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Diseño PavimentoFlexible

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Parametros para el diseño estructural adecuado de pavimento flexible

Parametros para el diseño estructural adecuado de pavimento flexible

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  • 1. Modulo 3-1 DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
  • 2. Condiciones Específicas del ART
    • Clima de Norte Illinois 762mm lluvia
    • 12 ciclos congel.
    • Construcción de muy alta calidad
    • Secciones de ensayo cortas: 37 m (120 ft)
    • 4 tipos de base (pavimentos flexibles)
      • Caliza Chancada, Grava, Grava tratada con cemento, Grava tratada con Asfalto
    • Combinación específica de capas
    • Máximo número de ESALS: 7 millones.
  • 3. Modelo de Diseño Actual de Pavimentos Flexibles + 2.32 * log (M ) - 8.07 Log W = Z * S + 9.36 log (SN + 1) - 0.20 o R R + 0.40 + 1094 (SN + 1) 5.19 log  p 4.2 - 1.5 [ ] t
  • 4. Variables Generales Para el Diseño
    • Variables de tiempo
      • Período de desempeño
      • Período de análisis
    • Tráfico
    • Nivel de confianza para el diseño
    • Efectos de medio ambiente
      • Hinchamiento
      • Congelamiento
      • Deshielo
  • 5. Período de Desempeño (vida útil)
    • Tiempo para el cual el pavimento se deteriorará hasta un cierto nivel de serviciabilidad final, en función de:
      • Clasificación funcional de la carretera
      • Respuesta de los usuarios
      • Costo inicial y costo del ciclo de vida
      • Otras consideraciones de ingeniería.
    • El diseñador debe seleccionar las fronteras máximas y mínimas.
  • 6. Período de Análisis Tiempo que debe ser cubierto por cualquier estrategia de diseño (diseño inicial y rehabilitaciones planeadas). El diseñador debe seleccionar el período de análisis (min. 20 años), para evaluar con precisión las estrategias a largo plazo en base a costos de ciclo de vida. Para gran volúmen de tránsito debería ser 30-50 años.
  • 7. Período de Análisis y de Desempeño p P1 P2 1.5 0 Sobrecarpeta N N 1.5 f Período de Análisis N Período de Desempeño (vida útil)
  • 8. Datos de Tráfico Ejes Equivalentes acumulados de 80KN para el período inicial de desempeño en el carril de diseño
  • 9. Nivel de Confianza Probabilidad de que el pavimento sobreviva a su período de desempeño. En la ecuación de diseño, Fr es un multiplicador del tráfico. Fr = f(R,So) Fr es el coeficiente de seguridad del diseño Para el caso de rehabilitaciones planeadas, se debe considerar el factor compuesto, R 1/n
  • 10. Nivel de Confianza, R Clasificación Interestatal/Autopista Arteria Principal Colectores Locales Urbano 85-99.9 80-99 80-95 50-80 Rural 80-99.9 75-95 75-95 50-80
  • 11. Desviación Standard, So Factor que toma en cuenta los errores o variabilidad asociados con el diseño y los datos de construcción, incluyendo la variabilidad en las propiedades de los materiales del suelo, estimaciones de tráfico, condiciones climáticas y calidad de construcción. Si existe gran confiabilidad en los datos de tráfico se recomienda 0.44, de no ser así, 0.49
  • 12. Efectos Ambientales Adversos AASHTO tiene un procedimiento para considerar la pérdida de serviciabilidad por cuestiones de medio ambiente como hinchamiento de suelos y congelamiento. Estos aspectos deben preferentemente tratarse en el campo, tratar los suelos expansivos o removerlos y construir por sobre las capas susceptibles de congelamiento.
  • 13. Criterio de Desempeño
    • Indice de serviciabilidad inicial Po
      • Diseño de Pavimento.
      • Construcción según la suavidad especificada (IRI).
    • Serviciabilidad final Pt
      • Importancia del pavimento
      • Clasificación funcional
    • Pérdida de serviciabilidad
    • PSI = Po - Pt
  • 14. Valores Recomendados de Serviciabilidad
    • Serviciabilidad inicial:
      • 4.2 en el AASHTO Road Test.
      • 4.5 o mayor con especificaciones estrictas, alto grado de control y equipo de última generación.
    • Serviciabilidad final:
      • 1.5 en el A AASHTO Road Test (falla)
      • Dependiendo del tipo de vía 2.5 en vías importantes y 2.0 en vías de bajo tráfico
  • 15. Propiedades de los Materiales para Diseño Estructural
    • Módulo Resiliente
      • Suelo de Subrasante
      • Capas Granulares
    • Módulo Elástico
      • Concreto Asfaltíco
      • Materiales Estabilizados.
  • 16. Módulo Resiliente de la Subrasante
    • Muestras del suelo natural o banco de préstamo
      • Muestras inalteradas
      • Perforaciones
      • Deflecciones
      • Penetrómetro dinámico de cono
      • Espaciamiento: 100 a 500m alternando líneas.
  • 17.
    • Realizar ensayos de:
      • Módulo Resiliente (AASHTO T 294-921)
      • CBR, Valor-R
      • Propiedades de suelos
      • Retrocálculo por deflexiones
      • Penetrómetro-estimar CBR.
    • Determinar valor promedio Mr para los niveles de humedad esperados en el futuro.
      • Variaciones Estacionales
    Módulo Resiliente de la Subrasante (2)
