Estimación de Tráfico:
Modelo BM: El PDT es aprox. el promedio de 2 días hábiles y
uno no hábil.
No. Vehículos/día
No. Camiones/día
PE: Ju-Vi-Sa
Lun
Mar
Mie
Jue
Vie
Sab
Dom
Factores de Estimación de PDT
Lapso de
Conteo
Factor
Observaciones
Conteo de 12
hrs
0,745
Conteo de 7 am a 7 pm
Conteo de 8
hrs
0,504
Conteo de 8 am a 4 pm
7-8 am
0.087
8-9 am
0.073
La hora pico es particular para
cada vía.
12m-1 pm
0.086
4-5 pm
0.081
5-6 pm
0.081
6-7 pm
0.082
Hora Pico
Clase de
Vehículo
FC
Promedio Nacional
2002-08
2RD Autobús
0.483
2RD Liviano
0.029
2RD Pesado
2.596
O3E Autobús
1.889
O3E Camión
3.841
2S1
6.668
2S2
4.089
3S2
3.199
2R3
8.961
3R2
6.330
3S3
3.378
Promedio
Nacional ponderado
2.111
Número total
de ejes
2
3
4
5
6
Ref. Ing. G. Corredor
FACTOR DE CRECIMIENTO DE TRAFICO (Fcr)
Taza de Crecimiento Anual (%)
Periodo de
Diseño (años)
2
4
6
8
8
8.58
9.41
9.90
10.64
10
10.95
12.01
13.18
14.49
12
13.41
15.03
16.87
18.98
Materiales Considerados
Espesor
Coeficiente
estructural
Capa 1
e1
a1
Capa 2
e2
a2
Subrasante
Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural ai
Material
Capa1
(rodamiento)
Capa 2
(base)
Coeficiente
Requisitos
Concreto asfáltico (CA)
0.38-0.42
Estabilidad min. 1600 lbs
Concreto asfáltico (CA)
0.38-0.42
Estabilidad min. 1600 lbs
Base Asfáltica Caliente (BAC)
0.22-0.32
Estabilidad min. 1000 lbs
Arena Asfalto en Caliente (AAC)
0.22-0.30
Estabilidad min. 1000 lbs
Grava Asfalto en Frío (GAF)
0.18-0.30
Estabilidad min. 600 lbs
Arena Asfalto en Frío (AAF)
0.15-0.22
Estabilidad min. 400 lbs
Piedra Picada (PP)
0.14
CBR min. 80 %
Piedra Integral o grava (PI/GR)
0.12
CBR min. 50 %
Grava (GR)
0.11
CBR min. 40 %
Grava (GR)
0.10
CBR min. 30 %
Grava (GR)
0.08
CBR min. 20 %
Tablas de Diseño
Tabla 7: NUMERO ESTRUCTURAL (SN)
Tráfico Bajo (hasta 400.000 EE)
SUBRASANTE
CBRsat
(Clasificación)
2
(Muy Pobre)
3
(Pobre)
4
(Regular)
5
(Buena)
8
(Muy Buena)
Condición de Saturación/humedad
(meses saturada)
50
CONFIABILIDAD %
60
70
Número Estructural (SNT)
Seca (2)
2.61-2.73
2.61-2.83
2.81-2.94
Semi-seca (4)
2.65-2.77
2.65-2.87
2.85-2.98
Semi-húmeda (6)
2.69-2.81
2.69-2.91
2.89-3.03
Húmeda (8)
2.73-2.85
2.73-2.96
2.94-3.07
Muy húmeda (10)
2.78-2.90
2.78-3.01
2.99-3.12
Seca (2)
2.38-2.49
2.47-2.58
2.56-2.68
Semi-seca (4)
2.41-2.52
2.50-2.62
2.60-2.72
Semi-húmeda (6)
2.45-2.56
2.54-2.65
2.64-2.76
Húmeda (8)
2.49-2.60
2.58-2.70
2.68-2.80
Muy húmeda (10)
2.53-2.65
2.62-2.74
2.73-2.85
Seca (2)
2.22-2.32
2.30-2.41
2.39-2.50
Semi-seca (4)
2.25-2.36
2.34-2.45
2.43-2.54
Semi-húmeda (6)
2.29-2.39
2.37-2.48
2.47-2.58
Húmeda (8)
2.32-2.43
2.41-2.52
2.51-2.62
Muy húmeda (10)
2.37-2.48
2.45-2.57
2.55-2.67
Seca (2)
2.10-2.20
2.19-2.29
2.03-2.38
Semi-seca (4)
2.14-2.24
2.22-2.32
2.06-2.42
Semi-húmeda (6)
2.17-2.27
2.25-2.36
2.09-2.45
