DISEO DE PAVIMENTOS

METODO EMPIRICO

INSTITUTO DE INGENIERIA DE LA UNAM

AntecedentesEl Instituto de Ingeniera de la UNAM realiza investigaciones sobre pavimentos flexibles con el fin de obtener criterios adecuados a las condiciones del pas en aspectos relacionados con diseo, construccin, reconstruccin y modernizacin de carreteras.

Los estudios desde 1962 son patrocinados por la Secretara de Asentamientos Humanos y Obras Pblicas (SAHOP).

ObjetivoProporcionar lineamientos para el diseo o refuerzo de carreteras con pavimento flexible, en climas tropicales, secos y subtropicales, de acuerdo a las investigaciones obtenidas en la pista circular de pruebas.

El criterio de diseo est limitado al caso tpico en el que los espesores de las carreteras rara vez excede de 7.5 cm y las dems capas de la carretera generalmente estn constituidas por materiales granulares y por suelos finos estabilizados mecnicamente por compactacin.

En el caso de que se presente deformabilidad perjudicial en el terrapln causada por cambios volumtricos, asentamientos o por consolidacin, el diseo consistir fundamentalmente en controlar las deformaciones del terrapln con estudios de mecnica de suelos.Criterios de diseo

Modelo terico de ComportamientoPara el modelo de comportamiento a fatiga, considerada como deformacin permanente acumulada, se supone una resistencia uniforme en las capas de su estructura y llega a la falla funcional cuando ha soportado el nmero de cargas estndar especificado para la vida de proyecto. Si la resistencia no es uniforme, la capa con resistencia relativa mnima determina la vida de servicio de la carretera.Se emplean conceptos de capacidad de carga en suelos cohesivos y la distribucin de esfuerzos verticales ( sz) de Boussinesq, para una placa circular de radio a, apoyada uniformemente en la superficie de un medio elstico, homogneo e istropo

Cada capa i tiene un espesor equivalente aiDi, donde Di es el espesor real y ai es un coeficiente de equivalencia estructural que toma en cuenta la capacidad de reparticin de carga

Calibracin del modeloSe hace en trminos de un indicador de resistencia, el cual puede obtenerse de pruebas triaxiales o de placa en condiciones estticas o dinmicas; por razones de aplicacin prctica (empricos) el modelo se calibr en trminos del Valor Relativo de Soporte Crtico esperado en el lugar durante la vida de servicio de la carretera VRScrit.VRScrit = VRS(1 0.84 V)

Donde VRS = Valor Relativo Soporte medioV = Coeficiente de variacin

Variables de diseoEstructurales. Incluye caractersticas relativas a cada una de las capas, espesores, resistencia y deformabilidad en condiciones esperadas de servicio.

Carga: Son los efectos producidos por el trnsito mezclado. TDPA, cargas por eje sencillo o mltiple, presin de contacto, distancia entre ejes y configuracin.

El trnsito mezclado se transforma en trnsito equivalente en ejes sencillos. Un eje equivalente se define como la solicitacin de un eje sencillo de 8.2 toneladas y llantas con presin de contacto de 5.8 kg/cm2.

Condiciones ambientales: Las caractersticas reolgicas de los materiales que constituyen la carretera dependen de la temperatura, rgimen de precipitacin, precipitacin media anual, nivel fretico, geologa y topografa de la regin.

De conservacin: Un buen mantenimiento garantiza que las variaciones en las caractersticas constructivas de los materiales sean mnimas, el costo puede ser excesivo. La ausencia de conservacin, implica cambios fuertes y deterioro acelerado del camino.

Comportamiento: Un pavimento adecuado es el que llega a la falla funcional despus de haber resistido el trnsito de proyecto con la calificacin ms alta. El comportamiento del pavimento depende de la interaccin entre las capas estructurales, solicitaciones de trnsito, clima, condiciones regionales y tipo de conservacin.

La falla funcional ocurre con ISA menor a 2.5.

Criterios de decisin: Disponibilidad de fondos, costos, confiabilidad y economa de la obra, seguridad y calidad de operacin.

Determinacin del Valor Relativo de Soporte

VRScrt estimado para Pavimentos subrasantes compactadas al 95 % PVSM Prctor Estndar

TrnsitoEst caracterizado por la variable S L o nmero de aplicaciones de carga estndar previsto al trmino del plazo de anlisis, para su clculo se emplea:Donde:Ciproporcin de cada tipo de vehculo (i) en la corriente del trnsito (composicin)Cdproporcin del nmero de vehculos en el carril de proyecto. Se recomienda 0.5 para carreteras de 2 carriles, 0.4 a 0.5 para cuatro carriles y 0.3 a 0.4 para seis o ms carrilesCTcoeficiente de acumulacin del trnsito al cabo de n aos de operacin con una tasa de crecimiento del trnsito r

dmcoeficiente de dao del vehculo tipo i cargado

dvcoeficiente de dao del vehculo tipo i vaco

TDPAvolumen de trnsito diario promedio anual

Wiproporcin de vehculos cargados por cada tipo de vehculo i

SLNmero de aplicaciones de carga estndar producidas por p tipos de vehculos durante n aos

EJEMPLO DE APLICACIONSe va a proyectar un pavimento de dos carriles tipo secundario nueve aos de vida. La carretera est en terreno plano con caractersticas geomtricas aceptables, la altura de los terraplenes no sobrepasa un metro. El nivel fretico est en promedio 80 cm de la superficie del terreno natural. La regin es del tipo subtropical y la precipitacin pluvial est concentrada en verano. En esta poca se forman numerosos charcos y se eleva el nivel fretico por lo que las condiciones de drenaje no son del todo buenas.El suelo es relativamente homogneo arcillosos CL, LL 45% , IP 20%.Los materiales para pavimento se obtienen de un banco de basalto y de un arroyo cercano, puede disponerse de:Piedra triturada, grava natural, arena arcillosaTDPA se estima 500 vehculos Tasa de crecimiento 7.5% anual Composicin vehicular se muestra en la siguiente tabla.

Composicin vehicular

Caractersticas de los materiales a utilizar

Espesores en capas de pavimento

Determinacin de ejes equivalentes

Coeficiente de acumulacin del trnsito a travs del tiempo

Nivel de confianza

Determinacin de espesores

Coeficientes de dao