Pavimento FLEXIBLE y RIGIDO

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DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO DE PAVIMENTO 
FLEXIBLE Y RÍGIDO 
LINA MERCEDES MONSALVE ESCOBAR 
LAURA CRISTINA GIRALDO VASQUEZ 
JESSYCA MAYA GAVIRIA 
 
 
2012 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
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DISEÑO DE PAVIMENTO FLLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 
 
 
 
 
LINA MERCEDES MONSALVE ESCOBAR 
LAURA CRISTINA GIRALDO VASQUEZ 
JESSYCA MAYA GAVIRIA 
 
 
 
 
 
 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Armenia 
2012 
 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
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DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 
 
 
 
 
 
 
LINA MERCEDES MONSALVE ESCOBAR – 1094914262 
LAURA CRISTINA GIRALDO VASQUEZ – 1094922194 
JESSYCA MAYA GAVIRIA – 41954362 
 
 
 
 
 
 
 
 
REVISADO POR: 
ING. MARIA ROSA GUZMAN MELENDEZ 
TITULAR DE LA ASIGNATURA DE PAVIMENTOS 
 
 
 
 
 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
Armenia 
2012 
 
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TABLA DE CONTENIDO 
 PAG. 
1. INTRODUCCIÓN 10 
2. OBJETIVOS 11 
2.1. Objetivo General 11 
2.2. Objetivos Específicos 11 
3. JUSTIFICACIÓN 12 
4. ALCANCE 13 
5. METODOLOGÍA 14 
5.1. Método AASHTO para el diseño de pavimentos flexibles 14 
5.2. Método racional para el diseño de pavimentos flexibles 14 
5.3. Método de la Portland Cement Association (PCA) 15 
6. MARCO TEÓRICO 16 
6.1. Estudios geotécnicos 16 
6.1.1. Caracterización geotécnica 16 
6.1.1.1. Tamaño de las partículas de suelo 16 
6.1.1.2. Curva de distribución granulométrica 17 
6.1.1.3. Consistencia del suelo 18 
6.1.1.4. Clasificación del suelo 18 
6.2. Pavimentos 21 
6.2.1. Clasificación de los pavimentos 22 
6.3. Diseño Marshall 26 
6.4. Diseño de pavimentos rígidos de la Portland Cement Asociation (PCA) 27 
6.5. Tránsito 28 
6.5.1. Cálculo del tránsito de acuerdo al manual de diseño de pavimentos 
asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito (INVIAS) 
28 
6.5.1.1. Niveles de tránsito 29 
6.5.1.2. Componentes de tránsito 30 
6.5.1.3. Determinación del nivel de confianza en la proyección del tránsito 30 
6.5.1.4. Conversión de vehículos a ejes equivalentes de 8.2 ton. Factores 
de daño por tipo de vehículo 
30 
6.5.1.5. Tránsito en el carril de diseño en función de ancho de la calzada. 
Factor direccional (Fd) 
31 
6.5.1.6. Tránsito acumulado en ejes equivalentes de 8.2 ton, en el carril 
de diseño durante el periodo de diseño 
31 
6.5.1.6.1. Pronóstico de la componente de tránsito normal 31 
6.5.1.7. Pronóstico de la componente de tránsito atraído 34 
6.5.1.8. Pronóstico de la componente de tránsito generado 34 
6.5.2. Cálculo del tránsito de acuerdo al manual de diseño de pavimentos de 
concreto para vías con bajos, medios y altos volúmenes de tránsito 
(INVIAS) 
35 
6.5.2.1. Factor camión (Fc) 38 
6.5.2.2. Cuantificación del tránsito en una vía 38 
6.5.2.2.1. Tránsito promedio diario (TPD) 38 
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6.5.2.2.2. Periodo de diseño y vida útil 38 
6.5.2.3. Clasificación de las vías 39 
6.5.2.4. Asignación del tránsito según las características y el ancho de la 
vía 
39 
6.5.2.5. Porcentaje de vehículos para el carril de diseño 39 
6.6. Ensayo California Bearing Ratio (CBR) 40 
6.7. Modulo resiliente 41 
6.8. Modulo de reacción de la subrasante 42 
6.9. Modulo dinámico Witczak 43 
6.10. Leyes de Fatiga 44 
7. DESARROLLO PRÁCTICO 47 
7.1. Descripción de la vía 47 
7.2. Estudio de tránsito 48 
7.2.1. Tránsito pavimento flexible 48 
7.2.2. Tránsito pavimento rígido 60 
7.3. Evaluación de suelos 68 
7.3.1. Magnitud del estudio 68 
7.3.1.1. Trabajo de campo 68 
7.3.1.2. Características de los sondeos 68 
7.3.1.3. Perfil estratigráfico 73 
7.4. Caracterización estructura del pavimento 75 
7.4.1. Subrasante 75 
7.4.2. Subbase 76 
7.4.3. Base 77 
7.4.4. Carpeta asfáltica 78 
7.5. Diseño del pavimento flexible 82 
7.5.1. Método AASHTO 82 
7.5.2. Método racional 89 
7.6. Diseño de pavimento rígido 94 
7.6.1. Diseño de pavimento rígido mediante el método PCA 94 
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 100 
9. ANEXOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE TABLAS 
 PAG. 
Tabla 1. Límites de tamaño de suelos separados 17 
Tabla 2. Sistema unificado de clasificación; símbolos de grupo para suelos 
arenosos 
19 
Tabla 3. Sistema unificado de clasificación, símbolos de grupo para suelos 
limosos y arcillosos 
20 
Tabla 4. Niveles de tránsito 28 
Tabla 5. Factor daño por tipo de vehículo 30 
Tabla 6. Tránsito por adoptar para el diseño según el ancho de la calzada. Factor 
direccional (Fd) 
30 
Tabla 7. Valores del parámetro Zr (suponiendo una distribución normal) 31 
Tabla 8. Porcentaje de tránsito generado como función del tránsito normal 34 
Tabla 9. Máximo peso por eje para los vehículos de transporte de carga 34 
Tabla 10. Carga máxima admisible por vehículo 37 
Tabla 11. Cargas patrón y exponenciales para el cálculo del Factor de 
equivalencia 
38 
Tabla 12. Clasificación de las vías 39 
Tabla 13. Porcentaje de vehículos para el carril de diseño 40 
Tabla 14. Valores de esfuerzo en la muestra patrón 41 
Tabla 15. Clasificación del suelo de acuerdo a los valores de CBR 41 
Tabla 16. Periodo de diseño (en años) recomendado 49 
Tabla 17. Serie histórica y composición del tránsito promedio diario semanal 
(TPDS) de la vía Santander de Quilichao – Te de Villa Rica, estación 284 
51 
Tabla 18. Camiones de conteo total semanal y distribución porcentual, año 2008 51 
Tabla 19. Factor direccional 53 
Tabla 20. Factor carril para vías con diferentes números de carriles 53 
Tabla 21. Factor daño por tipo de vehículo 54 
Tabla 22. Valores de tránsito equivalente diario 54 
Tabla 23. Valores de tránsito equivalente diario calculado 56 
Tabla 24. Cálculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada año de 
la serie histórica y el año medio de dicha serie histórica 
57 
Tabla 25. Error pronóstico para cada uno de los años del periodo de diseño 57 
Tabla 26. Valores del parámetro Zr que asegura el nivel de confianza deseado 58 
Tabla 27. Valores de corrección para cada año del periodo de diseño 58 
Tabla 28. Ejes equivalentes para todos los años del periodo de diseño con 
confiabilidad del 90% 
59 
Tabla 29. Datos históricos de tránsito (estación 284) 59 
Tabla 30. Corrección de datos históricos 61 
Tabla 31. Tránsito promedio diario semanal (TPDS) calculado 62 
Tabla 32. Cálculo de la sumatoria de las diferencias al cuadradode cada año de 
la serie histórica y el año medio de dicha serie histórica 
63 
Tabla 33. Error de pronóstico para cada uno de los años del periodo de diseño 64 
Tabla 34. Valores del parámetro Zr que asegura el nivel de confianza deseado 65 
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Tabla 35. Valores de corrección para cada año del periodo de diseño 65 
Tabla 36. Ejes equivalentes para todos los años del periodo de diseño, con 
confiabilidad del 90% 
66 
Tabla 37. Número de repeticiones de carga 67 
Tabla 38. Categorías de subrasante 75 
Tabla 39. Datos de entrada para el método de la AASHTO 83 
Tabla 40. Niveles de confiabilidad recomendada por AASHTO 83 
Tabla 41. Capacidad del drenaje para remover la humedad 84 
Tabla 42. Valores mi recomendados para modificar los coeficientes estructurales 
de capa bases y subbases sin tratamiento 
84 
Tabla 43. Datos para calcular espesores por método AASHTO 87 
Tabla 44. Espesores mínimos admisibles para las capas asfálticas y la base 
granular 
87 
Tabla 45. Espesores pavimento flexible AASHTO 89 
Tabla 46. Características de las capas de la estructura del pavimento asfáltico 89 
Tabla 47. Coeficientes de Calage 91 
Tabla 48. Características de las capas de la estructura del pavimento asfáltico 92 
Tabla 49. Comparación de las deformaciones calculadas con las admisibles 94 
Tabla 50. Influencia del espesor de la base en el valor de k 96 
Tabla 51. Resistencia que debe alcanzar el concreto 96 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE FIGURAS 
 PAG. 
Figura 1. Curvas de distribución del tamaño de partículas (curvas 
granulométricas) 
17 
Figura 2. Carta de plasticidad 21 
Figura 3. Estructura típica de un pavimento asfáltico (flexible) 22 
Figura 4. Estructura típica de un pavimento rígido 23 
Figura 5. Estructura típica de un pavimento articulado 23 
Figura 6. Esquema de clasificación de vehículos 29 
Figura 7. Representación esquemática de los vehículos de transporte de carga 
más comunes en el país 
35 
Figura 8. Esquematización de los diferentes tipos de ejes y su carga máxima 36 
Figura 9. Porcentaje de camiones en el carril de diseño 40 
Figura 10. Esquema de clasificación de vehículos 49 
Figura 11. Localización estaciones de conteo. Estación 284 50 
Figura 12. Perfil estratigráfico 73 
Figura 13. Nomograma para calcular el coeficiente estructural de la subbase 
granular 
76 
Figura 14. Nomograma para calcular coeficiente estructural de la base granular 77 
Figura 15. Indice de penetración nomogramas Van Der Poel 78 
Figura 16. Temperatura de mezcla 79 
Figura 17. Nomograma para el cálculo del modulo de rigidez de la carpeta 
asfáltica 
80 
Figura 18. Nomograma para el calculo del modulo de rigidez de la carpeta 
asfáltica 
81 
Figura 19. Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica 82 
Figura 20. Relación entre la clasificación del suelo y los valores de CBR y K 95 
Figura 21. Diseño de pavimento rígido espesor 263 (mm) 97 
Figura 22. Repeticiones esperadas de ejes simples 97 
Figura 23. Repeticiones esperadas de ejes tándem 98 
Figura 24. Repeticiones esperadas de ejes tridem 98 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE IMÁGENES 
 PAG. 
Imagen 1. Ubicación vía de estudio 47 
Imagen 2. Vía Santander de Quilichao – Te de Villa Rica 48 
Imagen 3. Número estructural 85 
Imagen 4. Número estructural carpeta asfáltica (SN1) 85 
Imagen 5. Número estructural carpeta asfáltica y base (SN2) 86 
Imagen 6. Número estructural carpeta asfáltica, base y subbase (SN3) 86 
Imagen 7. Determinación de esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV 
para la estructura diseñada 
89 
Imagen 8. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura 
diseñada 
90 
Imagen 9. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura 
diseñada 
90 
Imagen 10. Determinación de esfuerzos y deformaciones en el programa 
DEPAV para la estructura diseñada 
92 
Imagen 11. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la 
estructura diseñada 
93 
Imagen 12. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la 
estructura diseñada 
93 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
 PAG. 
Grafico 1. Variación histórica de autos 51 
Grafico 2. Variación histórica de buses 52 
Grafico 3. Variación histórica de camiones 52 
Grafico 4. Modelos de regresión 55 
Grafico 5. Tránsito equivalente diario del periodo de diseño con confiabilidad de 
90% 
59 
Grafico 6. Regresión lineal de la serie histórica del tránsito 61 
Grafico 7. Regresión lineal de la serie histórica cde tránsito corregida 62 
Grafico 8. Transito equivalente diario del periodo de diseño con confiabilidad de 
90% 
67 
 