Húmeda (8)
2.20-2.31
2.29-2.40
2.13-2.49
Muy húmeda (10)
2.24-2.35
2.33-2.44
2.17-2.53
Seca (2)
1.88-1.97
1.98-2.04
2.03-2.13
Semi-seca (4)
1.90-2.00
1.98-2.08
2.06-2.16
Semi-húmeda (6)
1.94-2.03
2.01-2.11
2.09-2.19
Húmeda (8)
1.97-2.06
2.14-2.14
2.13-2.23
Muy húmeda (10)
2.00-2.10
2.18-2.18
2.17-2.27
Tabla 8: NUMERO ESTRUCTURAL (SN)
Tráfico Medio (400.000 a 1.400.000 EE)
SUBRASANTE
CONFIABILIDAD %
50
CBRsat
(Clasificación)
2
(Muy Pobre)
3
(Pobre)
4
(Regular)
5
(Buena)
8
(Muy Buena)
Condición de
Saturación/humedad
(meses saturada)
60
70
NUMERO ESTRUCTURAL
Total (SNT)
Seca (2)
3.04-3.27
3.14-3.38
3.26-3.51
Semi-seca (4)
3.08-3.31
3.19-3.43
3.31-3.56
Semi-húmeda (6)
3.12-3.36
3.23-3.48
3.36-3.61
Húmeda (8)
3.17-3.41
3.28-3.53
3.41-3.66
Muy húmeda (10)
3.22-3.47
3.34-3.59
3.46-3.72
Seca (2)
2.77-2.98
2.87-3.09
2.98-3.21
Semi-seca (4)
2.81-3.02
2.91-3.13
3.02-3.25
Semi-húmeda (6)
2.85-3.07
2.95-3.18
3.07-3.30
Húmeda (8)
2.89-3.12
3.00-3.23
3.11-3.35
Muy húmeda (10)
2.94-3.17
3.05-3.28
3.17-3.41
Seca (2)
2.59-2.75
2.69-2.90
2.79-3.01
Semi-seca (4)
2.63-2.83
2.72-2.94
2.83-3.05
Semi-húmeda (6)
2.67-2.87
2.77-2.98
2.87-3.09
Húmeda (8)
2.71-2.92
2.81-3.03
2.92-3.14
Muy húmeda (10)
2.76-2.97
2.86-3.08
2.97-3.19
Seca (2)
2.46-2.65
2.55-2.75
2.65-2.86
Semi-seca (4)
2.50-2.69
2.59-2.79
2.69-2.90
Semi-húmeda (6)
2.53-2.73
2.63-2.83
2.73-2.94
Húmeda (8)
2.57-2.78
2.67-2.88
2.77-2.99
Muy húmeda (10)
2.62-2.82
2.72-2.92
2.82-3.04
Seca (2)
2.20-2.38
2.29-2.47
2.38-2.57
Semi-seca (4)
2.23-2.41
2.32-2.50
2.41-2.60
Semi-húmeda (6)
2.27-2.45
2.36-2.54
2.45-2.64
Húmeda (8)
2.31-2.49
2.39-2.58
2.49-2.69
Muy húmeda (10)
2.35-2.53
2.44-2.63
2.53-2.73
Tabla 9: NUMERO ESTRUCTURAL (SN)
Tráfico Alto ( 1.400.000 a 2.000.000 EE)
SUBRASANTE
CONFIABILIDAD %
50
CBRsat
(Clasificación)
2
(Muy Pobre)
3
Condición de
Saturación/humedad
(meses saturada)
60
70
NUMERO ESTRUCTURAL
Total (SNT)
Seca (2)
3.34-3.43
3.45-3.55
3.58-3.68
Semi-seca (4)
3.38-3.48
3.50-3.60
3.63-3.73
Semi-húmeda (6)
3.43-3.52
3.55-3.65
3.68-3.78
Húmeda (8)
3.48-3.58
3.60-.70
3.74-3.84
Muy húmeda (10)
3.54-3.64
3.66-3.76
3.80-3.90
Seca (2)
3.05-3.13
3.16-3.25
3.28-3.37
Semi-seca (4)
3.09-3.18
3.20-3.29
3.32-3.41
Semi-húmeda (6)
3.13-3.22
3.25-3.34
3.37-3.46
3.18-3.27
3.30-3.39
3.42-3.52
Muy húmeda (10)
Seca (2)
3.24-3.33
3.35-3.44
3.48-3.57
2.86-2.94
2.96-3.04
3.07-3.16
Semi-seca (4)
2.90-2.98
3.00-3.08
3.12-3.20
Semi-húmeda (6)
2.94-3.02
3.04-3.13
3.16-3.25
Húmeda (8)
2.98-3.07
3.09-3.18
3.21-3.30
Muy húmeda (10)
3.03-3.12
3.14-3.23
3.26-3.35
Seca (2)
2.71-2.79
2.81-2.89
2.92-3.01
Semi-seca (4)
2.75-2.83
2.83-2.93
2.99-3.05
Semi-húmeda (6)
2.79-2.87
2.89-2.98
3.01-3.09
Húmeda (8)
2.84-2.92
2.94-3.02
3.05-3.14
Muy húmeda (10)
2.89-2.97
2.99-3.07
3.11-3.19
Seca (2)
2.43-2.50
