Características Estructurales del Pavimento: Pavimentos Flexibles(VERSIÓN 1986)


a) Drenaje; A pesar de Ja importancia que se concede al drenaje en el diseño de carreteras, los métodos corrientes de dimensionamiento de pavimentos incluyen con frecuencia capas de base de baja permeabilidad y consecuentemente de difícil drenaje. El método deja en libertad al Ingeniero de Diseño para identificar cual nivel o calidad de drenaje se logra bajo una serie específica de condiciones de drenaje.

Se dan a continuación las definiciones generales correspondientes, para diferentes niveles de drenaje de la estructura del pavimento.


El tratamiento para el nivel esperado de drenaje de un pavimento flexible se logra a través del empleo de coeficientes de capas modificadas: esto es, se podrá usar un coeficiente de capa efectivo más alto para mejorar las condiciones de drenaje. El factor de modificación del coeficiente de capa se denornina mi y ha sido integrado dentro de la ecuación del número estructural (SN) a partir del coeficiente de capa (ai) y el espesor (di).

La Tabla 5.45 muestra los valores que recomienda la AASHTO para mi de acuerdo con la calidad del drenaje y el tiempo en el año durante el cual se espera que el pavimento esté normalmente expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturación. Los factores que muestra dicha tabla son aplicables solamente a capas granulares. 


Propiedades de los Materiales: Pavimentos Flexibles(VERSIÓN 1986)

a) Módulo resiliente de la subrasante: La base para la caracterización de los materiales de subrasante en este método, es el módulo resiliente o elástico. Este módulo se determina con un equipo especial que no es de fácil adquisición y por tal motivo se han establecido correlaciones para determinarlo a partir de otros ensayos. Heukelom y Klomp, han encontrado una relación entre el Mr medido en el campo y el CBR cte laboratorio para la misma densidad.

Mr(psi) = 1500 CBR

Expresión que se considera razonablemente aproximada para suelos finos con un CBR sumergido no mayor de 10.

Para la utilización del método en Venezuela, por ejemplo, se ha considerado la utilización de las siguientes ecuaciones de correlación:

Para suelos finos:

Mr
= 1500 x CBR; para CBR < 7.2%
Mr
= 3000 x CBR; 065 para CBR de 7.2 a
20%

La primera ecuación es la sugerida en la guía AASHTO, mientras que la segunda fue desarrollada en Sudáfrica.
Para suelos granulares, la siguiente ecuación desarrollada con base en la propia guía ofrece una buena correlación:

Mr 4326 x In CBR + 241

Por otra parte, la guía establece un nuevo procedimiento para determinar el valor soporte efectivo de la subrasante, en función de las variaciones climáticas. De acuerdo con el valor Mr estacional se determina un valor de daño relativo (uf) que permite extrapolar y ponderar las características de los suelos a las condiciones climáticas particulares de cada proyecto.

Como se indicó, el método requiere determinar el valor Mr en las distintas condiciones en que el suelo se encuentre durante el año (saturado, húmedo y seco) trabajos realizados en Venezuela sugieren el siguiente procedimiento para suelos finos: determinar el CBR
- húmedo y CBR - saturado con una misma probeta de ensayo, y estimar el CBR - seco mejorando en 1.6 veces el CBR - húmedo. Luego se completa el procedimiento con las ecuaciones de correlación indicadas.

b) Características de los materiales del pavimento: la caracterización de las diversas capas del pavimento se efectúa a través de sus módulos de elasticidad, obtenidos por ensayos normalizados de laboratorio.

El método no presenta requisitos específicos respecto de la calidad de los materiales de subbase, resultando aceptable cualquier material convencional. El uso de la subbase en este método requiere del empleo de un coeficiente de capa (a3) para convertir su espesor en un número estructural (SN), que es el indicativo del espesor total requerido de pavimento.

En relación con la base, esta podrá ser granular o estabilizada y los requisitos de calidad deben ser superiores a los de subbase. El material estará representado por un coeficiente (a2) que permite convertir su espesor real a su número estructural.

Respecto a la capa de rodadura, consistirá en una mezcla de agregados pétreos y un producto bituminoso.

La mezcla se deberá diseñar y construir de modo que no solo preste una función estructural, sino que además, resista la fuerza abrasiva del tránsito, proporcione una superficie antideslizante y uniforme y prevenga la penetración del agua superficial.

c) Coeficiente de capas: el método asigna a cada capa del pavimento un coeficiente (Di), los cuales son requeridos para el diseño estructural normal de los pavimentos flexibles. Estos coeficientes permiten convertir los espesores reales a números estructurales (SN), siendo cada coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para funcionar como parte de la estructura del pavimento. El método presenta cinco categorías de estos coeficientes, de acuerdo con el tipo y función de la capa considerada: concreto asfáltico, base granular, subbase granular, base tratada con cemento y base asfáltica.