 
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1. INTRODUCCION 
 
El Municipio de Santander de Quilichao, está ubicado en Colombia, en el sector Norte del 
Departamento del Cauca, a 97 Km al norte de Popayán y a 45 Km al Sur de Santiago de 
Cali, Valle del Cauca Este sector de gran importancia para la comunicación ya que 
corresponde a una vía indepartamental y municipal, lo que la convierte en una red vial de 
gran importante para la economía y el desarrollo del país. 
 
Para garantizar que la vía ofrezca un nivel de serviciabilidad adecuado que genere 
bienestar, confort y seguridad tanto al comercio, al turismo y al transporte urbano, es 
necesaria una vía que se encuentre en buen estado y que se ajuste a las condiciones 
tanto del tránsito, nivel de importancia y tipo de terreno. 
 
Con el objetivo de conseguir una vía que se acomode a las condiciones a la cuales es 
sometida, se realiza un estudio para el diseño de una pavimento flexible con el método de 
la AASHTO y el método racional, junto con un estudio de pavimento rígido por el método 
de la PCA. 
 
El presente informe tiene como objetivo mostrar los diseños de los pavimentos rígidos 
para un periodo de diseño de y flexibles con un periodo de diseño de 20 años, para el 
municipio Santander de Quilichao con un periodo de diseño, que permitan sustituir el 
actual pavimento que no presenta condiciones adecuadas. Para esto l se hace necesario 
un análisis del tránsito proyectado a un periodo de diseño de 20 años con conversión del 
tránsito a ejes equivalentes , un estudio de geotécnico el cual se hace por medio de una 
caracterización de los apiques que permiten determinar las condiciones de las 
subrasante, incluyendo ensayos de consistencia, granulometría, CBR. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. OBJETIVOS2.1. OBJETIVO GENERAL 
 
 
Diseñar una estructura de pavimento rígido y flexible para 17 Km de la vía que conduce 
de Santander de Quilichao – Te de Villa Rica. 
 
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
 Determinar las condiciones geotécnicas del terreno por medio de ensayos y 
análisis del suelo. 
 
 Por medio de apiques caracterizar la subrasante y las capas del terreno. 
 
 Determinar el tipo transito, volumen y las cargas a las que el pavimento será 
sometido durante el periodo de diseño. 
 
 Determinar los espesores de las capas del pavimento, por medio de los diferentes 
métodos de la AASHTO, método racional, Marshall Shell y PCA 
 
 Determinar los materiales del diseño de pavimentos. 
 
 
 
 
 
 
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12 
 
3. JUSTIFICACIÓN 
 
El proyecto de diseño de la vía Santander de Quilichao – Te de Villa Rica, se realizara con 
el fin de mejorar las condiciones de comunicación intermunicipal en el departamento del 
Cauca, e interdepartamental con el departamento del Valle del Cauca, debido a que es una 
ruta de gran importancia para el desarrollo económico del departamento. 
 
