Sesion 7-PAVIMENTOS-Parte 3-Numero Estructural - Nestor Barreto

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DISEÑO Y GESTION DE 
PAVIMENTOS 
IP-66
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
UNIDAD 4 : 
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
CONCEPTO Y CÁLCULO DEL NÚMERO 
ESTRUCTURAL (SN) REQUERIDO PARA UN 
PAVIMENTO FLEXIBLE
GENERALIDADES
LOS PROCEDIMIENTOS MÁS GENERALIZADOS, PARA EL
DIMENSIONAMIENTO DE LAS SECCIONES DEL PAVIMENTO FLEXIBLE , SON:
MÉTODO AASHTO: GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES 1993
 ANÁLISIS DE LA PERFORMANCE O COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO
DURANTE EL PERIODO DE DISEÑO.
EL DISEÑO DE LOS PAVIMENTOS SE BASA EN DOS PARÁMETROS:
 LAS CARGAS DE TRÁFICO VEHICULAR IMPUESTAS AL PAVIMENTO.
 LAS CARACTERÍSTICAS DE LA SUBRASANTE DE APOYO DEL PAVIMENTO
CRITERIO DE CARGAS 
Las cargas de tráfico vehicular impuestas al pavimento, están expresadas
en ESALs,(Equivalent Single Axle Loads 18-kip o 80-kN o 8.2 t), que en el
Perú se denomina como Ejes Equivalentes (EE)
La sumatorias de ESALs durante el periodo de diseño es referida como
(W18) o ESALD, (Número de Repeticiones de EE de 8.2 t.)
El Número de Repeticiones de EE de 8.2 t (ESALs) define la clasificación por
trafico para el diseño de pavimentos flexibles, en tres categorías:
CARACTERISTICAS DEL TRAFICO PARA DISEÑO DE 
PAVIMENTOS FLEXIBLES 
Condición Trafico en el carril de diseño durante el 
periodo de diseño
Caminos de bajo volumen 
de transito
150,001 < EE < 1’000,000
(Tabla de Clasificación Tpx)
Caminos con trafico 
intermedio a alto
1’000,001 < EE < 30’000,000
(Tabla de Clasificación Tpx)
Caminos con alto transito 30’000,000 < EE
Requiere de un Estudio Especial
CATEGORIAS DE SUBRASANTE (Manual de Pavimentos - MTC)
Categoría CBR
S0: Subrasante Inadecuada 3% > CBR
S1 : Subrasante Pobre 6% > CBR ≥ 3%
S2 : Subrasante Regular 10% > CBR ≥ 6%
S3 : Subrasante Buena 20% > CBR ≥ 10%
S4 : Subrasante Muy Buena 30% > CBR ≥ 20%
S5 : Subrasante Excelente CBR ≥ 30%
Se considerarán como materiales aptos para las capas de la subrasante suelos con CBR > = 6%.
Si CBR< 6% se procederá a la estabilización de los suelos
METODOLOGIA AASHTO 93
El parámetro de tránsito, expresado en ejes equivalentes (EE), el CBR de subrasante
correlacionado con Módulo Resiliente (Mr), se aplican para definir las secciones de la
estructuras del pavimento flexible.
La metodología consiste en aplicar el procedimiento de la Guía AASHTO 1993
(incluyendo actualizaciones), y aplicar un análisis de previsión del comportamiento del
pavimento para un periodo de diseño de 20 años de la estructura del pavimento.
El procedimiento está basado en recopilación de modelos sucesivos para establecer el
cálculo del pavimento, desarrollados en función de:
 Evaluación del perfomance del pavimento
 Las cargas vehiculares y
 Capacidad de la subrasante
CIRCUITO DE PRUEBAS AASHTO
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METODO EMPIRICO AASHTO - 93
LA LIMITACION DEL MODELO AASHTO -93, ESTA EN QUE SE TRATA DE UN
MODELO EMPIRICO BASADO EN LAS CONDICIONES DE MODELAMIENTO,
EQUIPOS, MATERIALES, CARGAS Y PRUEBAS EFECTUADAS EN LA EPOCA DE
SU FORMULACION.
