Diseno-Racional-de-Pavimentos-IDU-1

'""
MANUAL DE DISENO DE
PAVIMENTOS PARA
BOGOTAD.C.
TíTULO A. FUNDAMENTOS DEL MÉTODO
RACIONAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
A.1 DESCRIPCiÓN FUNCIONAL DE LAS CAPAS DE PAVIMENTO
A.I.I LA CArA DE CONFORMACIÓN
A.I .2 LAS CAPAS DEL CUERPO
A.U LAS CAPAS SUPERFICIALES
A.2 FUNCIONAMIENTO DE LAS DIFERENTES FAMILIAS DE
PAVIMENTO Y SUS MECANISMOS DE DEGRADACiÓN
A.2.1 CAPA DE RODADURA
A.2.2 CAPAS DE CUERPO TRATADAS
A.2.3 CAPAS DE CUE RPO NO TRATADAS Y CAPA
SUB RASANTE
A.3 FAMILIAS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
A.3.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES
A.3.2 PAVIMENTOS CON CArAS ASFÁLTICAS GRUESAS
A.3.3 PAVIMENTOS CON CArAS TRATADAS CON
L1GANTES HIDRÁULICOS
A.3A PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
A.3.5 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA INVERSA
A.3.6 PAVIMENTOS EN CONCRETO HIDRÁULICO
A.4 FUNCIONAMIENTO Y MECANISMOS DE DEGRADACiÓN DE LAS
DIFERENTES FAMILIAS DE ESTRUCTURAS
AA.I PAVIMENTOS FLEXIBLES
AA.2 PAVIMENTOS CON CAPAS ASFÁLTICAS GRUESAS
AA.3 PAVIME TOS CON CAPAS TRATADAS ca
LIGA TES HIDRÁULICOS
AAA PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
AA.5 PAVIMENTOS ca ESTRUCTURA INVERSA
AA.6 PAVIMENTOS EN CONCRETO HIDRÁULICO
A.S EVOLUCiÓN HISTÓRICA DEL MÉTODO DE DISEÑO RACIONAL
DE PAVIMENTOS
A.6 LíNEAS GENERALES DE LA METODOLOGíA DE DISEÑO
UTILIZADA EN ESTE MANUAL
A.6.1 CARÁCTER PROBABlLlSTlCO DEL DISE • O
A.6.2 CONCEPTOS DE VIDA ÚTIL INICIAL Y RIESGO DE
CÁLCULO
A.6.3 FACTORES CONSIDERADOS EN EL DISEÑO
A.6A DETERMINACiÓN DE LAS SOLICITACIONES
ADMISIBLES
A.6.5 RELACiÓN ENTRE SOLICITACIONES
ADMISIBLES Y RIESGO CALCULADO
A.6.6 COEFICIENTE DE CALIBRACIÓN
A.6.7 DEFINICIÓN DE LOS ESPESORES DE LAS CAPAS
TíTULO B. PLATAFORMA SOPORTE DEL
PAVIMENTO
8 .1 FUNCIONES Y CRITERIOS DE CLASIFICACiÓN DE LA
PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
B.I .I CRITERIOS A CORTO PLAZO PARA LA PLATAFORMA
SOPORTE DEL PAVIMENTO
B.I .2 CRITERIOS ALARGO PLAZO PARA LA PLATAFORMA
SOPORTE DEL PAVIMENTO
B.1.3 PROC E DIMIENTO DE CLASIFICAC iÓN DE LA
PLATAFORMA SO PORTE DEL PAVIMENTO
8.2 CARACTERIZACiÓN DE LA SU8RASANTE
B.2. I IDENTIFICACIÓN DE LOS SUELOS PARA LA
SU8RASANTE y LA CAPA DE CONFORMACiÓN
8 .2.2 AMBIENTE HÍDR ICO
B.2.3 CLASES DE CAPACIDAD PORTANTE DE
SUB RASANTE
8.2.4 CARACTERÍST ICAS MECÁNICAS DE LOS SUELOS DE
SUBRASANTE PA RA EL CÁLCULO DE
OPTIMIZACIÓN DE LA CAPA DE CONFORMACIÓN
8 .3 CAPA DE CONFORMACiÓN
8.3.1 FUNCIONAM IENTO Y DISEÑO DE LA CAPA DE
CONFORMACiÓN
IU.2 MATERIALES PARA LA CAPA DE CONFORMACIÓN
8.4 CLASIFICACiÓN DE LA PLATAFORMA SOPORTE PARA EL
DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
8.4. I CLASES DE PLATAFORMA SOPORTE
13.4.2 NATURALEZA Y ESPESORES DE LA CAPA DE
CONFORMACIÓN
B.4.3 CAPA DE CONFORMACIÓN EN MATERIAL O
TRATADO
B.4A CAPA DECONFORMACiÓN ENSUELOSARCILLOSOS