2.53-2.60
2.63-2.70
Semi-seca (4)
2.47-2.54
2.56-2.63
2.66-2.74
Semi-húmeda (6)
2.51-2.58
2.60-2.67
2.70-2.78
Húmeda (8)
2.55-2.62
2.64-2.72
2.74-2.82
Muy húmeda (10)
2.59-2.67
2.69-2.76
2.79-2.87
(Pobre)
Húmeda (8)
4
(Regular)
5
(Buena)
8
(Muy Buena)
Determinación del espesor mínimo
emin de CA
Espesores mínimos de CA
(cm)

Determinar espesor mínimo de
CA
 Función de calidad de base
granular y nivel de tráfico
Nivel de tráfico
CBR
(base granular)
Bajo
Medio
Alto
20
10-11
13-14
14-15
30
9-10.5
12.5-13.5
13-14.5
40
8-10
12-13
12-13.5
50
8-9.5
11-12.5
12-13
80
7.5-9
10-11.5
11-12.5
Determinación de espesor de capa granular:
Espesor Coeficiente
de capa estructural
cm
de capa i
Capa 1
Asfáltica
CA
Capa 2
Base
Granular
e1
e2
a1
a2
Subrasante
Subrasante
Determinar e2
e2 = 2.5 ((SN – 0.16 x eCAmin) / a2)
Ecuación para sustituir CA por otro tipo de
mezcla asfáltica.
ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama)
CA
Otra Mezcla
Base Granular
Subrasante
Pasos de Diseño: Vías de Bajo Volumen
Variables de
Diseño
Suelo de
subrasante
Tráfico
Nivel de
Confianza
Seleccionar
Número
Estructural
SN
Definir
espesores
de capas
Materiales de
Construcción
Ejemplo de diseño
Caso: Vía extra-urbana. Tráfico Medio
Variables de Diseño:


Tráfico: 1.147.000 EE MEDIO
Subrasante: El suelo se clasifica como A-6 (12)
◦ CBR: 4.3 % REGULAR
◦ Zona climática: SEMI HUMEDA (6 meses de probabilidad de saturación)

Confiabilidad: 60 %
SN

Materiales disponibles:
◦ Grava: GR (CBR 38%) a2= 0.11
◦ Concreto Asfáltico: CA: a1= 0.40
◦ Base Asfáltica en Caliente: BAC a2 = 0.28
Ejemplo Ilustrativo:
Variables de
Diseño
Suelo de Subrasante
Tráfico
Nivel de
Confianza
Seleccionar
Número
Estructural
SN
Definir
espesores
de capas
Materiales de
Construcción
Ejemplo Ilustrativo:
Variables de
Diseño
Suelo de Subrasante
• CBR 4,3 % REGULAR
• Saturado 6 meses
Semi Húmeda
Tráfico
• 1.147.000 EE
Medio
Nivel de
Confianza
60 %
Seleccionar
Número
Estructural
Definir
espesores
de capas
2,77 – 2,98
Materiales de
Construcción
Tabla 8: NUMERO ESTRUCTURAL (SN)
Tráfico Medio (400.000 a 1.400.000 EE)
SUBRASANTE
CONFIABILIDAD %
50
CBRsat
(Clasificación)
2
(Muy Pobre)
3
(Pobre)
4
(Regular)
5
(Buena)
8
(Muy Buena)
Condición de
Saturación/humedad
(meses saturada)
60
70
NUMERO ESTRUCTURAL
Total (SNT)
Seca (2)
3.04-3.27
3.14-3.38
3.26-3.51
Semi-seca (4)
3.08-3.31
3.19-3.43
3.31-3.56
Semi-húmeda (6)
3.12-3.36
3.23-3.48
3.36-3.61
Húmeda (8)
3.17-3.41
3.28-3.53
3.41-3.66
Muy húmeda (10)
3.22-3.47
3.34-3.59
3.46-3.72
Seca (2)
2.77-2.98
2.87-3.09
2.98-3.21
Semi-seca (4)
2.81-3.02
2.91-3.13
3.02-3.25
Semi-húmeda (6)
2.85-3.07
2.95-3.18
3.07-3.30
Húmeda (8)
2.89-3.12
3.00-3.23
3.11-3.35
Muy húmeda (10)
2.94-3.17
3.05-3.28
3.17-3.41
Seca (2)
2.59-2.75
2.69-2.90
2.79-3.01
Semi-seca (4)
