diseño de pavimentos

DISEÑODE PAVIMENTOS

“AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”

UNIVERSIDAD NACIONAL

“SAN LUIS GONZAGA DE ICA” Facultad:

INGENIERIA CIVIL Trabajo:

DISEÑO DE PAVIMENTOS SEGÚN:METODO C.B.R.

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTOMETODO ASSTHO

ASIGNATURA : PAVIMENTOS.

DOCENTE : Ing. ORMEÑO

ALUMNO : VELASQUE GAVILANO HAROLD

CICLO : “X” CICLO “A”

TURNO : TARDE

ICA - PERÚ2013

Velasque Gavilano Harold Página 1


DISEÑO DE PAVIMENTOS:

METODO C.B.R.

METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

METODO ASSTHO



METODO DEL C.B.R

Para el cálculo de espesores de pavimento considera el valor soporte (C.B.R.) de la

subrasante y/o de los materiales para la sub-base y base; además un vehículo de carga por

rueda más desfavorable, con estos datos se ingresa al grafico del método del C.B.R. que

presenta curvas de cargas por ruedas comprendida entre 4 000 y 180 000 libras.

Para hacer uso de este grafico se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones:

El C.B.R. de la sub-base debe ser mayor de 15%.

El C.B.R. de la base debe ser mayor de 40% para cargas por rueda menor de 10 000

Lbs. Y no menor de 80% para cargas mayores de 10 000 Lbs.

No debe estar expuesto a la acción de las heladas.

Con los datos de C.B.R. entramos al Cuadro No.1 de Clasificación de materiales según

el C.B.R.

CBR CLASIFICACION

0 - 5 Subrasante muy mala

5 – 10 Subrasante mala

10 – 20 Subrasante regular a buena

20 – 30 Subrasante muy buena

30 – 50 Subbase buena

50 – 80 Base buena

80 - 100 Base muy buena

Tabla V.20 Clasificación del suelo de acuerdo al CBR

De acuerdo a los resultados obtenidos en el laboratorio para ambas vías utilizamos los mismos

datos:

C.B.R. del terreno de fundación : 41.00 %

C.B.R. del material de la Cantera Yaurilla : 58.00%



Según este cuadro el terreno de fundación se clasifica como una Subbase buena, y por ser

mayor que 30%, se considerara para el diseño solamente base y carpeta de rodamiento.

Se ha utilizado una carga por rueda de 4500 Kg (9900 Libras), considerando un camión de eje

tándem, por lo que emplearemos en el grafico la curva de 10 000 libras.

El procedimiento es el siguiente:

Primero utilizando el C.B.R.= 41.00% del terreno de fundación se obtiene un espesor

total de 12.00 cm.

Con el C.B.R.= 58.00% del material de la Base entramos al mismo grafico para obtener

el espesor sobre la base (capa de rodadura) obteniéndose un espesor de 7.5 cm. Pero

hemos considerado que el espesor de la carpeta asfáltica será de 5.00 cm., porque las

vías diseñadas no son de alto tráfico.

Entonces el espesor de la base será la diferencia entre el espesor total de 19.00 cm y el

espesor de la capa de rodadura 5.00 cm, luego el espesor de la base será de 14.00 cm.

Luego, por el método de CBR tenemos para ambas vías:

Capa de rodamiento : 5.00 cm.

Base granular : 7.00 cm

12.00 cm



CURVA PARA EL CALCULO DE ESPESORES DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

PARA DIFERENTES CBR Y CARGAS POR RUEDA

MÉTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO



Basado en las investigaciones realizadas en las pistas de prueba de la Carretera Experimental

AASTHO. Se tomara para el diseño del pavimento un trabajo realizado en el año 2010 en el

distrito de la Tinguiña y utilizaremos el método del instituto del asfalto. Los vehículos

observados en el estudio de tráfico son los siguientes:



ESTUDIO DE TRÁFICO

GENERALIDADES

El estudio de tráfico tiene por finalidad cuantificar, clasificar y conocer el volumen de los

vehículos que se desplazan por el sector la Tinguiña. Está vía integra la zona A y B de la

Tinguiña Baja, permitiendo el acceso y comunicación entra dichas vías que aumentará el nivel

socioeconómico.

