3.4.1.
MÉTODO DE GUÍA ASSHTO 93
Este procedimiento está basado en modelos que fueron desarrollados en función de la performance del pavimento, las cargas vehiculares y resistencia de la sub rasante para el cálculo de los espesores.
El propósito del modelo es el cálculo del Numero Estructural requerido (SNr), en base al cual se Identifican y determinan un conjunto de espesores de cada capa de la estructura del pavimento, que deben ser construidas sobre la sub rasante para soportar las cargas vehiculares con aceptable serviciabilidad durante el periodo de diseño establecido en el proyecto.
Periodo de Diseño
El Periodo de Diseño a ser empleado en el presente proyecto del diseño para pavimentos flexible será hasta 20 años.
Variables
La ecuación básica para el diseño de la estructura de un pavimento flexible es la siguiente:
A partir de esta ecuación se desprenden las siguientes definiciones:
a. Wt18
Es Número Acumulado de Ejes Simples Equivalentes a 18000 Ib (80 KN) para el periodo de diseño, corresponde al Número de Repeticiones de EE de 8.2t; el cual se establece con base en la información del estudio de tráfico.
TABLA N° III – 12: NÚMERO DE REPETICIONES ACUMULADAS DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 T, EN EL CARRIL DE DISEÑO.
FUENTE: Manual de Carreteras Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
b. Módulo de Resiliencia (MR)
El Módulo de Resilencia (MR) es una medida de la rigidez del suelo de sub rasante, el cual para su cálculo, deberá determinarse mediante el ensayo de resiliencia determinado de acuerdo a las recomendaciones del AASHTO.
TABLA N° III – 13: CÁLCULO DE EJE EQUIVALENTES PARA EL DISEÑO DEL PAVIMENTO.
FUENTE: Elaboración Propia.
1772 1 365 12,539.00 85 1 365 37,636.00 545 1 365 241,311.00 14 1 365 423,286.00 714,772.00 0.5 0.5 Automovil 36.79 TIPO DE
VEHICULO IMDA DIRECCIONAL (Fd)FACTOR
FACTOR PRESION NEUMATICO (Fpi) FACTOR VEHICULO SELECCIONADO (Fvpi) FACTOR CARRIL (Fc) FACTOR DE CRECIMIENTO ACUMULADO (Fca) 1 0.001054033 36.79 36.79
CALCULO DE ESALs DE DISEÑO
0.065953856 0.065953856 4.503653709 N° DIAS DEL AÑO N rep de EE 8.2 t 0.5 1 1 1 Camioneta Combi Rural Camion C2 0.5 36.79
c. Contabilidad (%R)
El método AASHTO incorpora el criterio de la contabilidad (%R) que representa la probabilidad que una determinada estructura se comporte, durante su periodo de diseño, de acuerdo con lo previsto. Esta probabilidad está en función de la variabilidad de los factores que influyen sobre la estructura del pavimento y su comportamiento; sin embargo solicitudes diferentes a las esperadas, como por ejemplo, calidad de la construcción, condiciones climáticas extraordinarias, crecimiento excepcional del tráfico pesado mayor a lo previsto y otros factores, pueden reducir la vida útil prevista de un pavimento.
TABLA N° III – 14: VALORES RECOMENDADOS DE NIVEL DE CONFIABILIDAD PARA UNA SOLA ETAPA DE DISEÑO (10 ó 20 AÑOS) SEGÚN RANGO DE TRAFICO.
FUENTE: Manual de Carreteras Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
d. Coeficiente Estadístico de Desviación Estándar Normal (Zr)
El coeficiente estadístico de Desviación Estándar Normal (Zr) representa el valor de la Contabilidad seleccionada, para un conjunto de datos en una distribución normal.
TABLA N° III – 15: COEFICIENTE ESTADÍSTICO DE LA DESVIACION ESTÁNDAR NORMAL (Zr).
FUENTE: Manual de Carreteras Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
e. Desviación Estándar Combinada (So)
La Desviación Estándar Combinada (So), es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la predicción del tránsito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento; como por ejemplo, construcción, medio ambiente, incertidumbre del modelo. La Guía AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles, valores de So comprendidos entre 0.40 y 0.50, en el presente diseño considero recomendable el valor de
f. Serviciabilidad Inicial (Pi)
La Serviciabilidad Inicial (Pi) es la condición de una vía recientemente construida. A continuación se indican los índices de servicio inicial para los diferentes tipos de tráfico:
TABLA N° III – 16: ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD INICIAL (Pi).