O LIMOSOS TRATADOS EN EL SITIO
B.4.5 CAPA DE CONFORMACiÓN EN MATERIALES
GRANULARES TRATADOS CON LIGANTES
HIDRÁULICOS
B.4.6 OPTIMIZACIÓN DE LA CAPA DE CONFORMACIÓN
8 .4 .7 METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO GLOBAL
PAVIMENTO-CAPA DE CONFORMACIÓ
13.4.8 DISEÑO DE CAPAS DE CONFORMACiÓN EN
MATERIALES TRATADOS QUE HAGAN PARTE DE LA
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
TíTULO C. MÉTODO RACIONAL DE DISEÑO
DE PAVIMENTOS
C.1 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL MÉTODO RACIONAL DE
DISEÑO DE PAVIMENTOS
C.I .I EL TRÁFICO
c.1.2 DISPERSiÓN y
PROBABILIDAD DE FALLA
C.I .3 DATOS CLIMÁTICOS y DEL AMBIENTE
C.IA CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS QUE INTERVIENE
EN EL DISEÑO RACIO AL DE PAVIMENTOS
C.2 METODOLOGIA DE DISEÑO
C.3 DISEÑO PARA LAS DIFERENTES FAMILIAS DE ESTRUCTURAS
DE PAVIMENTOS
C.3.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES Y PAVIMENTOS CON
CAPAS ASFALTICAS GRUESAS
C.3.2 PAVIMENTOS CON CAPAS TRATADAS CON
L1GANTES HIDRÁULICOS
C.3.3 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
C.3.4 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA INVERSA
TíTULO
o. MATERIALES PARA
PAVIMENTOS
0.1 INTRODUCCiÓN
0.2 MATERIALES BÁSICOS
0.2.1 L1GANTES HIDRÁULICOS y PUZOLÁNICOS
0.2.2 L1GANTES ASFÁLTICOS
0 .2.3 MATERIALES GRANULARES
0.2.4 OTROS MATERIALES
0 .3 GRANULARES NO TRATADOS (Gol)
0.3.1 CARACTERíSTICAS MECÁN ICAS PARA EL DISEÑO
0.4 MATERIALES GRANULARES TRATADOS CON L1GANTES
HIDRÁULICOS
0 .4.1 ELEMENTOS COMUNES PARA EL DISEÑO DE CAPAS DE
PAVIMENTO CON MATERIALES GRANULA RES TRATADOS
CON L1GANTES HIDRÁULICOS
0.4.2 GRANULARES TRATADOS CON L1GANTES HIDRÁULICOS
y PUZOLÁNICOS y CONCRETOS COM PACTADOS
0.5 MATERIALES TRATADOS CON L1GANTES ASFÁLTICOS
0 .5.1 GENERALIDADES Y CARACTERíSTICAS
PARA EL DISEÑO
0 .5.2 GRANULA RES ASFÁLTICOS
MECÁNICAS
0.5.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS PARA CAPAS DERODADURA
0 .5.4 ARENAS ASFÁLTICAS
0.5.6 MEZCLAS RECICLADAS EN CALIENTE
0.6 MATERIALES GRANULARES EMULSiÓN ASFÁLTICA (GEM)
0.7 CONCRETOS HIDRÁULICOS
~
INTRODUCCION
1 CAMPO DE APLICACI6N DEL METODa
2 ORGANlZACI6N GENERAL DEL MANUAL
2.1 INTRODUCCI6N
.....
2.2 TITULO A: FUNDAMENTOS DE LA METODOLOGIA DE
DISENO RACIONAL DE PAVIMENTOS
2.3 TITULO B: LA PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
2.4 TITULO C: METODO DE DISENO RACIONAL DE
PAVIMENTOS
2.5 PARTE D: MATERIALES
ANEXO 1: Ejemplo de diseno de capas de conformaci6n
ANEXO 2: Ejemplo de calculo del coeficiente de agresividad
media CAM
....
1 CAMPO DE APLICACiÓN DEL MÉTODO
E
l presente documento expone los fundamentos de la
metodología racional de diseño de estructuras de
pavimento . De esta manera se propone un marco de referencia
común que permite diseñar diferentes tipos de estructura de
pavimento rígido o flexible segú n los requerimientos particulares
de cada vía.
