coeficientes camino.docx

Calidad de Drenaje 50% de saturación en: 80 % de saturación en:

Excelente 2 horas 2 horas

Bueno 1 día 2 a 5 horas

Regular 1 semana 5 a 10 horas

Pobre 1 mes Más de 10 horas

Muy Pobre El agua no drena Mucho más de 10 horas



Bueno 1 día 2 a 5 horasRegular 1 semana 5 a 10 horas



1.1 COEFICIENTES DE DRENAJE

El método AASHTO propone la utilización de coeficientes modificados de drenaje para las capas del pavimento, en función de las características de drenaje de los materiales, del material empleado y de la posición de la capa en la estructura del pavimento. De ésta manera, la calidad del drenaje es definida en función del tiempo exigido para la remoción del agua del pavimento.

Tabla 5.1 Tiempos requeridos para drenar






Fuente: AASHTO Guía de Diseño 1993

Considerando los datos de precipitaciones en la zona de influencia del proyecto se definen los coeficientes de drenaje. Las Tablas 5.5 y 5.6 indican los coeficientes recomendados ante diferentes situaciones de drenaje, en nuestro proyecto la calidad de drenaje de la estructura de pavimento será regular, es decir, el tiempo de remoción del agua del pavimento será cercano a los 7 días y el porcentaje de tiempo que el pavimento estará sujeto a condiciones de humedad próximas a la saturación será entre 5% a 25%.

Tabla 5.2 Coeficiente de drenaje para pavimento flexible (mi)






Calidad De Drenaje

Porcentaje del Tiempo en que el Pavimento está Sometido a Niveles Cercanos a la Saturación

< 1% 1 - 5% 5 - 25% > 25%

Excelente 1,40 -1,35 1,35 -1,30 1,30 - 1,20 1,2

Bueno 1,35 -1,25 1,25 -1,15 1,15 - 1,00 1

Regular 1,25 -1,15 1,15 -1,05 1,00 - 0,80 0,8

Pobre 1,15 -1,05 1,05 -0,80 0,80 - 0,60 0,6

Muy Pobre 1,05 -0,95 0,95 -0,75 0,75 - 0,40 0,4

Fuente: AASHTO Guía de Diseño 1993

Por lo expuesto, el valor adoptado para definir el coeficiente de drenaje (mi) para el proyecto es igual a mi = 1.

La calidad del drenaje de las capas de material que constituirán la estructura del pavimento, determinada de la manera explicitada, se refleja en la obtención del número estructural (SN) a través de unos coeficientes de drenaje mi que afectan solamente a las capas no ligadas.

1.2 NÚMERO ESTRUCTURAL

El número estructural (SN) se usa para cuantificar la resistencia estructural de un pavimento requerida para una combinación de soporte suelo, tráfico total, confiabilidad y nivel de serviciabilidad.

El SN requerido es convertido en espesores de concreto asfáltico, base y sub-base a través de coeficientes que representan la resistencia relativa (ai) de los materiales de construcción y asigna a todas las capas debajo de la capa de rodadura un coeficiente de drenaje (mi) que representa la pérdida relativa de resistencia debido a sus características de drenaje y tiempo total de exposición a condiciones de humedad próximas a la saturación.

El número estructural está definido por la ecuación:

SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3

Donde:

ai = coeficiente estructural de la capa

mi = coeficiente de drenaje

Di = espesor de la capa

1.3 COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE LAS CAPAS

El coeficiente estructural de una capa representa la relación empírica entre el número estructural SN y el espesor de dicha capa, siendo una medida de la capacidad relativa del material para actuar como componente estructural de un pavimento.

El método AASHTO presenta diversas formas de obtener el valor del coeficiente estructural, en general a través de correlaciones con otras propiedades mecánicas de los materiales (CBR, módulo resiliente, módulo elástico, etc.). Estos coeficientes son posibles de determinar a través de ábacos o expresiones matemáticas. A continuación se presenta en la Tabla 5.7 valores referenciales de los coeficientes estructurales para los materiales empleados en la pavimentación.

