Subido por Diego Jaramillo Vives

5 Diseno AASHTO-INVIAS 2018 (1)

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18:03
CONTENIDO
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FUNDAMENTOS DE PAVIMENTOS

DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
MÉTODO AASHTO-93
MANUAL DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS
Diseño de pavimentos flexibles por el método
AASHTO-93.
Diseño de pavimentos flexibles según Manual de
Medios y Altos Volúmenes de Tránsito del INVIAS.
DIANA HERNÁNDEZ B.
MÉTODO AASHTO-93
Prueba AASHO 1958-1960
Guía original 1962
AASHTO-93
Revisión y edición oficial 1972
Revisión de diseño rígidos 1981
Revisión parámetros de diseño incorporación
(Mr, variables climáticas, drenaje, etc.)
Revisión 1993
Gran revisión AASHTO MEPDG (mecanístico-empírico)
PARÁMETROS DE DISEÑO

Tránsito: especificado como el número de ejes equivalentes de
8.2 t en el carril de diseño, durante el período de diseño

Nivel de confianza con que se desea calcular el pavimento

Error normal combinado

Nivel de serviciabilidad

Módulo resiliente de la subrasante

Número estructural del pavimento

Calidad del drenaje

AASHO ROAD TEST
Time:
Construction: August 1956 – September 1958
Test Traffic: October 1958 – November 1960
Special Studies: Spring and early summer 1961
Test Facilities

Six 2-lane test loops

Loop 1 :not subject to traffic, used to test environmental effects

Loops 2 through 6: subject to traffic
Módulos dinámicos de las diferentes capas de la estructura del
pavimento
1
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DEFINICIONES
AASHO ROAD TEST
SECCIONES EVALUADAS
Carril de diseño: carril por el cual se espera la circulación
de mayor número de cargas de diseño.
Pavimento flexible

C.A.: 2.5-15 cm
Período de diseño: lapso que ocurre desde que un

Base: 0-23 cm

Subbase: 0-40 cm
pavimento se da al servicio hasta que alcanza su índice de
servicio terminal.
Subbase: 0-23 cm
El método AASHTO se basa en el concepto de
comportamiento y capacidad de servicio para diseñar
pavimentos con base en un volumen específico de tránsito
total que tenga un nivel mínimo de serviciabilidad deseado
al final del período de diseño.
TRÁNSITO DE DISEÑO
TRÁNSITO DE DISEÑO
FACTOR DE DISTRIBUCIÓN POR CARRIL
NIVEL DE CONFIABILIDAD
Pavimento rígido


Concreto hidráulico: 6.5-32 cm
(simple y reforzado)
La distribución de tránsito de vehículos comerciales por carril
depende del número de carriles que tenga la carretera en cada
dirección. Cuando la vía tiene un carril por dirección este factor
es 1.
En vías con más de un carril por dirección, se encuentra que el
carril exterior conduce mayor número de vehículos pesados
Número de carriles en
cada dirección
1
2
3
4
Probabilidad de que una sección diseñada se comporte
satisfactoriamente en el período de diseño.
Incluye algún grado de seguridad en el proceso de diseño y que
permite asegurar que las alternativas de diseño durarán en el
período de análisis.
% de ejes equivalentes de 18 kips en el carril de diseño
AASHTO-93
AASHTO MEPDG
INVIAS
100
80-100
60-80
50-75
100
90
60
40
100
90
75
Tipo de vía
Autopistas
Arterias principales
Colectoras
Locales
Urbana
85-99.9
80-99
80-95
50-80
Rural
80-99.9
75-95
75-95
50-80
2
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DESVIACIÓN NORMAL ESTÁNDAR
Confiabilidad
50
60
70
75
80
85
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
100
Desviación estándar
normal, Zr
0
-0.253
-0.524
-0.674
-0.841
-1.037
-1.282
-1.34
-1.405
-1.76
1.555
-1.645
-1.751
-1.881
-2.054
-2.327
-3.09
-3.75
ERROR NORMAL COMBINADO, S0
Error asociado a la desviación estándar, S0
SERVICIABILIDAD