FUENTE: Manual de Carreteras Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos.
g. Serviciabilidad Final o Terminal (PT)
La Serviciabilidad Terminal (Pt) es la condición de una vía que ha alcanzado la necesidad de algún tipo de rehabilitación o reconstrucción.
A continuación se indican los índices de serviciabilidad final para los diferentes tipos de tráfico.
TABLA N° III – 17: ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD FINAL (Pt).
FUENTE: Manual de Carreteras Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimentos. h. Numero Estructural Propuesto(SNR)
Los datos obtenidos y procesados se aplican a la ecuación de diseño AASHTO y se obtiene el Número Estructural, que representa el espesor total del pavimento a colocar y debe ser transformado al espesor efectivo de cada una de las capas que lo constituirán, o sea de la capa de rodadura, de base y de subbase, mediante el uso de los coeficientes estructurales, esta conversión se obtiene aplicando la siguiente ecuación:
Donde:
subbase, respectivamente
d1, d2, d3: representan los espesores (en centímetros) de las capas: superficial, base y
subbase, respectivamente
m2, m3: representan los coeficientes de drenaje para las capas de base y subbase,
respectivamente
Los valores de a1, a2, a3 O coeficientes estructurales provienen de la relación empírica entre
el Número Estructural (SN) de una estructura de pavimento y los espesores de cada capa, y que expresan la habilidad relativa de un material para poder funcionar como un componente estructural de un pavimento determinado.
En el Experimento Vial de la AASHTO se utilizaron como bases y sub-bases cuatro (4); materiales piedra picada, grava, suelo-cemento y mezcla asfáltica, y como capa de rodamiento e intermedia se emplearon mezclas asfálticas en caliente.
TABLA N° III – 18: COEFICIENTES ESTRUCTURALES.
i. Determinación de los coeficientes estructurales de los diversos materiales y/o mezclas que conforman la estructura de pavimento.
Con el valor del módulo elástico del concreto asfáltico (Mpa = 400,000) de la Tabla 7-3, se encuentra el coeficiente estructural de capa a1 haciendo uso de la figura 7-3; para el caso,
saliendo del valor de 400,000 en la figura hacia arriba a interceptar la línea de pivote y de allí horizontalmente hacia la izquierda para encontrar el valor correspondiente de a1 = 0.42.
FIGURA N° III – 05: COEFICIENTE ESTRUCTURAL A PARTIR DEL MÓDULO ELASTICO DEL CONCRETO ASFÁLTICO.
FUENTE: Guía para diseño de estructuras de pavimentos, AASHTO 1993.
Cuando no se tenga el valor del módulo de elasticidad del concreto asfáltico, el coeficiente estructural se puede calcular con base en la estabilidad Marshall, según la Figura N° III-06.
FIGURA N° III – 06: VARIACIÓN EN EL COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LA CAPA DE
CONCRETO ASFÁLTICA.
FUENTE: Guía para diseño de estructuras de pavimentos, AASHTO 1993.
Para encontrar el valor de coeficiente de capa a2 de las bases trituradas o granulares, se
usa la figura 7-5 y con el Módulo de resiliencia Mr = 30.000 o 30 (PSI) (Figura N° III-07) en la línea vertical del lado extremo derecho, horizontalmente se traza una línea hasta encontrar la línea vertical del extremo izquierdo, lo cual da un valor de a2 = 0.14
FIGURA N° III – 07: VARIACIÓN EN EL COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LA CAPA DE BASE.
Para encontrar el valor del coeficiente de capa a3 en la subbase. Se usa la figura N° III-08
y con el Módulo de resiliencia Mr = 14,000 o 14 (PSI) (Figura N° III-05) en la línea vertical del lado extremo derecho, horizontalmente se traza una línea hasta encontrar la línea vertical del extremo izquierdo, lo cual da un valor de a3 = 0.10.
FIGURA N° III – 08: VARIACIÓN EN EL COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LA CAPA DE SUB BASE.
FUENTE: Guía para diseño de estructuras de pavimentos, AASHTO 1993.
La ecuación SN de AASHTO, también requiere del coeficiente de drenaje de las capas granulares de base y sub-base. Este coeficiente tiene por finalidad tomar en cuenta la influencia del drenaje en la estructura del pavimento.
El valor del coeficiente de drenaje está dado por dos variables que son: La calidad de drenaje
Exposición a la saturación, que es el porcentaje con el tiempo tarda el agua en ser evacuada.
TABLA N° III – 19: VALORES RECOMENDADOS DEL COEFICIENTE DE DRENAJE.
FUENTE: Guía para diseño de estructuras de pavimentos, AASHTO 1993.
3.4.2.