Los principios que se exponen en este documento se refieren al
diseño de estructuras de pavimento . El método de dimensionamiento
utilizado se aplica a diferentes catcgorias de vías. desde vias de bajo
tráfico hasta autopistas de alto tráfico.
Los aspectos propios a las cargas de pistas para aeropeuertos o
plataformas industriales no se tratan en este manual. Sin embargo. la
metodo logia racional permite en ciertos casos establecer reglas de
diseño que se adapten a ciertas condiciones particulares.
El documento explica el procedim iento de diseño tendiente a
establecer los espeso res de las diferentes capas de pavimento en
función de los objetivos de servicio. del tráfico y de las condiciones
ambienta les. Se precisa también las condicio nes fisicas y mecánicas
de los materiales para los diferentes tipos de pavimento.
2 ORGANIZACiÓN GENERAL DEL MANUAL
El manual está organizado en 4 títulos:
2.1 TITULO A : FUNDAMENTOS DE LA METOOOLOGIA DE
DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS
La primera parte presenta el mareo de referencia dcntro del cual se
inscribe la metodología de diseño de la estructura de pavimento.
Se describe n las diferentes familias de estructuras de pavimen to que
podrían utilizarse en la ciudad de Santa Fé de Bogotá así como su
modo de funcionamiento mecamco y sus características de
degradación más frecucntes. Se presenta también una breve historia
de la evolución de la metodología racional de diseño de pavimentos,
Posteriormente se exponen las grandes líneas y los conceptos que
soportan la metodología racional de diseño de pavimentos. Se
presenta el carácter probabilístico del método y la noción de riesgo de
cálculo. Finalmente se enumeran 105 factores que se deben tener en
cuenta durante el diseño.
2.2 TITULO
PAVIMENTO
B:
LA
PLATAFORMA
SOPORTE
DEL
En este titulo se describen las diferentes funciones de la plataforma
soporte del pavimento. Se describen 105 requerimientos de capacidad
portante de la plataforma a corto y largo plazo. También se describe la
metodología para escoger los espesores de la capa de conformación
en materiales no tratados o tratados con lígantes hidráulicos.
2.3 TITULO C: MATERIALES
Para los diferentes materiales se presenta:
Una descripción ñsica y mec ánicas de 105 diversos tipos de
materiales de referencia sobre los cuales está basada la
metodología de diseño.
Los parámetros básicos utilizados en el diseño y la metodología
para su determinación a partir de los valores de ensayos
mecánicos clásicos.
2.3 TITULO D: MÉTODO RACIONAL DE DISEÑO DE
PAVIMENTOS
En esta parte se presentan los principales aspectos de la metodología
racional de diseño de pavimentos.
En seguida se examinan los parámetros que se requíeren para el
dimensionamiento dc la estructura de pavimento tales como:
Los parámetros de base ligados a la escogeneia de una estrategia
de gestión de la via: vida útil y riesgo de cálculo
Los datos climáticos y ambientales
Los parámetros descriptivos del material.
Se exponen además los principios generales y la articulación de la
metodologia de diseño. válidos para las diferentes tipos de pavimento
y para cada uno de ellos se expone :
La modelaeión necesaria para describir la estructura
Los criterios de diseño
Las etapas que se deben seguir durante el diseño
El conjunto se ilustra con un ejemplo de cálculo completo. Se
presentan también las disposiciones constructivas particulares.
esenciales para el mantenimiento de la integridad de la estructura
cuando éstas no están explícitamente incluidas en cI cálculo.