Error o desviación del diseño

Variación en propiedades de los materiales

Variación en propiedades de subrasante

Variación en estimación del tránsito

Variación en condiciones climáticas

Variación en calidad de construcción
Tipo de pavimento
Error combinado, S0
Construcción nueva pavimento
flexible
0.45
Construcción nueva pavimento
rígido
0.35
SERVICIABILIDAD
SERVICIABILIDAD: Percepción que tienen los usuarios del nivel de
servicio del pavimento
Valor en el instante después de
construcción o rehabilitación
PSR: Present Serviceability Ratio
(calificación del usuario)
Menor valor
tolerado antes
de rehabilitar
Regresión numérica según correlación entre daños, regularidad y
calificación del usuario
Índice de servicio final
(Pt)
PSI: Present Serviceability Index
3.0
2.5
2.0
% de usuarios que
consideran
inaceptable la vía
12
55
85
SERVICIABILIDAD
Índice de servicio inicial (P0 ó Pi): Pavimento recién construido o
rehabilitado.
P0: 4.2 pavimentos flexibles
P0: 4.5 pavimentos rígidos
Índice de servicio final o terminal (Pt ó Pf): valor mínimo que
puede ser aceptado para una vía.
Pt: 1.5 vías de baja importancia
Pt: 2.5 – 3.0 vías principales y arterias
 PSI = P0 - Pt
100.000 aplicaciones de un eje de 80 kN produjo en un
pavimento flexible, una caída del PSI de 4.2 a 2.5
NIVEL DE SERVICIABILIDAD
 PSI = P0 - Pt
Tipo de pavimento
Flexible
Rígido
Serviciabilidad
inicial, P0
4.2
4.5
Tipo de vía
Serviciabilidad final, Pt
Autopista
Carreteras
Vía urbana principal
Vía urbana secundaria
2.5 - 3.0
2.0 - 2.5
1.5 - 2.0
1.5 - 2.0
3
18:03
MÓDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE
NÚMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO
El módulo resiliente es la propiedad de caracteriza la subrasante en el
método AASHTO. Se considera como una medida de las propiedades
elásticas del suelo, que representa ciertas características no lineales.
El número estructural del pavimento es una cifra abstracta que
representa la resistencia total de un pavimento para determinadas
condiciones de subrasante, tránsito, índice de servicio y condiciones
ambientales.
Métodos de obtención del módulo resiliente  repasar lo expuesto en
clase anterior.

NÚMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO
W18: número de ejes equivalentes de 18000 lb (8.2t) en el carril de diseño durante el período
de diseño.

Zr: desviación normal estándar.

S0: error combinado de la predicción del tránsito y la predicción del comportamiento

PSI: diferencia entre serviciabilidad inicial (P0) y final (Pt)

Mr: Módulo resiliente de la subrasante, psi

SN: número estructural (indicativo del espesor total del pavimento)
ECUACIÓN AASHTO
El método asigna coeficientes a las capas del pavimento:
SNi = ai * mi * di