Una evaluación funcional realizada al pavimento existente en el tramo de vía, hace notoria 
la necesidad de realizar una evaluación estructural del mismo. De la evaluación estructural 
se determinó, que la estructura existente presenta elevados índices de deterioro y no posee 
vida residual; por lo que se recomienda la reconstrucción total, y la realización de un nuevo 
diseño de pavimento, que proporcione seguridad y comodidad a los habitantes de la zona. 
 
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4. ALCANCE 
 
 
El proyecto comprende el diseño de la estructura de pavimento para El proyecto 
comprende el diseño de la estructura de pavimento para 17 Km de la vía que conduce de 
Santander de Quilichao – Te de Villa Rica. 
 
El diseño consiste en un pavimento flexible por los métodos de la AASHTO y racional, y un 
pavimento rígido por el método PCA (Portland Cement Association). Los lineamientos que 
se consideran para el diseño corresponden a los consignados en los manuales de diseño 
de pavimentos del Instituto Nacional de Vías (INVIAS), para la realización de los estudios 
de suelos, tránsito y la caracterización de la subrasante. 
 
Para el diseño de la nueva estructura de pavimento no se modifica el diseño geométrico de 
la vía, ni las características del tránsito de la misma. 
 
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14 
 
5. METODOLOGÍA 
 
5.1. MÉTODO AASHTO PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 
 
El método AASHTO-1993 para el diseño de pavimentos flexibles, se basa 
primordialmente en identificar un “número estructural (SN)” para el pavimento, que pueda 
soportar el nivel de carga solicitado. Para determinar el número estructural, el método se 
apoya en una ecuación que relaciona los coeficientes , con sus respectivos números 
estructurales, los cuales se calculan con ayuda de un software, (AASHTO 93) el cual 
requiere unos datos de entrada como son el número de ejes equivalentes, el rango de 
serviciabilidad, la confiabilidad y el modulo Resiliente de la capa a analizar; esta ecuación 
se relaciona a continuación: 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
5.2. MÉTODO RACIONAL PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE 
 
El método racional consiste en asumir unos espesores para cada una de las capas de la 
estructura del pavimento. A partir del módulo resiliente y los espesores asumidos, se 
caracterizan dichas capas. El módulo resiliente se obtiene mediante la siguiente relación: 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
El método racional, al igual que el método de la AASHTO, se apoyan en modelos 
computacionales, para determinar las deformaciones de la estructura del pavimento ante 
las cargas de diseño. Para el método racional se usará el DEPAV y se compararán los 
resultados obtenidos, con las leyes de fatiga. 
 
 
 
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15 
 
5.3. MÉTODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (PCA) 
 
El propósito de este método al igual que el de los anteriores es determinar los espesores 
mínimos de pavimento que permiten optimizar costos en una obra. 
 
Este método consiste en una hoja de cálculo que reúne una serie de datos para el análisis 
de la estructura por fatiga y por erosión. El análisis de fatiga se basa en el cálculo de 
esfuerzos por caga en el borde de las losas y el análisis de erosión se basa en que la 
deflexión mas critica ocurre en la esquina de la losa. 
 
 
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16 
 
6. MARCO TEÓRICO 
 
 
6.1. ESTUDIOS GEOTECNICOS 
 
Al evaluar un pavimento existente la exploración del suelo y los ensayos de laboratorio 
realizados a los distintos materiales utilizados en las capas del pavimento juegan un papel 
muy importante, debido a que éstos proporcionan información de gran valor a la hora de 
tomar decisiones con respecto al estado en que se encuentran los materiales de la 
estructura de pavimento. 
 
Para la obtención de la información geotécnica básica de las propiedades del suelo, 
deben efectuarse ensayos de campo y laboratorio que determinen su distribución y 
propiedades físicas. Una investigación de suelos debe comprender: 
 
 Determinación del perfil del suelo: La cual consiste en ejecutar perforaciones en el 
terreno, con el objeto de determinar la cantidad y extensión de los diferentes tipos 
del suelo, la forma como estos están dispuestos en capas y la determinación de 
aguas freáticas. Lógicamente, la ubicación, profundidad y número de perforaciones 
deben ser tales que permitan determinar toda variación importante de la calidad de 
los suelos. 
 Toma de muestras de las diferentes capas de suelos: En cada perforación deberá 
tomarse muestras representativas de las diferentes capas encontradas. Las 
muestras pueden ser de dos tipos: Alteradas e inalteradas. 
En vías se recomienda hacer sondeos con espaciamientos entre 350 y 600 m, teniendo 
en cuenta las semejanzas del material a partir de uno de los cortes presentes. 
En general, las muestras obtenidas sirven para determinar las propiedades y clasificación 
del material extraído valiéndose de los siguientes ensayos: 
 
 Humedad natural 
 Granulometría 
 Limites de consistencia. 
 Humedad Natural 
 
6.1.1. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA6.1.1.1. Tamaño de las partículas de suelos 
Los tamaños de las partículas que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los 
suelos, en general, son llamados grava, arena, limo o arcillas, dependiendo del tamaño 
predominante de las partículas. La tabla 1 muestra los límites de tamaño de suelo 
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separado desarrollados por el Instituto tecnológico de Massachusetts y la Asociación de 
Funcionarios del Transporte y Carreteras Estatales (AASHTO). 
 
Tabla 1. Límites de tamaño de suelos separados 
Nombre de la organización 
Tamaño del grano (mm) 
Grava Arena Limo Arcilla 
Instituto Tecnológico de 
Massachusetts (MIT) 
>2 2 a 0.06 0.06 a 0.002 <0.002 
Departamento de Agricultura de 
Estados Unidos (USDA) 
>2 2 a 0.05 0.05 a 0.002 <0.002 
Asociación Americana de 
Funcionarios del Transporte y 
Carreteras Estatales (AASHTO) 
76.2 a 2 2 a 0.075 0.075 a 0.002 <0.002 
Sistema unificado de clasificación 
de suelos (U.S. Army Corps of 
Engineers; U.S. Bureau of 
Reclamation; American Society 
for Testing and Materials) 
76.2 a 4.75 
4.75 a 
0.075 
Finos (limos y arcillas) 
<0.075 
 
6.1.1.2. Curva de distribución granulométrica 
Los resultados del análisis mecánico se presentan generalmente en graficas 
semilogaritmicas como curvas de distribución granulométrica. Los diámetros de las 
partículas se grafican en escala logarítmica y el porcentaje correspondiente de finos en 
escala aritmética. 
 
Figura 1. Curvas de distribución del tamaño de partículas (curvas granulométricas) 
 
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6.1.1.3. Consistencia del suelo 
Albert Mauritz Atterberg desarrollo un método para describir la consistencia de los suelos 
de grano fino con contenidos de agua variables a muy bajo contenido de agua, el suelo se 
comporta mas como un sólido frágil. Cuando el contenido de agua es muy alto, el suelo y 
el agua fluyen como un líquido. Por tanto, dependiendo del contenido de agua, la 
naturaleza del comportamiento del suelo se clasifica arbitrariamente en cuatro estados 
básicos, denominados sólidos, semisólido, plásticos y liquido. 
 
 Limite liquido (LL): Se define como el contenido de agua de un suelo fino, para el 
cual su resistencia al corte es aproximadamente de 25 g/cm2 
 Limite platico (PL): Se define como el contenido de agua, en porcentaje, con el 
cual el suelo, al ser enrollado en rollitos de 3.2 mm de diámetro, se desmorona. Es 
el límite inferior de la etapa plástica del suelo. 
 
 
 
 Limite de contracción (SL): La masa de suelo se contrae conforme se pierde 
gradualmente el agua del suelo. Con una pérdida continua de agua, se alcanza 
una etapa de equilibrio en la que más pérdida de agua conducirá a que no haya 
cambio de volumen. 
 
