Semana 6 y 7 Pavimentos Flexibles

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Programa de Especialización en Gestión de 
Proyectos Viales
Semana 6 y 7
DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
Ing. Wilder Rodriguez
2021
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1.‐ MÉTODOSEMPÍRICOS
❖Basados en el sistema de clasificación de suelos y el tipo desubrasante 
(Oficina de Rutas Públicas de EE.UU.)
❖Basados en pruebas de carretera realizadas porAASHO.
❖En ambos casos, los métodos de diseño se basan en la experiencia, ya 
sea en pavimentos en servicio o a partir de experimentoscontrolados.
❖Las ventajas de tales métodos son que se dispone de suficientes datos 
disponibles y los procedimientos de diseño son relativamente simplesy 
consumen menos tiempo.
❖La principal desventaja es que el diseño no puede acomodar el tráfico, 
las condiciones ambientales y los materiales para loscuales no existe la 
experiencia y/olos resultados de los experimentos.
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1.1‐MÉTODO DEL CBR
❖Este método sebasaenel uso deábacosque relacionan el espesor del
pavimento requerido sobre la sub‐rasante con la capacidad de soporte
(CBR) de lamisma.
❖Elconcepto de CBR y el método de prueba, fueron desarrollados por la 
División de Carreteras de California en1920.
❖Posteriormente fue modificado por el Cuerpo de Ingenieros delos 
EE.UU.
❖Finalmente la Sociedad Americana de Ensayos de Materiales (ASTM)y 
la Asociación Estadounidense de Carreteras y Funcionarios de 
Transporte (AASHTO), adoptaron como una metodología para diseño 
estructural.
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1.1‐MÉTODO DEL CBR
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1.2‐ MÉTODOAASHTO‐93
❖El procedimiento de diseño AASHTO introdujo una seriede conceptos 
de diseño importantes.
❖El procedimiento de diseño surgió del análisis estadístico dedatos de
unaextensaprueba decarretera realizada entre 1955 y 1960 cercade
Ottawa, Illinois.
❖El tráfico, que consiste en camiones con diferentes cargas y ejes,se 
ejecutó hasta el fallo sobre diferentes secciones de pavimento, que 
consta de diferentes materiales ygrosores.
❖Seutilizaron dos conceptos importantes, la capacidad de servicio y la 
confiabilidad.
❖Este procedimiento de diseño se ha revisado posteriormentepara 
agregar más componentes mecánicos a lo largo de losaños.
❖La última versión es la GuíaAASHTOparael DiseñodeEstructuras de 
Pavimento, fue publicada en1993.
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1.2‐ MÉTODOAASHTO‐93
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1.2‐ECUACIÓNEMPÍRICA ‐AASHTO
La ecuación completa que relaciona el tráfico yel grosor es la siguiente.
El usodeestaecuación requiere la selección deniveles de confiabilidad 
en términos de ZR y S0, PSI inicial y final o cambio en PSI, y 
determinación del módulo resiliente,Mr.
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1.3‐VARIABLES
Log W18: Logaritmo de base 10 del número previsto de ESAĹ s a lo
largo de la vida útil del pavimento. El logaritmo se toma en base a la
ecuación empírica original de la prueba decarreteraAASHO.
Número estructural (SN): Es un número abstracto que expresa la 
resistencia estructural de un pavimento requerido para 
combinaciones dadas de soporte de suelo (Mr), tráfico total (ESAL) 
y cambiopermisible en la capacidaddeservicio durante la vidaútil
del pavimento (ΔPSI).
El número estructural se usa para determinar las profundidadesde capa 
mediante el uso de un parámetro llamado coeficiente de capa, talque:
Dónde
• ai es el coeficiente estructural de lacapa
• Di es la profundidad de la capa, enpulgadas.
• mi es el coeficiente de drenaje de la capa.
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1.3‐VARIABLES
Coeficiente estructuralai:
Los valores típicos de los coeficientes estructural de capa sonlos 
siguientes.
➢MAC (capa superficial): 0.44;
➢capa base (piedra triturada):0.14;
➢material de base estabilizado:0.30‐0.40;
➢subbase (piedra triturada): 0.11.