Coeficiente de capa: ai

Coeficiente de drenaje: m i

Espesor de capa: di (pulgadas)
Los coeficientes permiten convertir los espesores reales (di) a números
estructurales (SNi)
Cada coeficiente es una medida de la capacidad relativa de una
material para funcionar como parte de la estructura de pavimento
CALIDAD DEL DRENAJE
COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE CAPAS ASFÁLTICAS
La temperatura y la humedad tienen efecto sobre la resistencia,
durabilidad y capacidad de resistir cargas.
Calidad del drenaje
Excelente
Buena
Aceptable
Pobre
Muy pobre
Tiempo de
remoción del agua
2 horas
1 día
1 semana
1 mes
El agua no drena
Valores de m i recomendados para capas de base y subbase granular:
Calidad del drenaje
Excelente
Buena
Aceptable
Pobre
Muy pobre
% de tiempo de exposición de la estructura del pavimento a niveles de
humedad próximos a la saturación
<1%
1.40 - 1.35
1.35 - 1.25
1.25 - 1.15
1.15 - 1.05
1.05 - 0.95
1-5%
1.35 - 1.30
1.25 - 1.15
1.15 - 1.05
1.05 - 0.80
0.95 - 0.75
Temperatura: afecta las capas con ligantes asfálticos
5-25%
1.30 - 1.20
1.15 - 1.00
1.00 - 0.80
0.80 - 0.60
0.75 - 0.40
>25%
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
Gráfica para estimar el aporte estructural de la carpeta asfáltica, a1.
Humedad: tiene efecto en expansividad de la subrasante.
4
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COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE BASES GRANULARES
a2 = 0.249 log(Ebg) - 0.977
Gráfica para estimar el aporte estructural de la base granular, a2.
COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE BASES TRATADAS CON CEMENTO
Gráfica para estimar el aporte estructural de bases estabilizadas con cemento, a2.
COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE SUBBASES GRANULARES
a2 = 0.227 log(Esbg) - 0.839
Gráfica para estimar el aporte estructural de la subbase granular, a3.
COEFICIENTE ESTRUCTURAL DE BASES TRATADAS CON ASFALTO
Gráfica para estimar el aporte estructural de bases estabilizadas con asfalto, a2.
ESPESORES MÍNIMOS
Tránsito en ejes
equivalentes (ESAL)
< 50.000
50.000 - 150.000
150.000 - 500.000
500.000 - 2'000.000
2'000.000 - 7'000.000
> 7'000.000
Carpeta asfáltica Bases granulares
(in)
(in)
1 o TS
4
2.0
4
2.5
4
3.0
6
3.5
6
4.0
6
MANUAL DE DISEÑO INVIAS
MEDIOS Y ALTOS VOLÚMENES DE TRÁNSITO
5
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CATEGORÍAS DE TRÁNSITO, CLIMA Y SUBRASANTE
Designación
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
Rangos de tránsito acumulado
en carril de diseño
(millones de ejes de 8.2t)
0.5 - 1.0
1.0 - 2.0
2.0 - 4.0
4.0 - 6.0
6.0 - 10.0
10.0 - 15.0
15.0 - 20.0
20.0 - 30.0
30.0 - 40.0

Categoría
Módulo resiliente
(kg/cm2)
S1
S2
300 < Mr < 500
500 < Mr < 700
S3
S4
S5
700 < Mr < 1000
1000 < Mr < 1500
Mr > 1500


R1
Fría seca y fría semihúmeda
< 13
R2
R3
R4
R5
R6
Templado seco y templado semihúmedo
Calido seco y cálido semihúmedo
Templado húmedo
Cálido húmedo
Cálido muy húmedo
13 - 20
20 - 30
13 - 20
20 - 30
20 - 30
< 2000
< 2000
2000 - 4000
2000 - 4000
> 4000
Región


Precipitación
media anual
(mm)
< 2000
No
BIBLIOGRAFÍA
Temperatura TMAP
(ºC)



American Association of State Highway and Transportation Officials. AASHTO
Guide for Design of Pavement Structures. 1993.
Montejo Fonseca, Alfonso. Ingeniería de Pavimentos. 3 edición.
Universidad Católica de Colombia. 2006.
Editorial
Higuera, Carlos. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de
pavimentos para carreteras. Ed. Universidad Pedagógica y Tecnológica de
Colombia. 2011.
Huang, Yang. Pavement Analysis and Design.
INVIAS. Guía metodológica para el diseño de obras de rehabilitación de
pavimentos asfálticos de carreteras. 2002.
INVIAS. Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos
volúmenes de tránsito. 1998.
INVIAS. Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con bajos
volúmenes de tránsito. 2007.
Sánchez Sabogal, Fernando. Apuntes de clase Escuela Colombiana de
Ingeniería.
6
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