TÍTULO A:
FUNDAMENTOS DEL
"
METODO
RACIONAL DE
,..,
DISENO DE PAVIMENTOS
A.1 DESCRIPCiÓN FUNCIONAL DE LAS CAPAS DE
PAVIMENTO
AI .1 LA CAPA DE CONFORMACiÓN
AI .2 LAS CAP AS DEL CUERPO
A 1.3 LAS CAPAS SUPERFICIALES
A.2 FUNCIONAMIENTO DE LAS DIFERENTES
FAMILIAS DE PAVIMENTO Y SUS MECANISMOS DE
DEGRADACiÓN
A2.1 CAPA DE RODADURA
A.2.2 CAPAS DE CUERPO TRATADAS
A2.3 CAPAS DE CUERPO NO TRATADAS Y CAPA
SUB RASANTE
A.3 FAMILIAS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
A3.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES
A.3.2 PAVIMENTOS CO CAPAS ASFÁLTICAS GRUESAS
A3.3 PAVIMENTOS CO CAPAS TRATADAS CO
L1GANTES HIDRÁULICOS
A3.4 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
A .3.S PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA INVERSA
A3.6 PAVIMENTOS EN CONCRETO HIDRÁULICO
A.4 FUNCIONAMIENTO Y MECANISMOS DE
::::C, DACIÓN DE LAS DIFERENTES FAMILIAS DE
ESTR lI GTtJ ~_".~
A4.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES
AA.¿ ¡Wvl ENlOS CON APAS ASFÁLTICAS GRUESAS
A4.3 PAVIMENTOS CO e P. "TP ~T~ n." r""
L1GANTES HIDRÁULICO
, 1 , ",,"ur. ""<; rf)
I'<;Tl)t'CTIJRA MIXTA
A4.5 PAVIME TOS CO ESTRUCTURA INVERSA
A.4.6 PAVI.1J:
rr0~ 17'1< 1 ':0 'I"' n r-J"n ' uno",,,
uy\
A.S EVOLUCiÓN HISTÓRICA DEL MÉTODO DE
DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS
A.G LíNEAS GENERALES DE LA METODOLOGíA DE
DISEÑO UTILIZADA EN ESTE MANUAL
A.6. I CARÁCTER PROBABILISnCO DEL DISEÑO
A.6.2 CO CEPTOS DE VIDA úTIL I ICIAL y RIESGO DE
CÁLCULO
A.6.3 FACTORES CONSIDERA DOS EN EL DIS EÑO
A.6.4 DETERMINACiÓN DE LAS SOLIC ITAC IONES
ADMISIBLES
A.6.5 RELACiÓN ENTRE SOLICITACIONES
ADMIS IBLES Y RIESGO CALCULA DO
A.6.6 COEFICIENTE DE CALIBRAC iÓN
A.6.7 DEFINICiÓN DE LOS ESPESORES DE LAS CAPAS
A.1 DESCRIPCiÓN FUNCIONAL DE LAS CAPAS DE
PAVIMENTO
Fi~ul'll
F-~~----
A.I: Terminologia
"'""'--
---
L
~~
~
. . "Ulbd.1'1II
~
1«-
11a",
Sub B8~
ICa paa.. dI' Supnflr¡"]
¡r. pa
I Sub
df'Cur'ltuj
lU...ulr
I
os
pavimcntos se
presentan como una
estructura rnulticapa (Fig
A.I) colocada sobre la
plataforma de soporte del
pavimento. Esta plataforma está constituida por el
sucio de subrasante y una
eventual capa de confurmaci ón.
A.1.1 LA CAPA DE CONFORMACION
Esta capa que sirve de transici ón entre el suelo de subrasante y la
estructura de pavimento tiene una doble función :
• Proteger a la subrasante durante la fase de construcción de tal
forma que pueda circular la maquinaria que suministra los
materiales para la construcción de las diferentes capas del
pavimento
• Mejorar las características del suelo de subrasante en cuanto a
dispersi ón y calidad; su utilizaci ón es indispensable en suelos
cuyo CBR < 5 para asegurar que el pavimento reposa sobre una
plataforma co mpatible con los esfuerzos producidos por las
cargas rodantes.
A.1.2 LAS CAPAS DE CUERPO
El cuerpo del pavimento está formado generalmente por dos capas.
la capa de sub-base y la capa de base . Estas capas están con stituidas
por material seleccionado y confieren a la estructura de pavimento la
resistencia mecánica necesaria para soportar las cargas inducidas por
los vehículos. Estas capas reparten el esfuerzo sobre la subrasante de
tal manera que las deformaciones a este nivel permanezcan dentro de
limites admisibles.
Para las vías de bajo tráfico el papel que desempeila la capa de
sub-base puede remplazarse, en ciertos casos, por un tratamiento del
suelo de la subrasante.
A.1.3 LAS CAPAS SUPERFICIALES
Las capas superficiales están constituidas por:
• La capa de rodadura que es la capa superior de la estructura del
pavimento sobre la cual se ejercen directamente la agresión
combinada del tráfico y del clima.
• Capa de liga entre la capa de rodadura y las capas del cuerpo
(puede eliminarse en algunos diseños).
En la capa de transición entre las capas superficiales y la capa de
base se colocarán los eventuales dispositivos destinados a evitar el
calcado de fisuras que se puedan producir en las capas del cuerpo
tratadas con Iigantes hidráulicos tales como el cemento.