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NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (SN)
El Numero Estructural representa un
valor numérico de la capacidad del
pavimento en conjunto y permite
determinar el conjunto de espesores
de capas de la estructura del
pavimento, que se requiere construir
sobre la subrasante para soportar las
cargas vehiculares con aceptable
serviciabilidad durante el periodo de
diseño establecido en el proyecto
SN = a1D1 + a2D2m2+a3D3m3
CARPETA ASFALTICA
BASE GRANULAR
SUB BASE 
D1
SUBRASANTE 
D2
D3
PERIODO DE DISEÑO
ES EL TIEMPO ESTIMADO PARA LA VIDA UTIL DEL PAVIMENTO, EN FUNCION DE:
 EFECTO ACUMULADO DE EE (ESAL, W18)
 CONDICIONES CLIMATICAS y SISTEMA DE DRENAJE
 CARACTERISTICAS DE MATERIALES DE SUBRASANTE y DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO
 CONDICIONES DE MANTENIMIENTO RUTINARIO Y PERIODICO
EN EL PERÚ, ES USUAL TOMAR COMO PARAMETRO PARA EL PERIODO DE DISEÑO DE
PAVIMENTOS FLEXIBLES: 10 AÑOS (o 20 AÑOS CON DOS ETAPAS DE 10 AÑOS A
VERIFICAR)
CADA PROYECTISTA DEBE AJUSTAR EL PERIODO DE DISEÑO SEGÚN LAS CONDICIONES
ESPECÍFICAS DEL PROYECTO
ECUACION DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
A CONTINUACION SE DEFINE CADA UNA DE LAS VARIABLES INVOLUCRADAS… 
EL OBJETIVO DEL MODELO ES ESTABLECER EL NUMERO
ESTRUCTURAL (SN) REQUERIDO PARA EL PAVIMENTO FLEXIBLE
W18 (Equivale a ESAL) 
W18, es el Número Acumulado de Ejes Simples
Equivalentes, para el periodo de diseño, corresponde
al Número de Repeticiones de EE de 8.2t
Se establece con base en la información del estudio
de tráfico
Modulo de Resiliencia (MR)
Indicador de la medida de la rigidez del suelo de subrasante
Se calcula en base al ensayos de múltiples repeticiones de carga
en laboratorios o mediante ecuaciones de correlación:
Nota.- El valor de CBR se aplica expresado en porcentaje (10%; 12%, etc) 
MODULO DE RESILIENCIA
• La guía recomienda usar el ensayo AASHTO T-274 sobre una muestra
representativa.
• La guía de diseño AASHTO, ha propuesto correlaciones para determinar el
módulo resiliente a partir de ensayos de CBR
• Expresión general en la Guía AASHTO 2002:
• Expresión general en la Guía AASHTO 2008 y Manual de Carreteras de Chile:
Para CBR < 12%
Para 12% < CBR < 80%
Confiabilidad (%R)
El criterio de la confiabilidad (%R), establecido por AAHSTO,
representa la probabilidad que una determinada estructura se
comporte de acuerdo con lo previsto, durante su periodo de
diseño.
Los factores que pueden reducir la vida útil del pavimento,
pueden ser:
 Solicitaciones o cargas diferentes a las esperadas
 Calidad de la construcción
 Condiciones climáticas extraordinarias
 El modelo de comportamiento está basado en criterios de
serviciabilidad y no en un determinado mecanismo de falla.
 La confiabilidad corresponde a la aplicación de modelos
estadísticos, para efectos de pavimentos flexibles, AASHTO
establece como valida la distribución normal
 Una confiabilidad de 90% o 95%, significa que solamente 10% o
5% del tramo pavimentado, se encontrará con un índice de
serviciabilidad inferior al previsto
PREMISAS DEL CRITERIO DE CONFIABILIDAD (%R)
Nota.- Ver Tablas 7 y 8
CRITERIO DE CONFIABILIDAD (%R)
Tabla 7
Valores recomendados de Nivel de Confiabilidad, para una sola
etapa de diseño (10 ó 20 años) según rango de Tráfico
Tabla 8
Valores recomendados de Nivel de Confiabilidad, para dos
etapas de diseño de 10 años cada una, según rango de Tráfico
La confiabilidad no es un parámetro de ingreso directo en
la Ecuación de Diseño, debe usarse la Desviación Normal
Estándar (Zr), como coeficiente de aplicación en la
ecuación de diseño.