ALCANCES

El presente estudio de tráfico se realiza como parte del Estudio Definitivo del curso de

pavimentos, del tramo comprendido entre Malecón la Chirana. El Objetivo principal del

estudio es determinar el tráfico existente en la vía, su variación histórica, composición

vehicular y su proyección, para el periodo de vida útil (20 años) de los trabajos de



mantenimiento a proponer. El estudio a través de los trabajos de gabinete tiene los siguientes

alcances:

Determinación del volumen y composición del tráfico

(Índice Medio diario promedio anual)

Factor de Crecimiento Anual

Factores destructivos por tipo de vehículo

INFORMACIÓN EXISTENTE

El estudio de tráfico se basa en la información proporcionada por el grupo, la misma que

consiste en el tráfico vehicular registrado semanalmente, desde el lunes 26 de Abril hasta el

domingo 2 de Mayo del 2010, por cada tipo de vehículo de todas las calles.

ÍNDICE MEDIO DIARIO

En base a la información existente se calcularon los índices medio anuales para cada tipo de

vehículo y por cada año.

Para realizar el Cálculo del Índice Medio Diario, se aplicó la siguiente formula:

I . M .D .= (5 PL+S+D )7

∗fc∗fs

Dónde:

PL : Promedio de volumen de transito de días laborables.

S : Conteo del día sábado.

D : Conteo del día domingo.

fs : Factor de seguridad.

fs= 1.10 (Considerando 10% más)

fc : Factor de corrección.

fc= 2b/a

b : Numero de vehículos que han pasado.

a : Total de ejes que han pasado.

Hallando PL:



LUNES 38 20MARTES 61 18MIERCOLES 98 13JUEVES 101 23VIERNES 56 12PROMEDIO 70.8 18

PL= 424 veh./dia

S= 384 veh/dia

D= 310 veh/dia

Hallando el factor de corrección (fc):

fc= 2b/a

b= PL+S+D

b= 424 + 384 + 310 = 1,118

a: Total de ejes que han pasado (asumiendo 2 ejes por vehículo)

a=2,236

Reemplazando en la fórmula de fc:

Fc= 2x1,118/ 2,236

Fc=1.00

Reemplazando en I.M.D.:

I . M .D .=(5 x 424+384+310)7

x1.00 x 1.10

I . M .D .=442veh ./dia

ÍNDICE MEDIO SEMANAL IMDs

INDICE MEDIO DIARIO SEMANALCATEGORIA TIPO DE VEHICULOS (Veh/dia)

AUTOS 129 1.00 1.10 142CAMIONETAS 27 1.00 1.10 30COMBIS 3 1.00 1.10 3MOTOTAXI 221 1.00 1.10 243

CAMION C2 22 1.00 1.10 24

Factor de Correción Estacional (F.C.E)

Corregido por el F.C.E.

Total IMDs (2010)

LIGEROS (HASTA 4000 Kg/eje)

PESADOS (MAYOR A 4000 Kg/eje)

ÍNDICE MEDIO ANUAL IMDa



Representa el promedio aritmético de los volúmenes diarios para todos los días del año,

previsible o existente en una sección dada de la vía. Su conocimiento da una idea cuantitativa

de la importancia de la vía en la sección considerada y permite realizar los cálculos de

factibilidad económica.

Para convertir el volumen de tráfico en índice medio diario anual, se utilizó las siguientes

formulas:

Dónde:

IMDS = Volumen de la semana

FC = Factor de corrección estacional

INDICE MEDIO DIARIO ANUALCATEGORIA TIPO DE VEHICULOS (Veh/dia)

AUTOS 142 1.00 1.10 156CAMIONETAS 30 1.00 1.10 33COMBIS 3 1.00 1.10 3MOTOTAXI 243 1.00 1.10 267

CAMION C2 24 1.00 1.10 26

Factor de Correción Estacional (F.C.E)

Corregido por el F.C.E.

Total IMDa (2010)



VEHICULOS POR AÑO:

VEHICULOS POR AÑOCATEGORIA TIPO DE VEHICULOS (Veh/dia)

AUTOS 156.00 56,940.00 32.16

CAMIONETAS 33.00 12,045.00 6.80 COMBIS 3.00 1,095.00 0.62 MOTOTAXI 267.00 97,455.00 55.05

CAMION C2 26.00 9,490.00 5.36

TRANSITO ANUAL

DISTRIBUCION %



FACTOR CAMION:

1. Moto taxi:


IMDA=IMDS*FC


( 3.3380 )

4

=3 x10−6

( 1.6780 )

4

=1.90 x10−7

Factor Camión=3 x10−6+1.90 x 10−7

Factor Camión=3.19 x10−6

2. Auto:

( 13.3380 )