 
 
6.1.1.4. Clasificación del suelo 
Los suelos con propiedades similares se clasifican en grupos y subgrupos basados en su 
comportamiento ingenieril. Los sistemas de clasificación proporcionan un lenguaje común 
para expresar en forma concisa las características generales de los suelos, que son 
infinitamente variadas sin una descripción detallada. Actualmente, dos sistemas de 
clasificación que usan la distribución por tamaño de grano y plasticidad de los suelos son 
usados comúnmente por los ingenieros de suelos. Estos son el sistema de clasificación 
AASHTO y el sistema unificado de clasificación de suelos. Los ingenieros geotécnicos 
usualmente prefieren el sistema unificado. 
 
 Sistema unificado de clasificación de suelos 
La forma original de este sistema fue propuesto por Casagrande en 1942 para usar en la 
construcción de aeropuertos emprendida por el cuerpo de ingenieros del ejército durante 
la según guerra mundial. El sistema unificado de clasificación se presenta en las 
siguientes tablas; clasifica los suelos en dos amplias categorías: 
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19 
 
1. Suelos de grano grueso, tipo grava o arenosos con menos del 50% pasando por 
la malla No. 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo G o S.G 
significa grava o suelo gravoso y S significa arena o suelo arenoso. 
 
2. Suelos de grano fino, con el 50% o más pasando por la malla No. 200. Los 
símbolos de grupos comienzan con un prefijo M, que significa limo inorgánico, C 
para arcilla inorgánica u O para limos y arcillas orgánicos. El símbolo Pt se usa 
para turbas, lodos y otros suelos altamente orgánicos. 
 
Otros símbolos son también usados para la clasificación: 
 W: bien graduado 
 P: mal gradado 
 L: baja plasticidad (limite liquido menor que 50) 
 H: alta plasticidad (limite liquido mayor que 50) 
 
Tabla 2. Sistema unificado de Clasificación; símbolos de grupo para suelos arenosos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
20 
 
Tabla 3. Sistema unificado de Clasificación, símbolos de grupo para suelos limosos y 
arcillosos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para la clasificación apropiada con este sistema, debe conocerse algo o todo de la 
información siguiente: 
 
1. Porcentaje de grava, es decir, la fracción que pasa la malla de 76.2 mm y es 
retenido en la malla No. 4 (abertura de 4.75mm) 
2. Porcentaje de arena, es decir, la fracción que pasa la malla No. 4 (abertura de 
4.75mm) y es retenido en la malla, No. 200 (abertura de 0.075mm) 
3. Porcentaje de limo y arcilla, es decir, la fracción de finos que pasan la malla No. 
200 (abertura de 0.075 mm) 
4. Coeficiente de uniformidad (Cu) y coeficiente de curvatura (Cz) 
5. Limite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla No. 
40. 
 
Los símbolos de grupo para suelos tipo grava de grano grueso son GW, GP, GM, GC, 
GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, y GP-GC. Similarmente, los símbolos de grupos para 
suelos de grano fino son CL, ML, OL, CH, MH, OH, CL-ML y Pt. 
 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
21 
 
 
 
Figura 2. Carta de plasticidad 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.2. PAVIMENTOS 
 
Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas, relativamente 
horizontales, que se diseñan y constituyen técnicamente con materiales apropiados y 
adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la 
subrasante de una vía obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploración 
y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le 
transmiten durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento.Un 
pavimento debe cumplir adecuadamente sus funciones deben reunir los siguientes 
parámetros: 
 
 Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el transito 
 Ser resistente ante los agentes de intemperismo 
 Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de 
circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la 
seguridad vial. Además debe ser resistente al desgaste producido por el efecto 
abrasivo de las llantas de los vehículos. 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
22 
 
 Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, 
que permitan una adecuada comodidad a los usuarios en función de las longitudes 
de onda de las deformaciones y de la velocidad de circulación. 
 Debe ser durable 
 Debe ser económico 
 El ruido de rodadura, en el interior de los vehículos que afectan al usuario, así 
como en el exterior, que influyen en el entorno, deber ser adecuadamente 
moderado. 
 Deber poseer el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramiento y ofrecer 
una adecuada seguridad al tránsito. 
6.2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS PAVIMENTOS 
 
En nuestro medio los pavimentos se clasifican en: pavimentos flexibles, semirrígido, 
rígidos y articulados. 
 
Pavimentos flexibles: Este tipo de pavimentos están formados por una carpeta 
bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la subbase. No 
obstante puede prescindirse de cualquiera de estas dependencias de las necesidades 
particulares de cada obra. 
 
Figura 3. Estructura típica de un pavimento asfáltico (flexible) 
 
Pavimento semirrígido: Aunque este tipo de pavimentos guarda básicamente la misma 
estructura de un pavimento flexible, una de sus capas se encuentra rigidizada 
artificialmente con un aditivo que puede ser: asfalto, emulsión, cemento, cal y químicos. El 
empleo de estos aditivos tiene la finalidad básica de corregir o modificar las propiedades 
mecánicas de los materiales locales que no son aptos para la construcción de las capas 
del pavimento, teniendo en cuenta que los adecuados se encuentran a distancias tales 
que encarecerían notablemente los costos de construcción. 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
23 
 
Pavimento rígido: son aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa 
de concreto hidráulico, apoyada sobre la subrasante o sobre una capa, de material 
seleccionado, la cual se denomina subbase del pavimento rígido. Debido a la alta rigidez 
del concreto hidráulico así como de su elevado coeficiente de elasticidad, la distribución 
de los esfuerzos se produce en una zona muy amplia. Además como el concreto es capaz 
de resistir, en ciertos grados, esfuerzos a la tensión, el comportamiento de un pavimento 
rígido es suficientemente satisfactorio aun cuando existan zonas débiles en la subrasante. 
La capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas y 
por lo tanto, el apoyo de las capas subyacentes ejerce poca influencia en el diseño del 
espesor del pavimento. 
 
Figura 4. Estructura típica de un pavimento rígido 
 
Pavimento articulado: los pavimentos articulados están compuestos por una capa de 
rodadura que está elaborada con bloques de concreto prefabricado, llamados adoquines, 
de espesor uniforme e iguales entre sí. Esta puede ir sobre una capa delgada de arena la 
cual, a su vez, se apoya sobre la capa de base granular o directamente sobre la 
subrasante, dependiendo de la calidad de esta y de la magnitud y frecuencia de las 
cargas por dicho pavimento. 
 
Figura 5. Estructura típica de un pavimento articulado 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
24 
 
 
 
 
Funciones de las capas de un pavimento flexible: 
 
 Subbase granular 
 Capa de transición: la subbase bien diseñada impide la penetración de los 
materiales que constituyen la base con los de la subrasante y por otra parte, 
actúa como filtro de la base impidiendo que los finos de la subrasante la 
contaminen menoscabando su calidad. 
 Disminución de la deformación: algunos cambios volumétricos de la capa 
subrasante, generalmente asociados a cambios en su contenido de agua 
(expansiones), o a cambios externos de temperatura, pueden absorberse con 
la capa subbase, impidiendo que dichas deformaciones se reflejen en la 
superficie de rodamiento. 
 Resistencia: la subbase debe soportar los esfuerzos transmitidos por las 
cargas de los vehículos a través de las capas superiores y transmitidas a un 
nivel adecuado de la subrasante. 
 
 Base granular 
 Resistencia: la función fundamental de la base granular de un pavimento 
consiste en proporcionar un elemento resistente que transmita a la subbase y a 
la subrasante los esfuerzos producidos por el transito en una intensidad 
apropiada. 
 
 Carpeta Asfáltica 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
25 
 
 Superficie de rodadura: la carpeta debe proporcionar una superficie uniforme y 
estable al tránsito, de textura y color conveniente y resistir los efectos 
abrasivos del tránsito. 
 Resistencia: su resistencia a la tensión complementa la capacidad estructural 
del pavimento. 
 Impermeabilidad: hasta donde sea posible, debe impedir el paso del agua al 
interior del pavimento. 
Funciones de las capas de un pavimento rígido. 
 
