03PAVIMENTOS

Ing. Augusto García

Probablemente la variable mas importante en el diseño de una vía es el transito, pues , si bienel volumen y dimensiones de los vehículos influyen en su diseño geométrico, el numero y pesode los ejes de estos son factores determinantes en el diseño de la estructura del pavimento.

10T

o

n

7T

o

n

17 ton

Tipos de eje

Respuesta del pavimento al paso de un vehículo

a) Cableado y sensores

b) Sensores piezoeléctricos

Componentes de una estación móvil de pesaje dinámico (WIM).Medición de cargas

c) Consola de registro

Componentes de una estación móvil de pesaje dinámico (WIM).Medición de cargas

d) Señalamiento

Componentes de una estación móvil de pesaje dinámico (WIM).

� El método de diseño AASHTO, originalmente conocido comoAASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la décadade los 60, basándose en un ensayo a escala real realizadodurante 2 años en el Estado de Illinois. A partir de los deteriorosque experimentan representar las relaciones deterioro -solicitación para todas las condiciones ensayadas.

� Los modelos matemáticos respectivos también requieren de unacalibración para las condiciones locales del área donde sepretenden aplicar.

Diseño de pavimento flexible – AASHTO 93

� Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos eran tramos de dos carriles y tenían lamitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible.

� El Circuito 1 se dejo sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en lospavimentos. El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de cargas de camiones ligero.En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con camiones pesados.Los circuitos 5 y 6 tuvieron idénticas configuraciones y combinaciones de carga.

Diseño de pavimento flexible – AASHTO 93

ROAD TEST DE ASSHO (1958 – 1960)

• Último gran ensayorealizado en EEUU

• Introdujo el concepto deserviciabilidad comomedida de calidad deservicio al usuario

• Se estudiaronpavimentos rígidos yflexibles

• Se dedujeron ecuacionesen base a relacionesempíricas de estados desolicitación

ESQUEMA DE PISTAS DE PRUEBAAASHO ROAD TEST

Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-G

AASHO Road Test

Picture from: Highway Research Board Special Report 61A-G

CARGAS DE TRÁFICO EN EL ROAD TEST ASSHO

• Inicio en Nov. 1958

• Loops 3-6:

• 6 veh/carril

• 10 veh/carril (Ene 1960)

• Operación:

• 18 hr. 40 min.

• 6 días/semana

• Total Carga

• 1,114,000 Aplicaciones

• EAL Promedio: 6.2 millones

• Máximo EAL: 10 millones

(Flexible)

Trucks

AASHO Road Test

Picture from: Highway Research Board

Special Report 61A-G

TRAFICO EN EL ROAD TEST AASHO

Eje simple máximo

Eje Tandem máximo

La Serviciabilidad

La serviciabilidad se define como la habilidad del

pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y

camiones) que circulan en la vía, se mide en una

escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una

calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco)

para un pavimento excelente.

La serviciabilidad es una medida subjetiva de la

calificación del pavimento, sin embargo la

tendencia es poder definirla con parámetros

medibles como los son: el índice de perfil, índice

de rugosidad internacional, coeficiente de fricción,

distancias de frenado, visibilidad, etc.

ECUACIÓN DE DISEÑO PARA PAVIMENTO FLEXIBLE 1986-93

El modelo de ecuación de diseño está basado en la pérdida del índice de servicialidad(ΔPSI) durante la vida de servicio del pavimento; siendo éste un parámetro querepresenta las bondades de la superficie de rodadura para circular sobre ella.

FACTORES DE EQUIVALENCIADE CARGA POR EJES

ESAL= ESAL0 . 365 . Dd . Dl . {﴾ 1+ r﴿ - 1}n

r

Donde:

ESALo = Repeticiones del eje de carga equivalente actual.Dd = Factor de distribución direccional, por lo general se considera 0.5Dl = Factor de distribución de carril.r = tasa de crecimiento anualn = Periodo de diseño

• El factor equivalente de carga EALF (Equivalent Axle Load Factor). Se define comoel daño al pavimento causado por cualquier carga y que se hace corresponder aldaño introducido por un numero de pasadas de la carga estandar de diseño ejesimple de 18,000 libras SAL (Single Axle load).

• El diseño de los pavimentos se basa en el numero total de pasadas de la carga deestándar de diseño, la sumatoria se denomina ESAL (Equivalent Single Axle load).

ESALo= Σ Fi. IMDA i

El factor equivalente de carga usado depende de las condiciones del pavimento tales como: servicio Terminal (Pt) y coeficiente estructural (SN).

ESAL = W18 = Equivalent Single Axle Load = Cantidad pronosticada de

repeticiones del eje de carga equivalente de 18 kips (8,16 t = 80 kN) para el

periodo analizado.

i=1

m

Indice medio diario anual

Indice medio diario anual

Distribución direccional

� El trafico diario se computa para

ambas direcciones.