De las características de la capa de rodadura depende en gran parte
la calidad del pavimento. Las capas superficiales contribuyen además
a proteger el cuerpo del pavimento de la infiltración del agua y dar
confort al usuario ,
A.2 FUNCIONAMIENTO DE LAS DIFERENTES
FAMILIAS DE PAVIMENTO Y SU MECANISMO DE
DEGRADACiÓN
Los pavimentos se degradan debido al efecto combinado de la
repetición de cargas rodantes (tráfico), de los agentes climáticos y del
tiempo . El conocimiento de la naturaleza de la degradación y de sus
mecanismos de evolución es de vital importancia para:
• Comprender el modo de funcionamiento de las estructuras de
pavimento .
• Escoger el modelo de cálculo que mejorse adapte a la estructura
de pavimento .
• Ajustar los resultados de los cálculos en lo referente a los
aspec tos que no se tengan en cuenta en el modelo de cálculo
adoptado.
Las degradaciones más corrientes que se pueden encontrar en las
diferentes capas son las que se describen a continuación:
A.2.1 CAPA DE RODADURA
• Desgaste debido a los esfuerzos de fricción tangenciales
generados por las cargas rodantes.
• Ahuellamiento por flujo viscoso en condiciones de alta
temperatura y tráfico .
• Fisuración por fatiga debida a la mala adherencia de la capa de
rodadura al cuerpo del pavimento.
• Fisuraci ón por calcado de lisuras de las capas del cuerpo del
pavimento.
• Fisuración por fatiga térmica debida al envejecimiento del
asfalto .
A.2.2 CAPAS DE CUERPO TRATADAS
• Fisuración por fatiga debida a la repetición de los esfuerzos de
tensión por fl exión generados durante el paso de las cargas
rodantes.
• Fisuración por retracción térmica de los granulares tratados con
ligan tes hidráulicos.
• Fisuración debida a los grudieentes térmicos en las losas de
concreto.
• Bombeo y desfase de las losas en las capas que presenten lisuras
de retracción o en las juntas. debido a una mala transferencia de
cargas entre las losas y a la erodabi lidad del suelo de soporte.
A.2.3 CAPAS DE CUERPO NO TRATADAS Y CAPA DE
SUBRASANTE
• Deformaciones permanentes de la estructura (hundimiento.
ahuellamiento•... ) debidos a la acumulación de deformaciones
plásticas.
Además de lo anterior. cada tipo de estructura de pavimento tiene
asociados algunos problemas preponderantes derivados de modos de
funcionamiento particulares.
A.3 FAMILIAS DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO
Las diferentes familias de estructuras de pavimento se presentan en
la Figura A.2 . A continuación se hace una breve descripción de cada
una de ellas.
A.3.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES
Estas estructuras están constituidas por una cobertura en material
asfáltico relativamente delgada (inferior a 10 cm). Frecuentemente
cuando se trata de das de bajo tráfico esta cobertura se reduce a un
tratamiento superficial doble colocado directamente sobre las capas
de materiales no tratados. El espesor global del pavimento esta
comprendido generalmente entre 30 y 100 cm.
A.3.2 PAVIMENTOS CON CAPAS ASFÁLTlCAS GRUESAS
Estas estructuras están compuestas de una capa de rodadura en
material asfáltico cuyo espesor varia entre 6 y 15 cm que reposa sobre
el cuerpo del pavimento. Las capas de cuerpo están constituidas por
materiales tratados con ligantes asfálticos en una o dos capas (base y
sub-base). El espesor de l conjunto de capas de cuerpo varia entre 15y
40 cm .
Fi~11I
A.2: Diferentes estructuras de pavimente
PWI'IIJ"HIS IU:'\IRI.I:S
...n ...""..
l. Opl dt wprrfIrit tG IIUIIfftIIl
2.
ea.. de bI
l. ('a .... J,r1Inut.mo no Inr.JlI
.a.s..bRa
a~lI1to
• filtitJ¡ « 15 rm)
(1~a!lO an)
It'
1""'11" -lOS eo.; C.APAS ASIÁLflC\S Glln~s,\S
l.
c...' dt SIIpnf'Idc" ...ltrial.,fiUricu
2. Ca..' ck>fWt1)O ttI
.... ltrial ~.ttjro (IS a
.m en)
J. Suh """It'
1
PA'l\II_ -!lIS en ' C\PAS ,IIA'AII\, CO. ' U G.\ s n ;s III1lIÜ1 JLU~1S
l . ( .. ..' ck>"'lIprrfkir ni Jl1IttriaJ ,"r:ll1im (ti .
I~
no,
1. C..... I ~ toIIlipntl'l.laidriulic'Mt20 a 511 cm)
.1.Suh Ra'Ulnk'
I'A"I'IISIOS eo,,; ISIIIU 'ITIIA "I'\IA
l. Cal*!' de Mlprr1"kk m JT1IIttrbr.1 rJihKu
2. l·. . . de tJ6lW' lI...riÍlli(.. (11.1. 2H('JIl.