 Subbase 
 La función más importante es impedir la acción del bombeo en las juntas, 
grietas y extremos del pavimento. Se entiende por bombeo a la fluencia de 
materiales fino con agua fuera de la estructura del pavimento, debido a la 
infiltración de agua por las juntas de las losas. El agua que penetra a través de 
las juntas licua el suelo fino de la subrasante facilitando así su evacuación a la 
superficie bajo la presión ejercida por las cargas circulantes a través de las 
losas. 
 Servir como capa de transición y suministrar un apoyo uniforme, estable y 
permanente del pavimento. 
 Facilitar los trabajos de pavimento 
 Mejorar el drenaje y reducción por tanto al mínimo la acumulación de agua bajo 
el pavimento. 
 Ayudar a controlar los cambios volumétricos de la subrasante y disminuir al 
mínimo la acción superficial de tales cambios volumétricos sobre el pavimento. 
 
 Losa de concreto 
 Las funciones de la losa en el pavimento rígido son las mismas de la carpeta 
en el flexible, mas la función estructural de soportar y transmitir en nivel 
adecuado los esfuerzos que le apliquen. 
Funciones de las capas de un pavimento articulado. 
 
 Base 
 Es la capa colocada entre la subrasante y la capa de rodadura. Esta capa le da 
mayor espesor y capacidad estructural al pavimento. Puede estar compuesta 
por dos o más capas de material seleccionado. 
 Capa de arena: es una capa de poco espesor, de arena gruesa y limpia que se 
coloca directamente sobre la base; sirve de asiento a los adoquinesy como 
filtro para el agua que eventualmente pueda penetrar por las juntas entre estos. 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
26 
 
 Sellos de arena: está constituido por aren fina que se coloca como llenante de 
las juntas entre los adoquines; sirve como sello de las mismas y contribuyen al 
funcionamiento, como un todo, de los elementos de la capa de rodadura. 
 
Factores a considerar en el diseño de pavimentos 
 
 El transito: interesa para el dimensionamiento de los pavimentos las cargas más 
pesadas por ejes esperados en el carril de diseño solicitado, que determinara la 
estructura del pavimento de la carretera durante el periodo de diseño adoptado. La 
repetición de las cargas del tránsito y la consecuente acumulación de 
deformaciones sobre el pavimento son fundamentales para el cálculo. A demás, se 
deben tener en cuenta las máximas presiones de contacto, las solicitaciones 
tangenciales en tramos especiales, las velocidades de operación de los vehículos 
y la canalización del tránsito etc. 
 La subrasante: de la calidad de esta capa depende en gran parte el espesor que 
deber tener un pavimento, sea este flexible o rígido. Como parámetro de 
evaluación de esta capa se emplea la capacidad de soporte o resistencia a la 
deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas de transito. Es necesario tener 
en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la 
resistencia como a las eventuales variaciones de volumen de un suelo de 
subrasante de tipo expansivo pueden ocasionar graves daños en las estructuras 
que se apoyen sobre este, por esta razón cuando se construya un pavimento 
sobre este tipo de suelos deberá tomarse la precaución de impedir las variaciones 
de humedad del suelo para lo cual habrá que pensar en la impermeabilización de 
la estructura. Otra forma de enfrentar este tipo de suelo con algún aditivo, en 
nuestro medios los mejores resultados se han logrado mediante la estabilización 
de suelos con cal. 
 El clima: los factores que en nuestro medio más afectan a un pavimento son las 
lluvias y los cambios de temperatura. Las lluvias por su acción directa en la 
elevación del nivel freático influyen en la resistencia, la compresibilidad y los 
cambios volumétricos de los suelos de subrasante especialmente. Este parámetro 
también influye en algunas actividades de construcción de capas granulares y 
asfálticas. Los cambios de temperatura en las losas de pavimentos rígidos 
ocasionan en éstas esfuerzos muy elevados, que en algunos casos pueden ser 
superiores a los generados por las cargas de los vehículos que circulan sobre 
ellas. 
6.3. DISEÑO MARSHALL 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
27 
 
El concepto del método Marshall para diseño de mezclas de pavimentación fue formulado 
por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del estado de 
Mississippi. El cuerpo de ingenieros de Estados Unidos, a través de una extensiva 
investigación y estudios de correlación, mejoró y adicionó ciertos aspectos al 
procedimiento de prueba Marshall y desarrollo un criterio de diseño de mezclas. 
 
El método original de Marshall, sólo es aplicable a mezclas asfálticas en caliente para 
pavimentación que contengan agregados con un tamaño máximo de 25 mm (1”) o menor. 
 
El método modificado se desarrolló para tamaños máximo arriba de 38 mm (1.5”). Está 
pensado para diseño en laboratorio y control de campo de mezclas asfálticas en caliente 
con graduación densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza empírica, 
la importancia de los resultados en términos de estimar el comportamiento en campo se 
pierde cuando se realizan modificaciones a los procedimientos estándar. El método 
Marshall utiliza especímenes de prueba estándar de una altura de 64 mm (2 ½”) y 102 
mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un procedimiento específico para calentar, 
mezclar y compactar mezclas de asfalto-agregado. (ASTM D1559). Los dos aspectos 
principales del método de diseño son, la densidad-análisis de vacíos y la prueba de 
estabilidad y flujo de los especímenes compactados. La estabilidad del espécimen de 
prueba es la máxima resistencia en N (lb) que un espécimen estándar desarrollará a 60ºC 
cuando es ensayado. El valor de flujo es el movimiento total o deformación, en unidades 
de 0.25 mm (1/100”) que ocurre en el espécimen entre estar sin carga y el punto máximo 
de carga durante la prueba de estabilidad. 
 
6.4. DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS DE LA PORTLAND CEMENT ASOCIATION 
(PCA) 
 
El procedimiento de diseño de la PCA está basado en información obtenida de diferentes 
fuentes, incluyendo investigaciones, desarrollos teóricos, ensayos de pavimentos a escala 
real, y el monitoreo de la performance de pavimentos en servicio. Un programa de 
investigación llevado a cabo por la Portland Cement Association correlacionó la 
información de diseño de estas fuentes obteniendo como resultado un procedimiento 
desarrollado únicamente para pavimentos suelo cemento. 
 
Bases para el Procedimiento de Diseño de Espesores 
 
Desde 1935 más de 140,000 km de pavimentos suelo-cemento han sido construidos en 
Norteamérica. La performance demostrada por estos pavimentos a través de los años 
provee una valiosa información para el diseño, para los niveles de espesor que fueron 
utilizados. La mayoría de estos pavimentos en servicio son de 15 cm de espesor. Este 
espesor ha probado ser satisfactorio para las condiciones de servicio de caminos 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
28 
 
secundarios, calles residenciales y pistas de aterrizaje de tráfico ligero. Algunos 
pavimentos de 10 cm y 12.5 cm han sido construidos y han dado un buen servicio bajo 
condiciones favorables de tráfico ligero y fuerte resistencia del suelo. Muchos kilómetros 
de pavimentos de 17.5 cm y 20 cm de espesor están en servicio en caminos principales y 
vías secundarias de alto tráfico. Pavimentos con suelo cemento con espesores de 22.5 
cm o mas no son numerosos, aunque algunos proyectos de aeropuertos han sido 
construidos con espesores de hasta 40 cm. En carreteras interestatales en algunas áreas 
de tráfico comparativamente más bajos, un amplio rango de espesores de suelo cemento, 
de 10 a 30 cm, han sido incorporados en la estructura total de los pavimentos. Se ha 
obtenido también información valiosa de diseño de ensayos de caminos a escala real y de 
investigaciones de laboratorio conducidas por universidades, departamentos de 
carreteras, y por la Portland Cement Association. 
 