Tabla 5.3 Valores recomendados para el coeficiente estructural “a”

Característica del material empleado ValorCARPETA AC: a1Mezcla en Planta (alta estabilidad) 0,44Mezcla en Planta (arena – asfalto) 0,40Mezcla en Vía (baja estabilidad) 0,20CAPA BASE: a2Grava – Arena 0,07Piedra Triturada 0,14Grava con Cemento qu 7 días: 45.5 kg/cm2 0,23qu 7 días: 28 - 45.5 kg/cm2 0,20qu 7 días: 28 kg/cm2 o menos 0,15Grava Estabilizada con Asfalto 0,34Arena Estabilizada con Asfalto 0,30Material tratado con Cal 0,15 – 0,30CAPA SUB-BASE:a3Grava – Arena con cemento 0,11Arena o Arena Arcillosa 0,05 – 0,10

1.3.1 Mezcla y coeficiente estructural del Concreto asfáltico

Las mezclas de HMA (high matrix asphalt) difieren unas de las otras principalmente por el tamaño máximo del agregado, la gradación del mismo y el contenido/tipo de ligazón (imprimación) de asfalto. Las mezclas más comunes son: 1) HMA gradación-densa, 2) matriz asfalto-piedra (SMA) y 3) HMA de gradación-abierta.

Una mezcla de gradación-densa HMA es una mezcla bien gradada para uso general. Son definidas por el tamaño máximo nominal del agregado y pueden ser luego clasificadas en gradación fina y gradación gruesa. Son adecuadas para todo pavimento y condiciones de tráfico. Trabajan bien para las necesidades: estructurales, de fricción, nivelación y parchado.

La Tabla 5.8 muestra, de manera referencial, las recomendaciones de gradación para una mezclas de concreto asfáltico realizadas por la Asociación Nacional de Pavimentos Asfálticos de los estados Unidos.

Tabla 5.4 Definiciones de gradación del HMA

Fuente: National Association of Pavement Asphalts NAPA E.U., 2001

De acuerdo con el Instituto del Asfalto, el tamiz Nº 8 (2,36 mm) define la textura de la mezcla. En caso de desear que la carpeta de rodamiento tenga textura fina el pasante por dicho tamiz debe aproximarse al límite superior. Por el contrario, si la intención es lograr textura gruesa se debe acercar al límite inferior.

Para el presente proyecto se recomienda la ejecución de carpetas de rodamiento con textura gruesa, que presentan mayor adherencia neumático – pavimento. Para ello en las Especificaciones se debe indicar que la mezcla debe tender a valores entre el 30 y 35% en el mencionado tamiz.

Con relación al tipo de asfalto a utilizar en las mezclas en caliente, se recomienda que cumplan los requerimientos de la Norma ABC y optar por el CA 85-100 con viscosidades absolutas entre 2.400 y 3.600 poises.

Con relación al contenido de asfalto, y considerando los agregados pétreos que se utilizarán en esta obra, se considera importante limitar el porcentaje mínimo al 4,9% en carpeta.

En cuanto a las exigencias del ensayo Marshall, se recomienda complementar la especificación de la Norma ABC incorporando lo siguiente:

Estabilidad: Mínimo 800 kg - Máximo 1.000 kg

Relación pasante # 200 sobre contenido de asfalto, menor o igual a 1,1

Relación Estabilidad – Fluencia entre 1.600 y 2.000 kg.cm

Se aconseja que no deban establecerse diferencias de calidad entre base y carpeta asfáltica.

La experiencia indica que el ensayo Marshall tiene dispersiones importantes en sus valores de estabilidad y fluencia, que no se condicen con la posible variación de calidad

de la mezcla ensayada, ya que estas dispersiones existen aún con cada una de las probetas del juego de tres.

Atento a la existencia de tales dispersiones, resulta aleatorio exigir un nivel de calidad y uniformidad en este ensayo, por lo que se estima conveniente circunscribirse al entorno de valores máximos y mínimos requeridos.

Por otra parte se considera que lo importante en este caso, es que la mezcla colocada presente estabilidades y fluencias que se encuadren dentro de los límites fijados, y no que sean un porcentaje de los valores de la Fórmula.