• concreto asfáltico: la Figura 5.28 proporciona un gráfico que puede emplearse para estimar el coeficiente (a1) de la capa estructural de una rodadura de concreto asfáltico de gradación densa, con base en su módulo elástico (resiliente) a 20°C (68°F).
• Bases granulares: La Figura 5.29 muestra un gráfico que puede emplearse para estimar el coeficiente estructural a2, a partir de uno de cuatro resultados de ensayos diferentes de laboratorio sobre un material granular de base, incluyendo el módulo resiliente de la base.
• Bases estabilizadas: La Figura 5.30 muestra el gráfico que puede ser empleado para hallar el coeficiente a2 de una base de suelo cemento, a partir de su módulo elástico o de su resistencia a compresión a 7 días y la Figura 5.31 presenta el ábaco para hallar el coeficiente correspondiente a las bases asfálticas, en (unción de su módulo o su estabilidad MarshalL
• Subbases granulares: En la Figura 5.32 es posible determinar el coeficiente (a3) para una subbase granular en función de los mismos ensayos considerados para las bases granulares. 




 Figura 5.28 Grafica para hallar a1 en función del modulo resilente del concreto asfáltico.




Figura 5.29 Variación de coeficiente a2 con diferentes parámetros de resistencia de la base granular.




Figura 5.30 Variación de a2 en bases tratadas con cemento para diferentes parámetros de resistencia.





Figura 5.31 Variación de a2 en bases tratadas con asfalto para diferentes parámetros de resistencia.




Figura 5.32 Variación del Coeficiente a3 con diferentes parámetros de resistencia de la subbase.


Criterios de Comportamiento: Diseño de Pavimentos Flexibles(VERSIÓN 1986)

a) Serviciabilidad: La serviciabilidad de un pavimento se define como Ja idoneidad que tiene el mismo para servir a la clase de tránsito que lo va a utilizar, la mejor forma de evaluarla es a través del índice de servicio presente (PSI), el cual varía de O (carretera imposible) hasta 5 (carretera perfecta). La filosofía básica del diseño es el concepto del comportamiento y capacidad de servicio, el cual proporciona un medio para diseñar un pavimento con base en un volumen específico de tránsito total, y con un nivel mínimo de serviciabilidad deseado, al final del período de diseño.

La escogencia de un índice más bajo que puede tolerarse antes de que sea necesario un refuerzo o una rehabilitación, la AASHTO sugiere un valor de 2.5 para las autopistas y vías principales y 2.0 para las demás carreteras.

Teniendo en cuenta que la serviciabilidad final de un pavimento (Pt) depende del tránsito y del índice de servicio inicial (P0), es necesario hacer una determinación de este último.

En el ensayo AASHTO, se obtuvo un valor de 4.2 para los pavimentos flexibies, pero cada entidad podrá elegir un valor apropiado para sus condiciones y características constructivas.

Una vez establecido F0 y Pt, se aplica la siguiente ecuación para definir el cambio total en el índice de servicio:

Variables para el Diseño: Pavimentos Flexibles(VERSIÓN 1986)

a) Restricciones de tiempo: En este aparte se incluye la escogencia de los datos de entrada para los períodos de análisis (período de diseño — periodo de análisis) que afectarán o restringirán el diseño del pavimento desde el punto de vista del tiempo. Es decir, permiten seleccionar diversas estrategias de diseño, desde estructuras construidas para que duren todo el período de análisis hasta construcción por etapas con una estructura inicial y colocación de sobrecapas programadas.

Período de diseño: Es el tiempo que dura una estructura inicial de pavimento antes de que requiera rehabilitación. También se refiere al lapso entre dos rehabilitaciones sucesivas.

Período de análisis: Se refiere al período para el cual se va a adelantar el análisis, es decir, el transcurso de tiempo que cualquier estrategia de diseño debe cubrir. El periodo de análisis es análogo al término “período de diseño’.

b) El tránsito: El método de diseño se basa en el número de ejes equivalentes de 18 Kips en el carril de diseño (W) valor que es conocido en nuestros métodos de diseño como N.

c) Confiabilidad: Se entiende por confiabilidad de un proceso diseño comportamiento de un pavimento a la probabilidad de que una sección diseñada usando dicho proceso, se comportará satisfactoriamente bajo las condiciones de tránsito y ambientales durante el periodo de diseño.