2.63-2.83
2.72-2.94
2.83-3.05
Semi-húmeda (6)
2.67-2.87
2.77-2.98
2.87-3.09
Húmeda (8)
2.71-2.92
2.81-3.03
2.92-3.14
Muy húmeda (10)
2.76-2.97
2.86-3.08
2.97-3.19
Seca (2)
2.46-2.65
2.55-2.75
2.65-2.86
Semi-seca (4)
2.50-2.69
2.59-2.79
2.69-2.90
Semi-húmeda (6)
2.53-2.73
2.63-2.83
2.73-2.94
Húmeda (8)
2.57-2.78
2.67-2.88
2.77-2.99
Muy húmeda (10)
2.62-2.82
2.72-2.92
2.82-3.04
Seca (2)
2.20-2.38
2.29-2.47
2.38-2.57
Semi-seca (4)
2.23-2.41
2.32-2.50
2.41-2.60
Semi-húmeda (6)
2.27-2.45
2.36-2.54
2.45-2.64
Húmeda (8)
2.31-2.49
2.39-2.58
2.49-2.69
Muy húmeda (10)
2.35-2.53
2.44-2.63
2.53-2.73
SN: 2.77-2.98
SN = 2,90
Concepto de Número Estructural (SN)
Espesor
de capa i
Capa 1
Asfáltica
Capa 2
Base
Granular
Subrasante
Coeficiente
estructural
de capa i
e1
a1
e2
a2
Estructura del pavimento:
SN = e1 x a1 + e2 x a2
La subrasante debe estar
adecuadamente
compactada y conformada.
Tabla 6: Valores referenciales de coeficiente estructural ai
Material
Capa1
(rodamiento)
Capa 2
(base)
Coeficiente
Requisitos
Concreto asfáltico (CA)
0.38-0.42
Estabilidad min. 1600 lbs
Concreto asfáltico (CA)
0.38-0.42
Estabilidad min. 1600 lbs
Base Asfáltica Caliente (BAC)
0.22-0.32
Estabilidad min. 1000 lbs
Arena Asfalto en Caliente (AAC)
0.22-0.30
Estabilidad min. 1000 lbs
Grava Asfalto en Frío (GAF)
0.18-0.30
Estabilidad min. 600 lbs
Arena Asfalto en Frío (AAF)
0.15-0.22
Estabilidad min. 400 lbs
Piedra Picada (PP)
0.14
CBR min. 80 %
Piedra Integral o grava (PI/GR)
0.12
CBR min. 50 %
Grava (GR)
0.11
CBR min. 40 %
Grava (GR)
0.10
CBR min. 30 %
Grava (GR)
0.08
CBR min. 20 %
Determinación de emin de CA:
Espesores mínimos de CA
(cm)

Determinar espesor mínimo de
CA
 Función de calidad de base
granular y nivel de tráfico
12 cm CA
Nivel de tráfico
CBR
(base granular)
Bajo
Medio
Alto
20
10-11
13-14
14-15
30
9-10.5
12.5-13.5
13-14.5
40
8-10
12-13
12-13.5
50
8-9.5
11-12.5
12-13
80
7.5-9
10-11.5
11-12.5
Determinación de espesor de capa granular:
Espesor Coeficiente
de capa estructural
cm
de capa i
Capa 1
Asfáltica
CA
Capa 2
Base
Granular
12.0
0.40
e2
0.11
Determinar e2
e2 = 2.5 ((SN – 0.16 x eCAmin) / a2)
e2 = 2.5 ((2.90 – 0.16 x 12) / 0.11)
Subrasante
Subrasante
e2 = 22.3
e2 = 22 cm
Solución 1:
Espesor
de capa
Capa 1
Asfáltica
CA
Capa 2
Base
Granular
12 cm
Concreto Asfáltico CA
22 cm
Base granular
CBR +39 %
Subrasante
Subrasante
Ecuación para sustituir CA por otro tipo de
mezcla asfáltica.
ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama)
CA
Otra Mezcla
Base Granular
Subrasante
Sustitución de CA por otro tipo de mezcla asfáltica.
ema = (eminCA – eCA ) x (0.40 / ama)
ema = (12 – 4) x
CA
12
GR
22
(0.40 / 0.28) = 11.4 cm
4
11.5
CA
BAC
22
GR
…todo ok…
María Gabriela Isler
Miss Venezuela
Miss Universo 2013
Gracias,
Por su atención.
fin…