La Tabla 5.9 es una referencia para seleccionar una adecuada mezcla asfáltica en función del flujo de tráfico existente y proyectado. De la Tabla se ha adoptado para el proyecto la mezcla HMA gradación-densa (i.e., CA 85-100).

Tabla 5.5 Guía general para tipos de mezcla apropiados para capas asfálticas

A = Apropiado., M.A. = Moderadamente apropiado, Vacío = No apropiado.Fuente: National Association of Pavement Asphalts NAPA E.U., 2001

Considerando al concreto de gradación densa (HMA o AC 85-100) como favorable para el presente proyecto y se ha determinado su aporte estructural (coeficiente a1) de las Figuras 5.2 y 5.3 recomendadas en la Guía AASHTO 93.

Figura 5.1 Nomograma del Coeficiente estructural de la capa de rodadura de CA relacionada a diferentes ensayos de Asfalto (Van Til et al. 1972)

Figura 5.2 Carta para estimar el coeficiente estructural del Concreto Asfáltico Densamente gradado en función del módulo elástico (resiliente)

De las Figuras 5.2 y 5.3 anterior se ha determinado el aporte unitario estructural con una estabilidad Marshall mínima de 800 kg (1766 lb.); lo que corresponde a un coeficiente de aporte estructural en el concreto asfáltico AC igual a 0,41/pulg. (0,161/cm), y un módulo resiliente de 400.000 psi (2760 MPa). No obstante, se adopta un valor de 0,17/cm que es de uso generalizado en nuestro país, lo que corresponde a un valor de a1 igual a 0.433/pulg. Este valor de coeficiente estructural representa aproximadamente 420000 psi de acuerdo con la Figura 5.3.

La Tabla 5.10 presenta los coeficientes estructurales adoptados en el proyecto para los materiales de la estructura del pavimento.

Coeficiente estructural de capa a1 para el concreto asfáltico

Módulo Elástico EAC (psi) del Concreto Asfáltico a 20ºC

Tabla 5.6 Coeficientes estructurales adoptados

Capas Código Material CBR %Módulo

elástico ó MR (psi)

ai

Concreto asfáltico CAMatriz asfáltica densamente gradada (valores característicos tomados a 20ºC)

N.A. 420000,00 0,433/pulg.

Revestimiento TSD Tratamiento Superficial Doble N.A. N.A. 0,001

Base BS Granular triturado 80,0 29232,33 0,135/pulg.Subbase SB Granular 40,0 16199,09 0,117/pulg.

Fuente: Elaboración propia

1.4 CÁLCULO DE ESPESORES DE CAPAS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTOS

Una de las normativas, AASHTO recomienda algunos espesores mínimos para las capas de revestimiento y capas base en función del número de ejes equivalentes acumulados (Sección II-35; AASHTO/93 Guide for Design of Pavement Structures).

Sin embargo, los espesores de las capas deberán ser determinados a través de los siguientes pasos:

1. Determinación de los números estructurales necesarios sobre la subrasante (SN3), sobre la subbase (SN2) y sobre la base (SN1), conforme lo indicado en la Figura 5.1. La ecuación indicada anteriormente deberá ser utilizada para la determinación de los números estructurales requeridos para cada capa.

Figura 5.3 Determinación de los Espesores de Pavimento

Fuente: Elaboración propia

2. El espesor del revestimiento es calculado por la expresión:

H1¿≥SN1a1

3. El espesor de la base es calculado por la expresión:

SN1

¿=a1H1¿≥SN1

H2¿≥SN2−SN1¿

a2×m2

4. El espesor de la subbase es calculado por la expresión:

SN1

¿+SN2

¿≥SN2

H3¿≥SN 3−(SN 1¿+SN

2¿ )

a3×m3

Si los espesores obtenidos a través de las expresiones matemáticas resultan inferiores a los espesores mínimos definidos en el método AASHTO, dichos valores mínimos deberán ser adoptados, lo que obliga a la definición nuevos valores de SN1 y SN2, con base en los espesores adoptados. En el Anexo 3 se pueden apreciar las planillas iterativas de cálculo para el diseño de la estructura de pavimento.

coeficientes camino.docx

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