Rehabilitaci

1
Rehabilitación y Mejoramiento de laCarretera X
Diseño de Pavimento Flexible
2
Estructura del Informe

• 5.1. Diseño de la estructura del Pavimento
  Flexible
• 5.1.1 Alcance
• 5.1.2 Método de Diseño
• 5.1.3 Estimación de las cargas de diseño
  (Wt18)
• 5.1.3.1 Tránsito promedio diaria anual (TPDA)
  
• 5.1.3.2 Factores de equivalencia de carga
• 5.1.4 Confiabilidad en el diseño (R)
• 5.1.5 Variación permisible en la Servicapacidad
  (Dpsi)
• 5.1.6 Caracterización del material de la
  sub-rasante y definición de la Unidad de Diseño
• 5.1.7 Determinación del Número Estructural (SN)
  en cada Unidad de Diseño
• 5.1.8 Materiales y mezclas para las capas de la
  estructura del pavimento
• 5.1.9 Alternativas de diseño
• 5.1.10 Espesores de la estructura de pavimento
  para cada alternativa
• 5.1.11 Alternativa final a ser seleccionada

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1. Alcance del Proyecto de Pavimentos

• Análisis de las variables de diseño y materiales
  de construcción para definir la estructura de
  pavimento para la Rehabilitación y Mejoramiento
  de la Carretera.

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2. Método de Diseño

• El Método seleccionado es el desarrollado por la
  Asociación Americana de Administradores Estadales
  de Carreteras y Transporte (AASHTO)
• Guía de diseño AASHTO-93
• Manual SIECA
• Programa de diseño de pavimentos desarrollado por
  la Asociación Americana de Pavimentos de Concreto
  (ACPA), versión WinPas, aplicación para
  pavimentos flexibles (1993).

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2.1 Ecuación de diseño
(Ecuación 1)
Variables independientes Wt18 Número de
aplicaciones de cargas equivalentes de 80 kN
acumuladas en el periodo de diseño (n). ZR
Valor del desviador en una curva de distribución
normal, función de la Confiabilidad del diseño
(R) o grado confianza en que las cargas de diseño
no serán superadas por las cargas reales
aplicadas sobre el pavimento.
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2.1 Ecuación de diseño

• So Desviación estándar del sistema, función de
  posibles variaciones en las estimaciones de
  tránsito (cargas y volúmenes) y comportamiento
  del pavimento a lo largo de su vida de servicio.
• ?PSI Pérdida de Serviciabilidad (Condición de
  Servicio) prevista en el diseño, y medida como la
  diferencia entre la planitud (calidad de
  acabado) del pavimento al concluirse su
  construcción (Serviceabilidad Inicial (po) y su
  planitud al final del periodo de diseño
  (Servicapacidad Final (pt).
• MR Módulo Resiliente de la subrasante y de
  las capas de bases y sub- bases granulares,
  obtenido a través de ecuaciones de correlación
  con la capacidad portante (CBR) de los
  materiales (suelos y granulares).

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2.1 Ecuación de diseño

• Variable dependiente
• SN Número Estructural, o capacidad de la
  estructura para soportar las cargas bajo las
  condiciones (variables independientes) de diseño.

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3. Estimación de las cargas de diseño (Wt18)

• Wt18EEoF
  (Ecuación 2)