Para un mayor nivel de confiabilidad, se deberá
incrementará el espesor de la estructura del pavimento a
diseñar, pero considerando las restricciones por
incremento de costos.
CRITERIO DE CONFIABILIDAD (%R)
Coeficiente Estadístico de Desviación Estándar Normal (Zr)
El coeficiente estadístico de Desviación Estándar Normal (Zr) representa el valor de la
confiabilidad seleccionada, para un conjunto de datos en una distribución normal.
Tabla 9
Coeficiente Estadístico de la Desviación Estándar Normal (Zr), para una sola etapa de
diseño (10 ó 20 años) y según el Nivel de Confiabilidad seleccionado y el Rango de
Tráfico
Tabla 10
Coeficiente Estadístico de la Desviación Estándar Normal (Zr), para dos etapas de diseño 
de 10 años cada una y según el Nivel de Confiabilidad seleccionado y el Rango de Tráfico
Desviación Estándar Combinada (So)
Este parámetro considera la variabilidad esperada de la predicción del
tránsito y de los otros factores que afectan el comportamiento del
pavimento:
Variabilidad de calidad durante el proceso de construcción
Variaciones por influencia del medio ambiente
Incertidumbre del modelo
La Guía AASHTO recomienda adoptar, valores de So comprendidos
entre 0.40 y 0.50, en nuestro país, para los pavimentos flexibles, es
practica usual tomar So = 0.45
Índice de Serviciabilidad Presente (PSI)
 El Índice de Serviciabilidad Presente (PSI) refleja la
comodidad de circulación ofrecida al usuario.
 Su valor varía de 0a 5.
Un valor de 5 refleja la mejor comodidad teórica (difícil
de alcanzar) y por el contrario un valor de 0 refleja la
peor condición
 El PSI decrece junto con la condición de la vía por
deterioro
Calculo de la Serviciabilidad (p)
p = 5.03 - 1.91Log10(1+Sv) - 0.01(Cf +P) - 1.38(RD)0.5
Donde: 
Sv Variación de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relación 
a la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)
Cf Suma de las áreas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y 
transversales en pies lineales, por cada 1000 pies2 de pavimento.
P Área bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento.
RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas. Mide la rugosidad 
transversal.
MEDICIONES DE SERVICIABILIDAD
MEDICION DEL AHUELLAMIENTO TRANSVERSALMEDICION DE DEFORMACIONES
SUPERFICIALES EN SENTIDO LONGITUDINAL
CON PERFILOMETRO LASER
AHUELLAMIENTO EN CARRIL 
NOTA.- Este tipo de ahuellamiento es común en los
carriles de ascenso o en el carril cargado
Calificación AASHTO del Índice de Serviciabilidad
ISP Calificación
5 - 4 Muy buena 
4 - 3 Buena
3 - 2 Regular
2 - 1 Mala 
1 - 0 Muy Mala
Fuente: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993
Serviciabilidad Inicial (Pi) y Serviciabilidad Final o Terminal (PT)
Serviciabilidad Inicial (Pi)
La Serviciabilidad Inicial (Pi) es la condición de una vía recientemente
construida. (Tabla 11)
En los pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO, el pavimento nuevo
alcanzó un valor medio de pi = 4,2.
Serviciabilidad Final o Terminal (PT)
La Serviciabilidad Terminal (PT) es la condición de una vía que
requiere algún tipo de rehabilitación o reconstrucción. (Tabla 12)
Variación de Serviciabilidad (Δ PSI)
(Δ PSI) es la diferencia entre la Serviciabilidad Inicial
y Terminal asumida para el proyecto en desarrollo.
(Tabla 13)
Numero Estructural Requerido (SN)
Los datos obtenidos y procesados se aplican a la ecuación de diseño
AASHTO y se obtiene el Número Estructural (SN), que representa un valor
numérico de la capacidad del pavimento en conjunto y debe ser
transformado al espesor efectivo de cada una de las capas que se
construirán, es decir la capa de rodadura, de base y de sub base.