J.l'.arM dI' IIllIlt'riJllntado ron lC.lIl~ b~riultcm(20 a -ItI nlll
... Sub lbt.'Uln~
I',"HII' lOS ro: I:S mI 'l"ITllA
I";'.IIS~
l. <apa' tito U1prrflrir m 1l'M1rril1l rlliltim
l.<... .. dt'hIt al!flÜIQ(IOa20crn)
1. C.aJMl L1l' n.1r'ri81 cnnular no tnbdo (Ip"n.. 12 ('In)
.t. ( aJMI de IUlttrriMlln1taio l'OlI IÍlJIllff:\ hidráuliC1K(IS. foil ''''1)
~SuhRa~nlt
PAVIMF: TOS F,N CONCRETO
I osvs si
"AS, I)(IIII:S nI . CAP,\ lll: SI 'R RASE
l. Coecrerc hldriuUco (20 . 28 mi)
_...-
Z. Ü .Nk'l1'tI') pnIlf'f'( 12. 18 rOl) o ...tfriallratAOO<oo
te-It' hKlnlildiro liS. 20l'D1)
1. SubRauIl'
LO'\S C()~
r\~ \U(UU:'''t( ·()~ (' \ 1'.\
l . (."OIK'I'f1Q hldriulka (li. 2J mt)
2. C"OIII."rrto pobno fl4. 22 mu
.1.Suh Ra,anll'
IO'\'SI
CAI'\ UE!'!I U"\'E
l. <:C*l'n10 hitlriulkv (t'4. J'J cm)
2.('. . . dI"PDaDII'
l.!o.uh Raunlt
I>E Si ·U U\..\":
A.3.3
PAVIMENTOS CON CAPAS TRATADAS CON
LIGANTES HIDRÁUUCOS
Estas estructuras se denominan generalmente estructuras semi
rígidas. Están compuestas por una capa de rodadura en material
asfáltico cuyo espesor varía entre 6 y 15 cm. Esta capa reposa sobre
un cuerpo de pavimento en materiales tratados con ligantes
hidráulicos colocados en una o dos capas (base y sub-base). El
espesor del conjunto de capas de base y sub-base varía entre 20 y 50
cm.
A.3.4 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
Estas estructuras tienen una capa de rodadura cuyo espesor varia entre 6 y 15 cm y una capa de base en materíal asfáltico (espesor de la
base de lOa 20 cm). La capa de base reposa sobre una capa de
sub-base en materiales tratados con ligantes hidráulicos (20 a40 cm).
Las estructuras mixtas tienen una relación entre el espesor de los
materiales asfálticos y el espesor total alrededor de y,.
A.3.S PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA INVERSA
Estas estructuras están formadas por capas en material asfáltico de
aproximadamente quince centímetros de espesor total. Esta capa
reposa sobre una capa en material no tratado (alrededor de 12 cm) la
cual a su vez reposa sobre una capa de sub-base construida con
materiales tratados con ligantes hidráulicos con espesores entre 15 y
50 cm. El espesor total varía entre (,() y 80 cm.
A.3.6 PAVIMENTOS EN CONCRETO HIDRÁULICO
Estas estructuras tienen una capa de concreto hidráulico de 15 a 40
cm de espesor que eventualmente puede estar cubierta por una capa
delgada de material asfáltico. La capa de concreto reposa sobre una
capa de sub-base que puede estar constituida por materiales tratados
con ligantes hidráulicos, en concreto hidráulico o en material
drenante no tratado. También se puede colocar directamente sobre la
subrasante. en cuyo caso se interpone frecuentemente una capa en
material asfáltico . La losa de concreto puede construirse con un
refuerzo longitudinal continuo (concreto armado) o discontinuo con
o sin elementos de transmisión de esfuerzos en lasjuntas (pasadores).
A.4 FUNCIONAMIENTO Y MECANISMOS DE
DEGRADACiÓN DE LAS DIFERENTES FAMILIAS DE
ESTRUCTURAS
Este capitulo está dedicado a los mecanismos de degradación más
frecuentes que presentan las diferentes familias de estructuras. Se
excluyen los casos en los que es evidente una mala calidad del material o errores en la fabricación o colocación de las capas .