Los valores típicos de coeficientes 
estructural de capa según MTC:
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1.3‐VARIABLES
Coeficiente estructurala1‐MAC:
Se determina mediante el uso del Abaco obtenido experimentalmentey 
dependedel módulo elástico de la mezcla asfáltica a68°F.
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1.3‐VARIABLES
Coeficiente estructural a2‐BASEGRANULAR:
Se determina mediante el uso de escalas según el parámetro de capacidad 
de soporte con el que secuenta.
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1.3‐VARIABLES
Coeficiente estructural a3‐SUB‐BASEGRANULAR:
Se determina mediante el uso de escalas según el parámetro de capacidad 
de soporte con el que secuenta.
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1.3‐VARIABLES
Confiabilidad (R):
El concepto de confiabilidad se basa en la suposición de que la 
distribución de variables como el CBR, la carga, el medio ambiente, y la 
resistencia/rigidez de los materiales/capas, no son exactamente 
controlado. La confiabilidad refiere análisis probabilístico de que lavida 
de diseño prevista exceda el diseñorequerido.
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1.3‐VARIABLES
FACTOR DE CONFIABILDIAD (ZR):
Se obtiene en función de la confiabilidad mediante el siguientecuadro
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1.3‐VARIABLES
DESVIACIÓN ESTANTAR(S0):
Es el errorestándar combinado de predicción de tráfico y predicción de 
rendimiento.
Parapavimentos flexibles, S0varía típicamenteentre 0.30 – 0.45.
ÍNDICE DE SERVICIABILIDAD PRESENTE (PSI):
PSI inicial=Inicio del
periodo. PSI final=Fin del
periodo.
ΔPSI=PSI final – PSI inicial
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1.3‐VARIABLES
CORRELACIÓN ENTRE EL CBR Y EL MÓDULO RESILENTE (Mr)
(Capacidad de Carga del terreno de Fundación)
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1.3‐VARIABLES
GRAFICO COMPARATIVO DE CORRELACIÓN CBR y Mr (AASHT0 93 Y ASHHTO 2002
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1.3‐VARIABLES
CARACTERÍSTICAS DE DRENAJE
Está determinado por el coeficiente de drenaje (mi) y se determina
en función a la capacidad de drenaje que presenta las capas del 
paquete estructural, mediante la siguientetabla:
Los valores de los coeficientes dedrenaje puedenvariar desde0.4 (capas
saturadas de drenaje lento) hasta 1.4 (capas de drenaje rápido que no
se saturan). El término puededespreciarse al usar m=1.
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1.4‐ MÉTODOGRÁFICO
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1.5‐ ESTRUCTURACIÓN DELPAVIMENTO
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1.5‐ ESTRUCTURACIÓN DELPAVIMENTO
Espesores Mínimos (En pulgadas)
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Diseñe un pavimento flexible nuevo utilizando el método AASHTO‐93 
para una carreta interestatal urbana, para un período de diseño de 10 años. 
Considere un nivel de serviciabilidad inicial de 4.5 y final de 2.5. El CBR de 
la subrasante es de 6%, CBR sub‐base es de 22%, CBR de la base granular 
es de 100%. El módulo de resilencia del concreto asfálticoes de 450000 
lb/pulg2. Se proyecta un tránsito acumulado de ESAL = 2.0 × 106 en la 
pista de diseño. Considere un nivel de confiabilidad de 99% y una 
desviación estándar de 0.49. Se estima que el agua tarda aproximadamente 
una semana en drenarse desde el interior del pavimento, y que la 
estructura del pavimento será expuesta a niveles de humedad que se 
acercan a la saturación, el 30% del tiempo de vida de servicio
Determinar la estructura adecuada del pavimento flexible indicandoen 
forma ordenada los pasos que han seguido en la solución delproblema.
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1.6‐EJEMPLO
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SOLUCIÓN
Datos
• Periodo de diseño n=10años
• ESAL de diseño W18 = 2.0 ×106
• po=4.5
• pt=2.5
• Nivel de confianza99%
• S0 =0.49
• CBRSR =6%
• CBRSBG =22%
• CBRBG =100%
• MrCÆ = 450000 lb/pulg2
• Modulo resilente de la subrasante
9ksiMétodo AASHTO: Mr psi = 1500 × CBR = 1500 ×6 =
Método NCHRP 1‐37: Mr psi = 2555 × CBR 0.64 = 2555 × 6 0.64 =8ksi
Con estos datos utilizamos en 
nomograma AASHTO para el 
diseño estructural depavimento.