Esta conversión se realiza mediante el uso de los coeficientes estructurales
y de drenaje, y se obtiene aplicando la siguiente ecuación:
SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3
NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (SN)
El Numero Estructural permite
determinar los espesores de capas de
la estructura del pavimento, que se
requiere construir sobre la subrasante
para soportar las cargas vehiculares
con aceptable serviciabilidad durante
el periodo de diseño establecido en el
proyecto
SN = a1D1 + a2D2m2+a3D3m3
CARPETA ASFALTICA
BASE GRANULAR
SUB BASE 
D1
SUBRASANTE 
D2
D3
NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (SN)
SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3
Donde:
a1, a2, a3 Coeficientes estructurales de las capas: superficial, base y
subbase, respectivamente (Tabla 14)
D1, D2, D3 Espesores (en centímetros) de las capas: superficial, base y
subbase, respectivamente
m2, m3 Coeficientes de drenaje para las capas de base y subbase,
respectivamente(Tabla 15 y Tabla 16)
CONDICION DE ECUACION DE SN 
AASHTO establece como premisa que la ecuación, no tiene una
solución única, existen muchas combinaciones de espesores de
cada capa que dan una solución satisfactoria.
Cada Proyectista, debe realizar su propio análisis de
comportamiento de las alternativas de estructuras posibles, de tal
manera que permita decidir por la alternativa que presente
mejores valores de niveles de servicio, funcionales y estructurales,
para el tránsito que debe soportar el pavimento
COEFICIENTE DE DRENAJE (mi )
El valor del coeficiente de drenaje esta dado por dos
variables que son:
a. La calidad del drenaje (Tabla 15)
b. Exposición a la saturación, que es el porcentaje de
tiempo durante el año en que un pavimento está
expuesto a niveles de humedad que se aproximan a la
saturación. (Tabla 16)
Nota.- Es practica usual asumir como mi = 1.00, esto debido a las características exigidas a través de las
Especificaciones Técnicas, para las capas granulares del pavimento
DISEÑOS REFERENCIALES 
En el grafico 01, solo a manera de referencia, se muestran los
diferentes Números Estructurales requeridos, para cada rango de
tráfico expresado en ejes equivalentes (EE) y rango de tipo de
suelos
EJEMPLO DE APLICACION
Calcular la estructura del pavimento flexible, a construirse en una
sola etapa de diseño, que se requiere para las siguientes
condiciones:
ESAL 1.52E07
CBR (Característico de la subrasante) 12 %
Nota.- Cada alumno debe establecer de manera sustentada el resto de valores a aplicar para cada variable
Carretera Carhuaz – Chacas – San Luis : https://www.youtube.com/watch?v=BQJ1wNSCHEc
https://www.youtube.com/watch?v=BQJ1wNSCHEc
MUCHAS GRACIAS POR 
SU ATENCION Y POR 
SUS APORTES !!
Docente : GUSTAVO LLERENA CANO
pccidlle@upc.edu.pe
	Número de diapositiva 1
	UNIDAD 4 : �DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
	DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
	GENERALIDADES
	CRITERIO DE CARGAS 
	CARACTERISTICAS DEL TRAFICO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
	CATEGORIAS DE SUBRASANTE (Manual de Pavimentos - MTC)
	METODOLOGIA AASHTO 93
	CIRCUITO DE PRUEBAS AASHTO
	METODO EMPIRICO AASHTO - 93
	NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (SN)
	PERIODO DE DISEÑO
	ECUACION DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
	W18 (Equivale a ESAL) 
	Modulo de Resiliencia (MR)
	MODULO DE RESILIENCIA
	Confiabilidad (%R)
	PREMISAS DEL CRITERIO DE CONFIABILIDAD (%R)
	CRITERIO DE CONFIABILIDAD (%R)
	CRITERIO DE CONFIABILIDAD (%R)
	Coeficiente Estadístico de Desviación Estándar Normal (Zr)
	Desviación Estándar Combinada (So)
	Índice de Serviciabilidad Presente (PSI)
	Calculo de la Serviciabilidad (p)
	MEDICIONES DE SERVICIABILIDAD
	AHUELLAMIENTO EN CARRIL 
	Calificación AASHTO del Índice de Serviciabilidad
	Serviciabilidad Inicial (Pi) y Serviciabilidad Final o Terminal (PT)
	Variación de Serviciabilidad (Δ PSI)
	Numero Estructural Requerido (SN)
	NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (SN)
	NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO (SN)
	CONDICION DE ECUACION DE SN 
	COEFICIENTE DE DRENAJE (mi )
	DISEÑOS REFERENCIALES 
	EJEMPLO DE APLICACION
	Número de diapositiva 37