A.4.1 PAVIMENTOS FLEXIBLES
Solicitaciones Debidas al Tráfico
Los maleriales granulares no ligados (sin cemenlante) que
constituyen el cuerpo del pavimento tienen una baja rigidez la cual
depende del suelo desubrasantey de su espesor. Puesto que el espesor
de material asfáltico es relativamente delgado. los es fuer/os
verticales producidos por el tráfico se transmiten al suelo de
subrasante con una baja disipación lateral . Debido a la repetición de
las cargas los esfuerzos verticales elevados generan una acumulación
de deformaciones plásticas del suelo de subrasante y de las capas
granulares que repercuten en deformaciones permanentes en la
superficie del pavimento. A su ve/o la cobertura en material asfáltico
está sometido a eventuales daños durante el paso de las cargas debido
a la presencia de esfuerzos de tensión por flexión en la base de la capa
Influencia de las Condiciones Climática s
La baja rigidez de la estructura le confiere a este tipo de pavimento
una alta sensibilidad a la variación del estado hidrico del suelo de
subrasante y de las capas granulares . Eslo se manifiesta
principalmente por los efectos de borde : reducción de la capacidad
portante en temporada húmeda que puede conducir a asentamientos
del borde y fisuraci6n por retracción hldrica en periodo seco.
La reducción de capacidad portante asociada a las variaciones del
estado hidrico de suelos de subrasante sensibles al agua es más
marcada a medida que la impermeabi lidad de la capa superficial es
baia, Este fenómeno se presenta para todo tipo de estructuras y por
consiguiente su influencia se da por descontada y no se mencionará
en cada caso particular.
Mecanismos de Degradación
La degradació n más frecuente en los pavimen tos flexibles se
manifiesta en prime r lugar por la aparición de deformaciones
permanentes del tipo ahuellamiento de gran radio, hundimientos y
asentamie ntos que deterioran la calidad del perfil transversal y longitudinal de la vía.
Estas deformaciones aumen tan con la acumulación de repeticiones
de carga en magni tud (amplitud ve rtical) )' en extensión.
dependiendo de la calidad promedio de la estructura de pavimento y
de la dispersión de las características mecánicas del cuerpo del
pavimento)' del suelo de subrasante.
Las solicitaciones de flexi ón alternada que se presentan en la capa
de rodadura generan una deg radación por fatiga, la cual se manifiesta
por la presencia de fisuras que inicialmente son aisladas pero que
evolucio nan poco a poco hasta llegar a formar un mallado de
pequeñas dimensio nes. llamado comúnmente "piel de cocodrilo".
La generación de fisuras facilita la infiltración del agua que acelera
los fenómenos de degradació n: resquebrajamiento en los bordes de
las fisuras con salida de material, luego formación de huecos u ojo de
pescado. Si en este momento el pavimento no se repara
convenientemente evolucionará hasta la destrucción total.
A.4.2 PAVIMENTOS CON CAPAS ASFÁLTICAS GRUESAS
Solicitaciones Debidas al Tráfico
La rigidez y la resistencia a la tensión de las capas construidas con
materiales asfálticos permiten que los esfuerzos verticales se repartan
en el sentido horizontal )' en consecuencia el esfuerzo vertical en la
subrasante disminuye. En contraposición. los esfuerzos inducidos
por las cargas rodantes producen esfuerzos de tensión en la base de
las capas asfálticas,
Generalmente este tipo de pavimentos tiene varias capas . Cuando
éstas están ligadas, las deformaciones máximas se presentan en la
base de la capa más profunda. Por el contrario si la liga no es perfecta,
cada una de las capas estará solicitada en flexión alternada y se
podrán romper por ratiga Como puede verse, la calidad de la liga
tiene una gran influencia en el comportamiento del pavimento.
En lo que respecta a los esfuerzos en el suelo de subrasante, su
magmtud generalmente es baja de tal suerte que no tiende a
producirse deformaciones permanentes en superficie antes de que se
presente la rotura por ratiga de las capas asfálticas ligadas.
Influencia de las Condiciones Climáticas
Su influencia es similar a la que se presenta en los pavimentos
flexibles . El ahuellamiento por flujo viscoso se agrava cuando se
presentan temperaturas altas y /lujo lento de los vehículos pero en
este caso solo se afecta la capa mas superficial. Este fen ómeno se
debe principalmente a la mala escogencia de los materiales y una
dosificación delligante deficiente.
Mecanismos de Degradación
Si no hay mantenimiento adecuado la degradación de los
pavimentos en capas asfálticas gruesas progresa hasta su ruina total
siguiendo el proceso que a continuación se describe.