∆PSI =
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CONFIABILIDAD
Se debe realizar un diseño para una carreta interestatalurbana, 
entonces utilizar R=99% escorrecto
NÚMERO ESTRUCTURAL SEGÚN NOMOGRAMAAASHTO‐93
log
∆PS
I
0.40+
SN +1
1094
5.19
logW18 = ZR ×S0 + 9.36log SN +1 —0.20 +
4.2—1.5
+ 2.32log Mr —8.07
W18 =2.0 ×106
R=99%
S0=0.49
Mr =9 ksi
∆PSI = 2
SN =4.3
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ESTRUCTURACIÓN DELPAVIMENTO
capa
ulgadas
. capa.
Para la estructuración del pavimento,el métodoproporciona la siguiente 
expresión:
SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3 +⋯
Donde
ai es el coeficiente estructural dela
Di es la profundidad de la capa, en p 
mi es el coeficiente de drenaje dela
1D ≤
SN1
a1
D2 ≤ 
SN2—a1D1
a2m2
3D ≤
3SN —a1D1 —a2D2m2
a3m3
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Cálculo del coeficiente estructural a1
a1 = 0.45
MrCÆ = 450000 lb/pulg2
ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA CARPETAASFÁLTICA
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ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA CARPETAASFÁLTICA
SN1 =2.7
W18 =2.0 ×106
R=99%
S0=0.49
MrBG =30 ksi
∆PSI = 2
NÚMERO ESTRUCTURAL SN1Y D1
CBRBG = 100% entonces MrBG = 30000 lb/pulg2=30
ksi
1D ≤
1
=
SN 2.7
a1 0.45
= 6"
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Cálculo del coeficiente estructural a2 (CBRBG = 100%)
a2 = 0.14
MrBG = 30 ksi
ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA BASE GRANULAR
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Cálculo del coeficiente de drenaje m2
m2 =0.80
Como se estima que el agua tarda aproximadamente una 
semana en drenarsedesdeel interior del pavimento,yque 
la estructura del pavimento será expuesta a niveles de 
humedad que se acercan a la saturación, el 30% del 
tiempo de vida de servicio
ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA BASE GRANULAR
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ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA BASE GRANULAR
SN2 =3.8
W18 = 2.0 ×106
R=99%
S0 =0.49
MrSBG = 13 ksi
∆PSI = 2
NÚMERO ESTRUCTURAL SN2Y D2
CBRBG = 100% entonces MrSBG = 13000 lb/pulg2=13 ksi
D2≤
SN2 —a1D1
a2m2
=
3.8 —2.7
0.14 ×0.80
= 10"
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ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA sub base granular
Cálculo del coeficiente estructural a3 (CBRSBG = 22%)
a3 = 0.09
MrBG = 13 ksi
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARALA sub base granular
Cálculo del coeficiente de drenaje m3
m3 =0.80
Como se estima que el agua tarda aproximadamente una 
semana en drenarsedesdeel interior del pavimento,yque 
la estructura del pavimento será expuesta a niveles de 
humedad que se acercan a la saturación, el 30% del 
tiempo de vida de servicio
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ESTRUCTURACIÓN DEL PAVIMENTO‐PARA LA sub base granular
3 0.09 ×
0.80
NÚMERO ESTRUCTURAL SN3Y D3
El númeroestructural parael material debajo de la subbasees igual
que el calculado inicialmente
SN3 = SN = 4.3 
a3 = 0.09
m3 = 0.80
D ≤ 
4.3 —2.7 —1.12 
= 6.67" = 7"
D1 = 6"
D2 =10"
D3 =7"
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D1 = 6"
D2 =10"
D3 =7"
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ESTRUCTURACIÓN DELPAVIMENTO
Verificación de los espesores del paquete estructural
ESAL de diseño W18 = 2.0 ×106
GRACIAS