4

=7.71 x 10−4

( 6.6780 )

4

=4.83 x 10−5

Factor Camión=7.71 x 10−4+4.83 x10−5


3. Camioneta:



( 2080 )

4

=3.91 x10−3

( 1080 )

4

=2.44 x 10−4

Factor Camión=3.91 x 10−3+2.44 x 10−4


4. Camioneta Rural:

( 166.67151 )

4

=1.48

( 83.3380 )

4

=1.18

Factor Camión=1.48+1.18

Factor Camión=2.66

5. Camión:



( 231.11151 )

4

=5.49

( 57.7880 )

4

=0.27

Factor Camión=5.49+0.27

Factor Camión=5.76

Periodo de diseño:

Periodo de diseño 20 años

Tasa de crecimiento del tráfico:

Tasa de crecimiento del trafico: 3.0%

Factor:

Fa ctor=(1+0.03)20−10.03

Factor=26.87

CUADRO PARA CALCULO DE EAL

CATEGORIATIPO DE VEHICULOS

(Veh/dia)

TRANSITO

ANUAL

FACTOR

CAMION

TASA DE

CRECIMIENT

O

EAL

LIGEROS (HASTA 4000 Kg/eje)AUTOS

156.

00

56,940.0

00.000819

2

6.87

1,253.0

5

CAMIONET

A

33.

00

12,045.0

00.00415

2

6.87

1,343.1

4

CAMIONET

A RURAL

3.

00

1,095.0

02.66

2

6.87

78,264.2

5

MOTOTAXI 267. 97,455.0 0.0000031 2 8.



00 0 9 6.87 35

PESADOS (MAYOR A 4000

Kg/eje)CAMION C2

26.

00

9,490.0

05.76

2

6.87

1,468,778.6

9

TOTAL

1,549,647.49

MODULO DE RESILENCIA:

Utilizamos para el cálculo del módulo de Resilencia la siguiente formula los cuales son

utilizados para suelos granulares por propia guía AASHTO:

Mr= (4362 ln (CBR) +241)

Dónde: realizaremos un relleno con cantera de Yaurilla y cuyo CBR =81%

Mr= (4362 ln (81) +241) psi = 19409.59 psi

Mr=134.10 Mpa

INGRESAMOS A LA CARTA DE DISEÑO: A -7

De acuerdo con los valores dados por el instituto Norteamericano del asfalto se determina el

espesor de la carpeta de rodadura a partir del CUADRO DE CARTAS DE DISEÑO DEL INSTITUTO

A TEMPERATURA DE MAAT 15.5ºC, del monograma mencionado, obtenemos un espesor de

FULL DEPH = 196 mm.

METODO AASHTO



El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los

estados unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala realizado durante 2

años en el estado de illinois. a partir de los deterioros que experimentan representar las

relaciones deterioro - solicitación para todas las condiciones ensayadas. a partir de la versión

del año 1986, el método aashto comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar

algunos parámetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo

original. Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las

condiciones locales del área donde se pretenden aplicar.

1. ecuación de diseño

El modelo de ecuación de diseño está basado en la pérdida del índice de servicialidad (∆psi)

durante la vida de servicio del pavimento; siendo éste un parámetro que representa las

bondades de la superficie de rodadura para circular sobre ella.

La ecuación de diseño es la siguiente:

1.1 Zr = desviación estándar normal (véase Tabla 4.1 y Tabla 2.2)

Tabla: Valores de la desviación estándar normal, Zr, correspondientes a los niveles de

confiabilidad, R

Tabla 2.2 Niveles sugeridos de confiabilidad de acuerdo a la clasificación funcional del camino.



La confiabilidad en el diseño (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura

tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseño

adoptada.

Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de STUDENT(Zn). A

su vez, Zr determina, en conjunto con el factor "So", un factor de confiabilidad.

1.2 So = Desviación normal del error estándar comb¡nado en la estimación de los parámetros

de diseño y el comportamiento del pavimento (modelo de deterioro).

Para pavimentos flexibles: 0,40 < So < 0,50

Se recomienda usar 0,45

1.3 SN = número estructural indicativo del espesor total requerido de pavimento.

Los materiales usados en cada una de las capas de la estructura de un pavimento flexible, de

acuerdo a sus características ingenieriles, tienen un coeficiente estructural "a¡". Este

coeficiente representa la capacidad estructural del material para resistir las cargas solicitantes.