  • 18. Determinar variaciones estacionales del Módulo Resiliente Dividir el año en períodos cortos de tiempo Determinar el valor del daño relativo para cada módulo estacional Estimar el Mr efectivo Módulo Resiliente Efectivo de la Subrasante
  • 19. Ecuación del Número Estructural SN eff = a 1 D 1 + a 2 D 2 m 2 + a 3 D 3 m 3 + ... D i = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase) a i = Coeficiente estructural de la capa “i” m i = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas consideradas impermeables i= 1
  • 20. Coeficientes Estructurales de Capa (a i )
    • Capacidad relativa de un material de espesor unitario para que funcione como un componente estructural del pavimento
    • Indicación de la contribución estructural de un material a la estructura del pavimento
    • Los valores originales se derivan del AASHO Road Test y han sido modificados por varias agencias de vías
  • 21. Coeficientes de Drenaje (m i )
    • Ajustan los coeficientes estructurales de materiales no tratados para tomar en cuenta los efectos de drenaje en el desempeño de los pavimentos en función de:
    • Calidad del Drenaje.
    • Tiempo de saturación.
    • Las condiciones de drenaje en el AASHTO Road Test fueron pobres.
  • 22. Calidad del Drenaje Calidad de Agua Removida dentro de Drenaje Excelente 2 horas Bueno 1 día Regular 1 semana Pobre 1 mes Muy Pobre El agua no drena
  • 23. Valores m i Recomendados Calidad del Drenaje Excelente Buena Regular Pobre Muy Pobre < 1% 1.40-1.35 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.05 1.05-0.95 1-5% 1.35-1.30 1.25-1.15 1.15-1.05 1.05-0.80 0.95-0.75 5-25% 1.30-1.20 1.15-1.00 1.00-0.80 0.80-0.60 0.75-0.40 > 25% 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 % del tiempo en que la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación
  • 24. Procedimiento de Diseño
    • Determinación de Espesores:
      • Soluciones manuales
      • Abacos (Nomogramas)
      • Software
  • 25. Abaco de Diseño
  • 26. Procedimiento de Diseño de AASHTO Determinar el número estructural requerido Identificar diseños tentativos Corregir por pérdidas de serviciabilidad ambientales (opcional) Determinar opciones “en etapas” Realizar análisis de costo del ciclo de vida Definir el diseño final del pavimento
  • 27. Ecuación del Número Estructural SN ef = a 1 D 1 + a 2 D 2 m 2 + a 3 D 3 m 3 + ... D i = Espesor de la capa “i” (asfalto, base, subbase) a i = Coeficiente estructural de la capa “i” m i = Coeficiente de drenaje de las capas “i”, capas consideradas impermeables i= 1 NO EXISTE UNA SOLUCION UNICA
  • 28. Consideraciones para la Selección de los Materiales Facilidad de construcción Disponibilidad a distancias razonables Consideraciones de costo Consideraciones de mantenimiento Normas de la entidad ejecutora Espesores Mínimos (tabla 8-2)
  • 29. Análisis con Verificación por Capas Espesores Mínimos en Función del SN D i = SN i+1 - SN i a i m i Espesores mínimos para proteger la capa subyacente D i = Espesor de la capa “i” a i = Coeficiente estructural de la capa “i” m i = Coeficiente de drenaje de las capas “i” SN i = Número estructural requerido sobre la capa SN i+1 = Número estructural requerido por encima de la capa subyacente substituir el Mr de la subrasante por el Mr de la capa
  • 30. Análisis con Verificación por Capas Espesores Mínimos en Función del SN D i = SN i+1 - SN i a i m i Substituir el Mr de subrasante por el Mr de base, determinar S1 con el mismo ábaco u ecuación. Con S1 y a1 definir D1. (D1 = S1/a1) Con Mr de subbase, determinar SN2, el valor debe ser absorbido por el asfalto y la capa base, entonces se puede determinar D2 … Los espesores tienen la lógica del sistema en capas.
  • 31. Análisis con Verificación por Capas Espesores Mínimos en Función del SN Los espesores tienen la lógica del sistema en capas. Cada capa estaría protegida por la capa superior. El criterio no es aplicable para capas con módulo resiliente mayor a 40,000 psi (280 MPa)
  • 32. Construcción en Etapas Construcción de la estructura del pavimento en etapas, de acuerdo con una programación pre-determinada . Fondos limitados para el diseño completo Se espera que los volúmenes de camiones se incrementen fuertemente en el futuro Diseñar la 2a etapa como Sobrecarpeta (método de la vida remanente) R(etapa) = R (global) 1/n
  • 33. Análisis de Sensibilidad Examinar el efecto de diferentes datos en el Número Estructural resultante. Provee un indicador de los valores que deben ser seleccionados más cuidadosamente.
  • 34. Ejemplo de los Apuntes
    • ESALs = 10 millones
    • Serviciabilidad inicial = 4.2
    • Serviciabilidad final = 2.5
    • Nivel de confianza = 90%
    • Desviación standard = 0.45
    • Módulo Resiliente = 5000psi
  • 35. Los Gráficos de Sensibilidad se Observan en DIPAV
  • 36. Limitaciones del Método de Diseño AASHTO
    • Materiales y subrasantes limitados.
    • Variabilidad de materiales y de los procesos construcctivos
    • Una sóla región climática
    • Corto periodo de desempeño del Road Test
    • No uso de tráfico mixto
    • Ausencia de guía en algunas variables de diseño
    • Modelos extrapolados para los Factores Equivalentes Vehiculares
    • Es importante la calibración a condiciones locales