Propiedades Estructurales Básicas 
 
Las propiedades estructurales del suelo-cemento dependen del tipo de suelo, condiciones 
de curado, y edad. Los rangos típicos para una amplia variedad de tipos de suelo-
cemento, a sus respectivos contenidos de cemento requeridos para durabilidad, son: 
 
 
 
 
Tabla 4. Propiedades estructurales Básicas 
PROPIEDAD VALORES A 28 DÍAS 
Resistencia a la compresión, 
saturada 
400 - 900 psi 
Módulo de ruptura 80 - 180 psi 
Módulo de elasticidad (módulo 
estático a la flexión) 
600,000 - 2’000,000 psiRelación de Poisson 0.12 – 0.14^1 
Radio de curvatura crítico^2, en 
viga de 6 x 6 x 30 pulg 
4,000 – 7,500 pulg. 
 
6.5. TRANSITO. 
 
6.5.1. CÁLCULO DEL TRÁNSITO DE ACUERDO AL MANUAL DE DISEÑO DE 
PAVIMENTOS ASFÁLTICOS PARA VÍAS CON BAJOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO 
(INVIAS) 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
29 
 
Para el dimensionamiento de los pavimentos interesan las cargas por eje esperadas en el 
carril de diseño, estas me determinarán la estructura del pavimento para el periodo de 
diseño adoptado. Es por esto que, probablemente, la variable mas importante en el diseño 
de un pavimento de una vía es el transito; éste se define como la determinación del 
número, tipo y peso de vehículos que transitan por determinada ella. Es necesario 
cuantificar la variable transito existente ya que ésta genera cargas y deformaciones 
sobre el pavimento. 
 
El Instituto Nacional de Vías INVIAS ha designado la siguiente terminología para los 
vehículos que circulan en el país: 
A: Vehículos livianos (automóviles) 
B: Buses 
C: Camiones 
 
Además se ha clasificado el tipo de vehículos de acuerdo con el número y disposición de 
los ejes, como se muestra en la figura 6 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Esquema de clasificación de vehículos 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
30 
 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, 
INVIAS 
 
6.5.1.1. Niveles de tránsito 
 
El Instituto Nacional de Vías (INVIAS) en su manual de diseño de pavimentos asfálticos 
para vías con bajos volúmenes de tránsito clasifica el tránsito de diseño en dos niveles, en 
función del número de ejes equivalentes de 8.2 ton previstos durante el periodo de diseño 
en el carril. En la tabla 4 se indican las categorías adoptadas. 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
31 
 
 
Tabla 5. Niveles de tránsito 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, 
INVIAS 
 
6.5.1.2. Componentes de tránsito 
 
Para cuantificar adecuadamente los volúmenes de transito, se divide en: 
 Transito normal: Tránsito que circularía por la red si no se realizara el proyecto 
 Tránsito atraído: Tránsito que utilizará el proyecto, por las ventajas o beneficios 
que ofrece. 
 Tránsito generado: Se origina por el proyecto debido a mejores condiciones de 
oferta (tránsito nuevo por efecto del desarrollo del área de influencia). 
 
6.5.1.3. Determinación del nivel de confianza en la proyección del tránsito 
 
El proyectista deberá considerar en el cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton 
para el diseño, el nivel de confiabilidad que considere pertinente. 
 
En el caso en que existe serie histórica del tránsito, el modelo estadístico que se adopte, 
a través de los errores estándar del modelo y de predicción para cada uno de los años del 
periodo de diseño, considerara la confiabilidad indicada por el proyectista. 
 
6.5.1.4. Conversión de vehículos a ejes equivalentes de 8.2 ton. Factores de daño 
por tipo de vehículo 
Los factores de daño se indican en la tabla 5, y serán los que se deberán aplicar para 
calcular los ejes equivalentes de 8.2 ton. 
 
Tabla 6. Factor daño por tipo de vehículo 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
32 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, 
INVIAS 
6.5.1.5. Tránsito en el carril de diseño en función del ancho de la calzada. Factor 
direccional (Fd) 
 
En la tabla 6 Se indica el factor direccional (Fd) por adoptar para el diseño según el ancho 
de la calzada. 
 
 
Tabla 7. Tránsito por adoptar para el diseño según el ancho de la calzada 
Factor Direccional (Fd) 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, 
INVIAS 
 
6.5.1.6. Tránsito acumulado en ejes equivalentes de 8.2 ton, en el carril de diseño 
durante el periodo de diseño 
 
6.5.1.6.1. Pronostico de la componente de tránsito normal 
 
 Cuando existe serie histórica de tránsito: Cuando en el tramo de vía analizado se 
encuentra una estación de conteo de tránsito, con información continua de por lo 
menos 5 años. El procedimiento para la determinación del tránsito normal se 
describe a continuación: 
 
1. Identificación de la serie histórica del tránsito en la estación de conteo 
seleccionada 
2. Conversión de la serie histórica del tránsito a ejes equivalentes de 8.2 ton 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
33 
 
 
 
 
 
3. Análisis estadístico de la serie histórica: se establecen los modelos de 
crecimiento factibles para las condiciones del estudio. 
4. Selección del modelo factible de crecimiento de tránsito: se acepta o rechaza 
un modelo sobre la base de los resultados de los coeficientes estadísticos, del 
análisis de las variables independientes adoptadas y de consideraciones 
acerca de las particularidades del proyecto. 
5. Estimación del tránsito proyectado para el periodo de diseño, en el carril de 
diseño y considerando un nivel de confianza predeterminado. 
a. Cálculo del error estándar (σ) del modelo de crecimiento del tránsito 
seleccionado. 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
b. Cálculo del error estándar en la predicción del tránsito, error de pronóstico 
( año por año en el periodo de diseño 
 
( 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
(DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
34 
 
 
 
c. Cálculo de los valores de corrección para el tránsito equivalente 
proyectado en cada uno de los años del periodo de diseño , con base 
en el nivel de confianza deseado. En la tabla 7 se muestran los valores de 
Zr para diferentes niveles de confianza 
 
 
 
Tabla 8. Valores del parámetro Zr (suponiendo una distribución normal) 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, 
INVIAS 
 
d. Cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton diarios, corregidos por 
confiabilidad, en cada uno de los años del periodo de diseño 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
e. Cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton acumulados durante el 
periodo de diseño. 
 
 
 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
35 
 
f. Cálculo del número de ejes equivalentes de 8.2 ton acumulados en el carril 
de diseño durante el periodo de diseño, por concepto de la componente 
normal del tránsito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.5.1.7. Pronóstico de la componente de tránsito atraído 
Para iniciar la discusión de este tipo de análisis, se debe estar seguro que el 
proyecto vial si ocasionará cambios en el comportamiento de los usuarios. Entre 
los métodos para estimar el tránsito atraído, se cuentan los siguientes: 
 
a. Estudio de origen y destino: Aplicación de un estudio de origen y destino 
que permita establecer los flujos entre pares origen-destino, flujos básicos, 
que en forma potencial, podrían utilizar el proyecto en el futuro. 
b. Estudio de utilización del proyecto por usuarios potenciales: Se lleva a cabo 
a través de una encuesta a usuarios potenciales, en las que se indaga si 
harían uso o no del nuevo proyecto. 
 
6.5.1.8. Pronóstico de la componente de tránsito generado 
 
Crecimiento que se presenta por el incremento que se presenta por el incremento 
que en la producción agrícola, pecuaria, minera, industrial, comercial o turística 
que se genera en una zona por la construcción de una nueva carretera o el 
mejoramiento y/o pavimentación de una vía existente. 
 
Cuando no se dispone de información detallada, se puede hacer uso de los 
factores relacionados en la tabla 8, obtenidos del seguimiento a proyectos de 
pavimentación en vías de bajo transito en el país. 
 