La confiabilidad pretende incorporar algún grado de certidumbre al procedimiento de diseño, para asegurar que las diferentes alternativas de éste se mantengan para el período de análisis. El factor de confiabilidad de diseño tiene en cuenta variaciones al azar tanto en la predicción del tránsito como en la predicción del comportamiento y por lo tanto proporciona un nivel predeterminado de confianza (R) en que los tramos del pavimento sobrevivirán al período para el cual fueron diseñados.

En general, a medida que crece el volumen del tránsito, la dificultad de que presente tránsito divergente y la expectativa pública de disponibilidad, aumentan el riesgo de no cumplir con dichas expectativas, debe ser minimizado.

Esto se logra escogiendo niveles mayores de confiabilidad. La Tabla 5.44 presenta niveles de confiabilidad recomendables, para clasificaciones funcionales diferentes. Obsérvese que los niveles mas elevados corresponden a las vías que reciben el mayor uso, mientras que los de nivel más bajo, el 50% corresponden a las carreteras locales.

Los valores de S0 desarrollados en el AASHTO ROAD TEST no incluyeron error por el tránsito. Sin embargo, el error en la predicción del comportamiento desarrollado en el tramo de ensayo fue de 0.35 para los pavimentos flexibles, lo cual corresponde a una desviación estándar total de 045.


d) Efectos ambientales: la actual guía de diseño de la AASHTO tiene en cuenta los efectos que sobre el comportamiento de un pavimento tienen los factores ambientales. Los cambios de temperatura y humedad, por  ejemplo, pueden tener efecto sobre la resistencia, (a durabilidad y la capacidad de resistir cargas de Los materiales, del pavimento y de la subrasante. Otro impacto ambiental importante, es el efecto directo que la expansión de la subrasante, puede tener sobre la pérdida de la calidad de Ja rodadura y la serviciabilidad.

MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES (VERSIÓN 1986)


A partir de los resultados del AASHTO ROAD TEST, el comité de diseño de la AASHTO produjo en 1972 la “Guía provisional AASHTO para el diseño de pavimentos rígidos y flexibles”, la cual se basó, además, en los procedimientos de diseño existentes.

Después de haber sido utilizado por algunos años, éste fue ajustado dando origen a la versión de 1986, a la cual se incorporó nuevas consideraciones entre las que cabe mencionar la confiabilidad del diseño, los módulos de elasticidad de la subrasante y las capas del pavimento, los factores ambientales de temperatura y humedad, el drenaje, aspectos económicos, procedimientos de diseño para construcción por etapas y el conocimiento de los diseños de tipo empírico.

Método de Diseño de Espesores de Pavimento Flexible para Carreteras según el Instituto del Asfalto.


Este método de diseño permite el empleo de asfalto sólido o emulsiones asfálticas, en la totalidad o en parte de la estructura del pavimento, e incluye varias combinaciones de capa cte rodadura y bases de concreto asfáltico; de capa de rodadura y bases con emulsiones asfálticas, así como capas de rodadura asfálticas con base y subbase granulares.

EL método considera al pavimento corno un sistema elástico de varias capas y para su análisis se emplean conceptos teóricos y experimentales, así como datos de ensayos y un programa de computador, sin embargo, con el objeto de simplificar el método el Instituto del Asfalto, después cte varias corridas de su programa, obtuvo una serie de gráficas que permiten la aplicación del método en forma rápida y sencilla.

Los espesores y características de las diversas capas de la estructura, se determinan de tal forma que se cumplan dos condiciones básicas: que las deformaciones por tracción producidas en la fibra inferior de las capas asfálticas y las deformaciones verticales por compresión en la parte superior de la subrasante no superen los valores admisibles.

Listado General de Materiales para Pavimentos y Convenciones: Diseño de Pavimentos con Medios y Altos Volúmenes de Transito.


La selección de materiales para diseño de pavimentos está basada en una combinación de factores como calidad, disponibilidad, economía y experiencia previa de uso. Estos factores necesitan ser evaluados durante el diseño, en orden a seleccionar los materiales que mejor se adapten a las condiciones del  proyecto.

El procedimiento de diseño generalmente tiene en cuenta las características de los materiales definidos en las especificaciones generales de construcción de carreteras del I.N.V. La clasificación de los materiales está dada en la Tabla 5.22. Se han establecido símbolo, código, descripción y especificaciones abreviadas; los códigos listados se usan extensivamente en el catálogo de diseño y en las normas de ensayo de I.N.V. Las especificaciones que aparecen abreviadas podrán consultarse en detalle en la Tabla 5.22. 



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