� La distribución direccional es el

porcentaje de camiones que

viajan en cada dirección.

Fuente : AASHTO

factor de distribución por carril (DL)

Fuente : AASHTO

Configuración de vehículo C2 (eje delantero sencillo y trasero dual)

7 TON 11 TON

10’

Configuración de vehículo C3 (eje delantero sencillo y traseros duales)

7 TON 18 TON

10’ 4’

Configuración de vehículo C4 (eje delantero sencillo y traseros duales)

7 TON 25 TON

10’ 4’ 4’

Configuración de vehículo T3-S2 (eje delantero sencillo y traseros duales en el tractocamión y ejes duales en el semiremolque)

7 TON 18 TON 18 TON

Configuración de vehículo T3-S3 (eje delantero sencillo y traseros duales en eltractocamión y ejes duales en el semiremolque)

7 TON25 TON 18 TON

7 TON 11 TON

10’

0.516 ESAL 2.89 ESAL = 3.406 ESAL+

Configuración de vehículo C2 (eje delantero sencillo y trasero dual)

7 TON 18 TON 18 TON

0.516 ESAL 2.03 ESAL + 2.03 ESAL = 4.576 ESAL+

Configuración de vehículo T3-S2 (eje delantero sencillo y traseros duales en el tractocamión y ejes duales en el semiremolque)

Eje equivalente de carga

Eje equivalente de carga

Eje equivalente de carga

Factor de daño

7 Tn 11 Tn

10’

Si 1 Tn < > 2.204 kips

SN asumido = 4

� 7 Tn = 15.428 kips

� 11 Tn = 24.244 kips

f7tn = 0.516 ESAL

f11tn = 3.406 ESAL

0.516

Factor de daño

Para el cálculo de los EE, se utiliza las siguientes relaciones simplificadas, que resultaron decorrelacionar los valores de las Tablas del apéndice D de la Guía AASHTO’93, para las diferentesconfiguraciones de ejes de vehículos pesados (buses y camiones) y tipo de pavimento.

EJEMPLO:

Calcular el eje equivalente ESAL de una carretera con las siguientes características.Doble viaÍndice medio diário IMD = 296 vpdTasa de crecimiento medio anual, g = 4%Periodo de diseño, t = 15 años

Estabilidad Marshall (E.T.G. – MOP) = 1000 libras

CBR BASE = 60% EBS = 27000 psi

CBRSUB BASE = 25% ESB = 14000 psi

CBRSUB RASANTE = 2% MR = 3000 psi

TIPO DE VEHICULO B2 C2 C3 C4 T3-S2 TOTAL

CANTIDAD 40 120 60 28 48 296

% COMPOSICION 13.51% 40.54% 20.27% 9.46% 16.22% 100%

W18 = ESAL

SN (asumido) = 4,0 ; Pt = 2.50

RESOLUCION:

Extraer factor equivalente de carga

para pavimentos flexibles, Pt=2.50ESALo = 981.80

Tipo de vehículo Ejes de carga

(Ton)

Ejes de carga

(kips)

Factor de

equivalencia

Repeticiones diarias Ejes equivalentes

(a) (b)= (a)x(2.204) (c) (d) (e)=(c)x(d)

B27 15.43 0.5165 40 20.66

11 24.24 2.8900 40 115.6

c27 15.43 0.5165 120 61.98

11 24.24 2.8900 120 346.8

c37 15.43 0.5165 60 30.99

18 39.67 2.0300 60 121.8

c47 15.43 0.5165 28 14.462

25 55.1 1.7800 28 49.84

T3-S2

7 15.43 0.5165 48 24.792

18 39.67 2.0300 48 97.44

18 39.67 2.0300 48 97.44

TOTAL 981.80

W18 = ESAL

SN (asumido) = 4,0 ; Pt = 2.50

RESOLUCION:

ESALo = 4,181.59

Calculamos las ejes por año

w18 = ESAL0 x 365 = 981.80 x 365 = 358 357

Afectamos por el factor de direccion y de carril

W18 = Dd x Dl x w18 = 0.50 x 1.00 x 358 357 = 179,178.50

Calculamos los ejes equivalentes al año horizonte

W18 = 179,178.50 {﴾ 1+ 0.04﴿^15-1}/0.04 = 3’587,796.40

W18 = ESAL = 3’587,796.40 = 3.59 x 106

Se dice que diseñar un pavimento es un

arte; el arte de utilizar materiales que no

conocemos completamente, en formas que

no podemos analizar con precisión, para

que soporten cargas que no sabemos

predecir, de tal forma que nadie sospeche

nuestra ignorancia.