 
Tabla 9. Porcentaje de tránsito generado como función del tránsito normal 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
36 
 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito, 
INVIAS 
 
6.5.2. CÁLCULO DEL TRÁNSITO DE ACUERDO AL MANUAL DE DISEÑO DE 
PAVIMENTOS DE CONCRETO PARA VÍAS CON BAJOS, MEDIOS Y ALTOS 
VOLÚMENES DE TRÁNSITO (INVIAS) 
La determinación de la variable tránsito se puede hacer con diferentes grados de 
aproximación. Las más precisas parten del análisis de registros históricos de conteos y 
pesajes sobre la vía que se va a pavimentar. Los conteos permiten que se haga una 
proyección con la idea de que el tránsito pasado permite predecir el que pasará. Por su 
parte los menos precisos se hacen teniendo en cuenta el ancho y el tipo de la vía que se 
tiene, o con base en algunas consideraciones acerca del servicio que va a prestar la vía. 
La clasificación vehicular se acoge a los lineamientos regulativos de la regulación 4100 de 
2004, expedida por el Ministerio de Transporte. Los vehículos se clasifican así: 
A: Automóviles, camperos, camionetas y microbuses 
B: Busetas y buses 
C: Vehículos de carga 
Los vehículos de carga se designan de acuerdo a la configuración de sus ejes de la 
siguiente manera: 
 Con el primer dígito se designa el número de ejes del camión o del tracto 
camión 
 La letra S significa semirremolque y el dígito inmediato indica el número de sus 
ejes 
 La letra R significa remolque y el dígito inmediato indica el número de sus ejes 
 La letra B significa el remolque balanceado y el dígito inmediato indica el 
número de sus ejes 
Figura 7. Representación esquemática de los vehículos de transporte de carga más 
comunes en el país 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
37 
 
 
 FUENTE: Resolución 4100 de 2004 
En la tabla 9 se registra la carga máxima admisible para los vehículos más comunes en el 
país de acuerdo con la resolución 4100 de 2004, en la figura 8 se indica la carga máxima 
para los ejes más frecuentes 
 
Tabla 9. Máximo peso por eje para los vehículos de transporte de carga 
 
 FUENTE: Resolución 4100 de 2004 
 
Figura 8. Esquematización de los diferentes tipos de ejes y su carga máxima 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
 Vía Aeropuerto EL EDEN 
 
 
 
 
 
 
38 
 
 
FUENTE: Resolución 4100 de 2004 
 
NOTA: Por ley, los vehículos deben cumplir simultáneamente con las condiciones de 
máxima carga vehicular y máximo peso por eje. 
 
Los métodos de diseño de pavimentos recurren a establecer un eje patrón, debido a la 
gran cantidad de cargas que pueden circular por una vía. El caso más representativo (eje 
patrón) es una carga de 8.2 ton para el eje sencillo de llanta doble. 
La relación que existe en el daño proporcionado al pavimento por el peso ejercido por una 
carga cualquiera y el eje patrón, se determina a partir del factor de equivalencia. 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO 
 
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39 
 
Tabla 10. Carga máxima admisible por vehículo
 
 FUENTE: Resolución 4100 de 2004 
 
En la tabla 11 Se encuentran los valores de las cargas patrón y exponenciales para el 
cálculo del factor de equivalencia, dependiendo del tipo de eje, para un índice de servicio 
final de 2.5, aplicable para los pavimentos de concreto. 
 
Tabla 11. Cargas patrón y exponenciales para el cálculo del Factor de equivalencia 
 
FUENTE: Manual de diseño de pavimentos de concreto para vías con bajos, medios yaltos volúmenes 
de tránsito 
 
6.5.2.1. Factor camión (Fc) 
El factor camión se puede entender como el número de aplicaciones de ejes sencillos 
cargados con 8.2 toneladas que es necesario que circulen por un pavimento para hacer el 
mismo daño que un camión con una carga cualquiera. El factor camión equivale a la 
sumatoria de los factores de equivalencia calculados para cada eje. 
 
6.5.2.2. Cuantificación del tránsito en una vía 
 
6.5.2.2.1. Tránsito promedio diario (TPD) 
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40 
 
El TPD se hace contando, durante un lapso establecido, todos los vehículos que pasan 
por una sección de la vía (todos los carriles y ambas direcciones), luego se saca un 
promedio diario que se conoce con el nombre de TPD. La información del TPD se refina 
estableciendo el porcentaje de vehículos clase A, B ó C. 
 
6.5.2.2.2. Periodo de diseño y vida útil 
Por las características funcionales de los pavimentos de concreto, se recomienda que el 
periodo de diseño sea igual o superior a 20 años. La vida útil es el número de años en 
que el pavimento está en condiciones de permitir la circulación de los vehículos en unas 
condiciones buenas de operación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.5.2.3. Clasificación de las vías 
Tabla 12. Clasificación de las vías 
CRITERIO DE 
CLASIFICACIÓN 
CLASIFICACIÓN 
Según entidad 
territorial de que 
depende la vía 
Vías nacionales 
primarias (Vp) 
Vías 
departamentales 
secundarias (Vs) 
Carreteras 
municipales 
terciarias (Vt) 
Se pueden considerar 
como las carreteras más 
importantes y hacen parte 
de la red primaria de vías 
Hacen parte de la red 
secundaria. Unen 
municipios de uno o 
más departamentos 
Pueden unir dos o 
mas municipios isn 
llegar a ser 
departamentales 
Por sus 
características 
Autopistas (AP) 
Carreteras multi 
carriles (MC) 
Carreteras de dos 
direcciones (CC) 
Vías en las que no se 
interrumpe el tránsito. Los 
vehículos pueden circular 
en una dirección 
determinada, separados, 
Vías divididas, con 
dos o más carriles por 
sentido, con control 
parcial o total de 
acceso y salida 
Vías de dos carriles, 
uno por cada sentido 
de circulación, con 
intersecciones a nivel 
y accesos directos 
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41 
 
por algún tipo de elemento 
físico de los vehículos que 
viajan en otra dirección, 
en dos o más carriles 
desde sus márgenes. 
Según el ancho 
de la vía 
Estrechas (E) Medias (M) Anchas (A) 
Ancho inferior a los 5m 
Ancho que va de 5m 
a 6m 
Pueden tener más de 
dos carriles y cada 
uno de ellos tienen 
más de 3.5m de 
ancho 
 
6.5.2.4. Asignación del tránsito según las características y el ancho de la vía 
En las carreteras de dos direcciones, la asignación del tránsito para el carril de diseño 
dependerá del ancho de la vía así: 
 
 Para vías estrechas: la totalidad del tránsito 
 Para vías de ancho medio: 75% 
 Para vías anchas: 50% 
En la figura… se tiene un gráfico con el que se puede definir el porcentaje de vehículos 
que circulan en el carril de diseño en función del tránsito promedio diario anual, sin tener 
en cuenta los vehículos que tienen menos de 6 llantas. 
6.5.2.5. Porcentaje de vehículos para el carril de diseño 
Los factores de distribución vehicular por carril se establecen en la tabla 13 
 
 
Tabla 13. Porcentaje de vehículos para el carril de diseño 
 
 
 
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42 
 
Figura 9. Porcentaje de camiones en el carril de diseño
 
6.6. ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) 
La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte de suelos y agregados 
compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación 
variables. El ensayo mide la Resistencia al cortante (punzonamiento) de un suelo bajo 
condiciones de humedad y densidad controladas, permitiendo obtener un % de relación 
de soporte. 
El ensayo más utilizado es el CBR, el cual representa la relación, en porcentaje, entre el 
esfuerzo requerido para penetrar un pistón a cierta profundidad dentro del suelo ensayado 
y el esfuerzo requerido para penetrar un pistón igual, a la misma profundidad, dentro de 
una muestra patrón de piedra triturada. 
 