EEo Cargas acumuladas en el primer año del
periodo de diseño
EEo TPDA Vp FC fds fuc A D
F Factor de crecimiento
F (1 TC)n 1 / TC
TC tasa de crecimiento interanual n
periodo de diseño
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3. Estimación de las cargas de diseño (Wt18)
EEo Cargas acumuladas en el primer año del
periodo de diseño
EEo TPDA Vp FC fds fuc A D
TPDA Tráfico Promedio Diario Anual, para el
primer año del periodo de diseño. Vp
Porcentaje de vehículos de carga dentro del
volumen de tráfico total FC Factor Camión,
o carga equivalente total por camión
promedio fds factor de distribución del
tráfico por sentido de circulación fuc
factor de utilización del tráfico total por
sentido en el canal de diseño A factor
de ajuste por tráfico desbalanceado D
Días por año en que circulará por el canal de
diseño el tráfico definido por los términos
anteriores (365 días en este proyecto).
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3.1 Valores de TPDA y TC
Fuente Estudio de Tráfico Carretera
11
3.2 Factores de equivalencia de cargas
Fuente Guía AASHTO-93, para SN 4.0 y pt 2.5
12
3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes
simples)
Fuente Guía AASHTO-93, para SN 4.0 y pt 2.5
13
3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes
dobles)
Fuente Guía AASHTO-93, para SN 4.0 y pt 2.5
14
3.2 Factores de equivalencia de cargas (ejes
triples)
Fuente Guía AASHTO-93, para SN 4.0 y pt 2.5
15
3.3 Factores camión por tipo de vehículo, para la
combinación de cargas sobre la vía(Fuente
Estudio de Tráfico, Aparte IV.4.1 y Guía
AASHTO-93)
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3.4 Cargas equivalentes acumuladas en el periodo
de diseño (Wt18)
Veh. Liv. Pesados de Pasajeros Pesados de Pasajeros Pesados de Carga Pesados de Carga Pesados de Carga Pesados de Carga
Veh. Liv. MBus Bus C2 Liv. C2 C3 Otros

Totales Totales 773 32 568 372 3,617 3,161 32
FE FE 0.0003 0.4811 0.7963 0.0572 0.5975 1.2633 2.1035
fds fds 0.52 0.52 0.52 0.52 0.52 0.52 0.52
DIAS DIAS 365.00 365.00 365.00 365.00 365.00 365.00 365.00
fuc fuc 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
A A 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
REE REE 44 2,922 85,848 4,036 410,183 757,939 12,776
REEtotal REEtotal 1273,748 1273,748 1273,748 1273,748 1273,748 1273,748 1273,748

• RESUMEN

VIDA UTIL (años) Cargas de diseño
20 1,273,748
15 779662
10 415113

• CONSIDERACIONES
• fds 0.52 (Fuente Estudio de Tránsito)
• fuc 1.0 (Fuente Guía AASHTO-93)
• A 1.0 (Fuente Guía AASHTO-93)

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4 . Confiabilidad en el diseño (R)

• La Confiabilidad y el Factor de Seguridad

Valor de la Confiabilidad Zr So Factor de seguridad
50 0.000 0.45 1.00
60 - 0.253 0.45 1.30
70 - 0.524 0.45 1.72
75 - 0.674 0.45 2.01
85 - 1.037 0.45 2.93
95 - 1.645 0.45 5.50
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5. Variación permisible en la Servicapacidad(Dpsi
)

• Servicapacidad inicial (po) 4.2
• Condición de servicio de un pavimento al concluir
  su construcción
• Servicapacidad final (pt) 2.00
• Condición de servicio de un pavimento en una vía
  rural principal al final de su vida de servicio

Ambos valores son recomendados por el Manual
SIECA y la Guía AASHTO-93
Dpsi 4.2 2.0 2.2
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6. Caracterización del material de sub-rasante

• Fueron ensayadas 21 muestras del material de
  fundación sobre la línea.
• (Estudio de suelos para revisión de estructura
  de pavimentos, ASOCIO, enero 2009)
• Estos resultados fueron analizados bajo el
  procedimiento del Instituto del Asfalto, para
  determinar el CBR de Diseño.

20
6. Caracterización del material de sub-rasante
21
6. Caracterización del material de sub-rasante
22
6. Unidades de diseño en función de los CBR

• Correlación entre valores de CBR y Módulo
  Resiliente (MR)

Ecuación de correlación integrada dentro del
Programa Winpas de la APCA
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7. Número Estructural (SN/sr) sobre la SR
Valores requeridos de Número Estructural (SN)
sobre la sub-rasante
VIDA UTIL (años) Cargas de diseño MR sub-rasante psi SN/sub-rasante
20 1,273,748 4,211.7 3.82
15 779662 4,211.7 3.56
10 415113 4,211.7 3.24
Solución de la Ecuación AASHTO-93 para las
diferentes variables independientes
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8. Calidad de materiales para capas del pavimentos