Estos Coeficientes están basados en correlaciones obtenidas a partir de la prueba AASHO de

1958-60 y ensayos posteriores que se han extendido a otros materiales y otras condiciones

para generalizar la aplicación del método.

dr = coeficiente estructural para la carpeta asfáltica (Figura 2.5, si se conoce el Módulo de

Elasticidad de la mezcla asfáltica en psi o la Figura 00, si se conoce la Estabilidad Marshall en

libras).



A2 = coeficiente estructural para la capa base (Figura 2.6, si se utiliza capa base Granular;

Fig.: 2.8, si es capa base tratada con cemento Portland; y la Figura: 2.9, si la capa base es

tratada con bitumen)

3: = coeficiente estructural para la capa sub-base (Figura 2.7 para capa sub-base granular)

D1 = espesor de la carpeta asfáltica, en pulgadas.

D2 = espesor de la capa base, en pulgadas.

D3 = espesor de la capa sub-base, en pulgadas.



Tabla 2.4 Coeficiente de drenaje mí, recomendado

La calidad del drenaje se define en términos del tiempo en que el agua tarda en ser

eliminada de las capas granulares (capa base y sub-base):



Para calcular el tiempo en que el agua es eliminada será necesario conocer la permeabilidad, k,

pendientes, espesores Dz y D3 de los materiales a utilizar como capa base y sub-base,

respectivamente.

1.4 ∆PSI = diferencia entre el índice de servicialidad inicial, po, y el índice de servicialidad

terminal de diseño, pt

∆PSI = po- pt

Servicialidad es la condición de un pavimento para proveer un manejo seguro y confortable a

los usuarios en un determinado momento. Inicialmente se cuantificó la servicialidad de una

carretera pidiendo la opinión de los conductores, estableciendo el índice de servicialidad p de

acuerdo a la siguiente calificación:

Posteriormente se estableció una combinación matemática de mediciones físicas en los

pavimentos, siendo una forma más objetiva de evaluar este índice.

Dónde:

Sv: Varianza de las inclinaciones de la rasante existente en sentido longitudinal respecto de la

rasante inicial. Mide la rugosidad en sentido longitudinal.

cr : Suma de estas áreas fisuradas en ft2 y las grietas longitudinales y transversales en pie, por

cada 1000 ft2 de pavimento.

P: Área bacheada en ft2 por cada 1000 ft2 de pavimento.

RD: Profundidad media del ahuellamiento en pulgadas. Mide la rugosidad transversal.

Cr: Longitud de las grietas principales, selladas o abiertas expresadas en pies lineales por cada

1OOO ft2.

po = 4,2- (4,2 es la máxima calificación lograda en la AASHO Road Test para pavimento

flexible).



pt = índice más bajo que puede tolerarse antes de realizar una medida de rehabilitación = 2,5*

para carreteras con un volumen de tráfico alto ó 2,0+ para carreteras con un volumen menor.

1.5 Mn = módulo de Resilencia, en psi, del material de terracería (subrasante).

La capacidad del suelo se mide mediante las pruebas de C.B.R. y Módulo de Resilencia,

dependiendo de los equipos disponibles.

C.B.R. (Estático) o Módulo de Resilencia (Dinámico)

Relaciones C.B.R. - Módulo de Resiliencia: En nuestro país no existe experiencia ni equipos para

determinar el Módulo de Resilencia.

Ante esta carencia se recurre a correlaciones con el C.B.R. Se puede utilizar la siguiente

correlación entre el CBR de la terracería y el módulo de resilencia:

Mr (Psi) = 1500 CBR

1.6 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.

Información básica requerida:

SN = asumir un valor inicial del número estructural, considere 1 (uno) como

mínimo.

t = periodo de análisis en años.

ADT = tránsito promedio diario anual (Average Dairy Traffic) en vpd, representa el

promedio aritmético de los volúmenes diarios de tránsito durante un año,

previsibles o existentes en una sección dada de la vía. Se determina por razones

prácticas en forma diferenciada para cada tipo de vehículo.

Clasificación de los vehículos (vehículos de pasajeros, buses, camiones, etc.) y

Composición del tráfico (tipos de ejes de carga y su respectivo porcentaje de

distribución en el ADT)

g = tasa de crecimiento; representa el incremento promedio anual del ADT.

En general, las tasas de crecimiento son distintas para cada vehículo.

n = número de carriles



Do = distribución direccional crítica (a menos que existan consideraciones

especiales, la distribución direccional asigna un 50o/o del tránsito a cada

dirección)

Dr = factor de distribución por carril.