 
 
 
 
 
La muestra patrón fue elegida y ensayada por O.J. Poter, en California, en 1929, 
presentando los siguientes esfuerzos para diferentes profundidades de penetración del 
pistón: 
 
Tabla 14. Valores de esfuerzo en la muestra patrón 
 
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43 
 
 
Para cada muestra preparada se debe dibujar una grafica relacionando esfuerzo vs 
penetración del pistón y se calcula el valor de CBR para penetración de 0.1´´ (2.5mm) y 
0.2´´ (5mm) con las siguientes expresiones 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los valores de índice de CBR oscilan entre 0 y 100. Cuando mayor es su valor, mejor es 
la capacidad portante del suelo. Valores por debajo de 6, deben descartarse 
 
Tabla 15. Clasificación y usos del suelo de acuerdo a los valores de CBR 
CBR Clasificación cualitativa del suelo Uso 
2-5 Muy mala Sub-rasante 
5-8 Mala Sub-rasante 
8-20 Regular-buena Sub-rasante 
20-30 Excelente Sub-rasante 
30-60 Buena Sub-base 
60-80 Buena Base 
80-100 Excelente Base 
 
 
6.7. MODULO RESILIENTE 
El modulo resiliente se define, como aquel que relaciona las tensiones aplicadas y las 
deformaciones recuperables (AASHTO, 1993). Se introdujo el termino modulo resiliente 
como la relación que existe entre la magnitud del esfuerzo desviador cíclico en 
comprensión triaxial y la deformación axial recuperable (Rondon & Reyes 2007). 
 
Matemáticamente la ecuación del modulo resiliente está dada por: 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
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44 
 
Sobre las capas del pavimento se producen deformaciones permanentes y recuperables o 
resilientes. Después de un cierto número de ciclos de carga, el material tiende a poseer 
casi en su totalidad deformaciones resilientes. 
 
En la teoría elástica tradicional el modulo de elasticidad (E) y la relación de possion define 
las propiedades elásticas de un material. Para describir el comportamiento recuperable de 
un material sujeto a cargas cíclicas cargado en un aparato triaxial se utiliza . El modulo 
resiliente es no linealy dependiente del esfuerzo 
 
 Factores que afectan el modulo resiliente 
Como se ha observado en los estudios llevados a cabo sobre modulo resiliente, este 
parámetro no es una propiedad constante del pavimento, sino que depende de muchos 
factores. 
 
 Factores que afectan el modulo resiliente en pavimentos asfalticos 
Existen diversos factores que afectan al modulo resiliente del pavimento asfaltico. A 
continuación se muestra un resumen de estos factores: 
 Nivel de esfuerzos 
 Frecuencia de carga 
 Contenido de betún 
 Tipo de agregado 
 Contenido de vacios 
 Tipo y contenido de modificadores 
 Tipo de prueba 
 Temperatura 
6.8. MODULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE 
 Ensayo de placa 
Modulo de reacción de subrasante 
 
 , se define como: 
 
Donde 
 
 
 
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45 
 
Los ensayos de placa de carga permiten determinar las características resistencia - 
deformación de un terreno. Consisten en colocar una placa sobre el suelo natural, aplicar 
una serie de cargas y medir las deformaciones. El resultado del ensayo se representa en 
un diagrama tensión deformación. 
A partir de este ensayo se pueden obtener numerosos datos entre los que se destacan: 
 Obtención de la capacidad de carga del suelo para un asentamiento determinado 
 Determinación del modulo de reacción o coeficiente de balasto (K) 
 Determinación de las características de la curva carga contra deformación del 
suelo 
 Realización de estudios sobre la estabilidad de pavimentos o bases de caminos ya 
existentes. 
La información proporcionada es posible usarla en la evaluación y diseño de pavimentos 
de tipo rígido o flexible de carreteras y aeropuertos y aplicarse tanto a suelos en estado 
natural como compactados. 
 
6.9. MODULO DINÁMICO WITCZAK 
Se determina con la ecuación predictiva de Witczak, la cual se basa en la frecuencia de 
aplicación de la carga, la composición volumétrica de la mezcla compactada, la viscosidad 
del ligante y la granulometría de los agregados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La ecuación de Witczak también puede ser expresada en la forma de una curva maestra, 
como: 
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46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conocida la viscosidad del ligante en cualquier instante ( ), el sistema determina el 
modulo dinámico de la mezcla para cualquier tiempo de aplicación de carga, tanto en la 
ecuación de la curva maestra, como en la ecuación de Witczak, utilizando un valor 
apropiado. Para ello, emplea una expresión obtenida en el “sistema de envejecimiento 
Global” 
 
6.10. LEYES DE FATIGA 
En el modelo tradicional de fatiga las fisuras se originan en la fibra inferior de la mezcla 
bituminosa (zona donde la tensión de tracción es mayor) y se propaga verticalmente hacia 
la superficie del pavimento. 
 
Daño por fatiga significa que un estado de tensión provocado por una solicitación, muy 
alejada del valor de rotura, llega a producir por acumulación (es decir, por repetición de la 
solicitación un número muy elevado de veces) el agotamiento del material, agotamiento 
que se manifiesta por la fisuración del mismo. 
 
Ensayos de laboratorio han verificado que la relación entre la deformación, ϵ1, (producida 
por la solicitación) y la duración o vida de la fatiga del material representada por el número 
N de veces que soporta la solicitación antes de romperse por fatiga. ϵ y N están ligadas 
por la expresión: 
 
 
 
 
Donde N representa el número de ciclos de carga hasta la fatiga del material al nivel de 
deformación ϵ, que es la deformación unitaria de tracción (en micro deformaciones µ m/m) 
y k1 y k2 constantes que describen el comportamiento a fatiga del material. 
 
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47 
 
Numerosos estudios se han realizado para establecer que parámetros de la mezcla 
intervienen de manera significativa en la determinación de los valores de k1 y k2. Se ha 
comprobado que están principalmente afectados por: 
 
 El módulo de la Mezcla 
 El contenido de betún 
 La viscosidad del betún (medida por el Índice de Penetración, IP) 
 La granulometría y la naturaleza de los áridos 
 El contenido de aire (huecos en la mezcla) 
 La temperatura del pavimento 
 
La acumulación de daño de fatiga D en cada punto a lo largo de la carretera debido al 
paso de los vehículos se estima mediante la aplicación de la ley de Miner de acumulación 
lineal del daño. 
 
 
 
 
 
 
Donde es el número de ciclos al nivel de deformación ϵi, es el número de 
ciclos a rotura al nivel de deformación y es el número de niveles diferentes de 
deformación. 
 
 Métodos de estimación de leyes de fatiga 
La determinación de la ley de fatiga de una mezcla bituminosa es una cuestión compleja 
que requiere muchos y costosos ensayos de laboratorio y calibraciones y calados 
posteriores del modelo in situ. Por ello se suele recurrir a los estudios genéricos 
realizados por laboratorios nacionales o por organizaciones con grandes recursos. Para el 
caso que nos ocupa se describen los dos métodos más conocidos aunque solo se aplica 
el método del Instituto del Asfalto para determinar las características de fatiga de la 
mezcla de Alto Módulo. 
 
 El método desarrollado por la SHELL. 
La expresión simplificada que establece la SHELL para definir una ley de fatiga de una 
mezcla bituminosa es: 
 
 
 
 
Donde es el porcentaje de betún en volumen y es el módulo de la mezcla en Mega 
Pascales. 
 
El método anterior permite estimar el comportamiento a fatiga de cualquier tipo de Mezcla 
bituminosa, incluidas las Mezclas de Alto Módulo. 
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Mezcla convencional: 
 
 
 
 
Mezcla alto modulo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. DESARROLLO PRÁCTICO 
 
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