• Material para sub-base
• Los resultados de los ensayos ejecutados sobre
  los materiales encontrados en los bancos a lo
  largo del trazado, permiten concluir que no se
  encontrarán materiales aptos para ser empleados
  como sub-base granular, ya que, en los bancos
  analizados se han obtenido valores de CBR muy
  bajos.
• Con base en lo anterior se recomienda que el
  actual rodamiento se estabilice en 20 centímetros
  con cemento y sea considerada la subbase, en
  función de ello se estima un coeficiente
  estructural (a3) de 0.10 y un coeficiente de
  drenaje (cm3) de 1.0

asub-base 0.10 y coeficiente de drenaje 1.0
25
8. Calidad de materiales para capas del pavimentos

• Material para base granular
• Como material de base granular se recomienda una
  mezcla de materiales granulares, debidamente
  triturados y gradados, que resulten con un CBR
  mínimo de 80. La correlación PAS para este tipo
  de material arroja un MR de 38,971 psi. La Guía
  de Diseño AASHTO-93 asigna a estas mezclas un
  coeficiente estructural (a2) de 0.14 y un
  coeficiente de drenaje (cm2) de 1.00.

aBase 0.14 y coeficiente de drenaje 1.00
Según Ecuación de correlación del ACPA
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8. Calidad de materiales para capas del pavimentos
Mezclas asfálticas para pavimento

• Para la capa asfáltica debe emplearse mezcla de
  concreto asfáltico densamente gradadas, mezcladas
  en planta en caliente, de las características que
  se indican en la Tabla 11, determinadas de
  acuerdo al Ensayo Marshall (AASHTO T-245)
• TABLA 11
• Requisitos de calidad de las mezclas asfálticas

Capa Granulometría Tipo Estabilidad (lbs) Flujo (0.01 pulg) Vacíos totales () VAM () Vacíos llenados (VFA), ()
Rodamiento TNM 12 gt 1.800 8 14 3 5 gt 13 65 - 75
arodamiento 0.43 y coeficiente de drenaje 1.0
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9. Determinación de los espesores de capas
SN/i erod arod eint aint ereciclado
ereciclado

(Ecuación 5)
ESCENARIO 1 vida útil de 20 años
ALTERNATIVA Espesor capa de rodamiento (cm) Espesor capa de base granular (cm) Espesor capa de sub-base estabilizada con cemento (cm)
MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC) 10.0 25.0 20.0
DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS) 0.00 50.0 35.0
ADOQUIN 10 (MAS 5 CMS DE ARENA) 25.0 20.0
28
9. Determinación de los espesores de capas
SN/i erod arod eint aint ereciclado
ereciclado

(Ecuación 5)
ESCENARIO 2 vida útil de 15 años
ALTERNATIVA Espesor capa de rodamiento (cm) Espesor capa de base granular (cm) Espesor capa de sub-base estabilizada con cemento (cm)
MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC) 8.5 25.0 20.0
DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS) 0.00 44.0 35.0
ADOQUIN 10 (MAS 5 CMS DE ARENA) 19.0 20.0
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9. Determinación de los espesores de capas
SN/i erod arod eint aint ereciclado
ereciclado

(Ecuación 5)
ESCENARIO 3 vida útil de 10 años
ALTERNATIVA Espesor capa de rodamiento (cm) Espesor capa de base granular (cm) Espesor capa de sub-base estabilizada con cemento (cm)
MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE (MAC) 6.5 25.0 20.0
DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL ASFALTICO (DTS) 0.00 38.0 35.0
ADOQUIN 10 (MAS 5 CMS DE ARENA) 15.0 17.5
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9. Determinación de los espesores de capas
Espesores de pavimento. Alternativa de concreto.
ESCENARIO 4 Espesores de pavimento Alternativa
de concreto.
VIDA UTIL (años) Espesores de diseño (cm) Espesores de diseño (cm) Espesores de diseño (cm)
VIDA UTIL (años) Losa de concreto Base estabilizada con cemento Sub-base estabilizada con cemento
20 15.00 15 20
15 14.00 15 20
10 12.00 15 20
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12. Alternativa recomendada

• El análisis de la información anterior, en cuanto
  a espesores y tipos de materiales, conjuntamente
  con los precios unitarios estimados para cada
  tipo de material, permitirá la selección de la
  alternativa más conveniente para el tramo