El tránsito solicitante es un factor fundamental en todos los métodos de diseño estructural de

pavimentos. Las cargas de los vehículos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos

de apoyo multiruedas para distribuir la carga total solicitante sobre una superficie mayor,

siendo posible reducir las tensiones y deformaciones que se producen al interior de la

superestructura. El número y composición de los ejes pesados que solicitarán al pavimento

durante su vida de diseño se determinan a partir de la información básica suministrada.

Procedimiento:

Asuma un valor del número estructural = SN (asumido)

Determine los factores de equivalencia, F; usando las Tablas D.1 a D.9 según sean

las condiciones o la siguiente ecuación:

Dónde:



Siendo:

L2 = 1, 2, 3 para ejes sencillos, tandem y triple, respectivamente.

Lx = cEl'gá del eje en kips.

Los resultados de la Prueba de Carreteras ASSHTO mostraron que el daño que produce un eje

con una carga determinada puede representarse por el número de pasadas de un eje sencillo

de 18 kips (8,16 t = 80 kN) de rueda doble, considerado como eje patrón, que produce un daño

similar. Distintas configuraciones de ejes y cargas inducen daños diferentes en el pavimento,

pudiendo asociarse dicho deterioro al producido por un determinado número de ejes

convencionales de 18 kips de carga por eje sencillo de rueda doble.



Calcular las repeticiones diarias para cada eje = ADT x % Composición

Calcular los ejes equivalentes de 18 kips esperados el primer día de apertura del

pavimento, ESALo.

Calcular los ejes equivalente del primer año de uso del pavimento

w18=ESALO x 365

Realizar los ajustes a causa del número de carriles y la distribución

direccional:

W18=Dd x Dl x w18

Pronosticar la cantidad de repeticiones del eje equivalente de 18 kips

esperados al final del periodo de diseño, W18 = ESAL:

2. Resolver la ecuación de diseño para SN. Esto nos proporcionará et SN catcutado.

3. Comparar el SN (asumido), el que ut¡l¡zó para determinar los factores de

equivalencia, con el SN (calculado):

Si la diferencia es menor a 1, entonces pase al punto 4.



Si la diferencia es mayor a t, entonces proceda iterativamente hasta lograr

que (calculado) - SN (asumido).

4. Utilice el procedimiento de la Figura 3.2 para determinar los espesores requeridos de

acuerdo al SN encontrado.

4.1 Para determinar el espesor de la carpeta asfáltica D1 se asume que toda la resistencia,

para soportar las repeticiones pronosticadas, la brinda la capa base. Se resuelve la

ecuación de diseño colocando en lugar del Mn de la terracería, el valor del es obtenido

por ensayo directo o por correlación con una prueba de resistencia como el CBR.

Al resolver la ecuación de diseño se obtiene un SN = SN1

Se redondea el valor de D1 a un entero de pulgada o media pulgada. Este será el valor

D1*

4.2 Para determinar el espesor de la capa base Dz se asume que toda la resistencia la brinda

la capa sub-base, de manera que



4.1 Para determinar el espesor de la carpeta asfáltica Dr se asume que toda la resistencia, para

soportar las repeticiones pronosticadas, la brinda la capa base. Se resuelve la ecuación de

diseño colocando en lugar del Mn de la terracería, el valor del Ebs obtenido por ensayo directo

o por correlación con una prueba de resistencia como el CBR.

Al resolver la ecuación de diseño se obtiene un SN = SN1

Se redondea el valor de D1 a un entero de pulgada o media pulgada. Este será el valor D1*

4.2 Para determinar el espesor de la capa base D2 se asume que toda la resistencia la brinda la

capa sub-base, de manera que

Donde SN2 se determina con la ecuación de diseño colocando en lugar del Mr el valor del

módulo de elasticidad de la capa sub-base obtenido por ensayo directo o por correlación con

una prueba de resistencia como el CBR.

Con este valor de SN = SN2

4.3 Para determinar el espesor de la capa sub-base se asume que toda la resistencia la brinda

la terracería, pero esto ya se realizó cuando usamos el Módulo de resilencia de la terracería

para calcular el SN que se convertirá en SN3.



EJEMPLO:

Carretera rural de bajo volumen de tránsito.

Hombros de asfalto.

Tráfico promedio diario anual, ADT = 218 vpd

Tasa de crecimiento medio anual, I = 7%

Periodo de diseño, t = 20 años


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