Debido a que el comportamiento del pavimento está controlado en
general por la ratiga, la aparición de fisuras longitudinales de ratiga
en la dirección de la huella de los vehículos se presenta con
posterioridad a la aparición de degradaciones superficiales. Una vez
que se generan las fisuras longitudinales estas se transforman
progresivamente generando un mallado cuyo espaciamiento entre
fisuras se reduce poco a poco. Esta transformación comienza en las
zonas de menor calidad (baja capacidad portante de la subrasante,
características de las capas o zonas de liga defectuosa).
La degradación de las fisuras acelera el proceso debido a la
infiltración de agua través del cuerpo del pavimento . Esto a su vez
aumenta el desgaste de las caras de las fisuras, comienz.ael deterioro
del material y se forman huecos. En este momento el funcionamiento
de las capas ligadas cambia fundamentalmente y los bloques
separados que se forman reaccionan independientemente ante la
aplicación de cargas .
A.4.J
PAVIMENTOS CON CAPAS
UGANTES HIDRÁUUCOS
TRATADAS CON
Solicitac io nes Debidas al Tráfico
Teniendo en cuenta la rigidez de los materiales tratados con ligantes
hidráulicos. los esfuerzos verticales transmitidos al soporte del
pavimento son bajos. En cambio, las capas tratadas soportan o
disipan en su estructura cargas de flexi ón alternada que tienen gran
importancia en el diseño del pavimento .
Estas estructuras generalmente tienen una capa de base y una de
sub-base. Cuando la adherencia entre estas capas es suficiente para
asegurar la continuidad de los desplazamientos relativos en la interface. los esfuerzos máximos se presentan en la parte inferior de la
capa de sub-base. En caso contrario, o sea cuando se produce un
deslizamiento entre las capas, existirá un esfuerzo de flexión
alternado en la base de cada una de ellas.
La interface entre la capa de rodadura y la capa de base también es
una zona critica ya que por un lado está sometida a esfuerzos
normales y de corte en el sentido horizontal.y además los centimetros
superiores de la capa de base generalmente tienen una menor
resistencia
Innuencia de las Condiciones Climáticas
Las capas tratadas con ligantes hidráulicos están sometidas a
retracción originada por el fraguado del material . La retracción. a la
cual se opone la fricción entre la capa trataday el suelo de subrasaruc .
produce una fisuración transversal . Si no se adoptan disposiciones
constructivas particulares. estas fisuras progresan hasta la capa de
rodadura. Las fisuras que se calcan en la superficie aparecen con un
espaciamiento relativamente regular (5 a 15 m). Su abertura depende
de la temperatura y oscila entre algunas décimas de milímetro hasta
algunos milímetros . Generalmente las fisuras son individuales en el
momento de su aparición pero posteriormente se ramifican debido al
tráfico .
Desde el punto de vista mecánico, estas discontinuidades generan
un aumento del esfuerzo de tensión por flexi ón con respecto al que se
obtiene en un medio continuo. Este aumento de esfuerzos es
inversamente proporcional a la calidad de la transferencia de carga
entre los bordes de la fisura Además, si esta transferencia es mala, el
esfuerzo vertical aplicado sobre el suelo de subrasante aumenta
considerablemente.
La fisuración por retracción facilita la penetración del agua, lo cual
tiene dos consecuencias principales:
•
En las interfaces, esta influencia se manifiesta por la
disminución de la calidad de la liga y de la parte superior de la
base. Además se presenta un aumento de los esfuerzos de
tensión en la base de las capas tratadas y una modificación de las
condiciones de apoyo sobre el suelo de subrasante.
• Con respecto a la calidad de la transferencia de carga entre las
caras de las fisuras, la influencia de la infiltración se manifiesta
por un aumento del desgaste, lo cual genera un aumento de los
esfuerzos de tensión en la base de las capas tratadas y un
aumento del esfuerzo vertical en el suelo de subrasante,
Mecanismos de Degradación
Cuando la estructura de pavimento se construye con una capa de
rodadura de mala calidad (espesor insuficiente. inferior a5 cm, y permeable) y además con mala calidad de las capas tratadas (baja
compactación e insuficiente riego de curado) el pavimento se
degrada rápidamente. Esta degradación se origina por la alta
penetración de agua (a través de las fisuras de retracción térmica o en
las zonas de capa de rodadura permeable) y se manifiesta por la
aparición en superficie durante los periodos de lluvia de material
saturado. Esta degradación progresa rápidamente hasta la formación
de ojos de pescado .
-
Para evitar estos problemas es conveniente prestar mucha atención a
la calidad de la superficie de la base tratada. aumentar el espesor de la
cobertura asfáltica e impermeabilizar las fisuras de retracción apenas
aparezcan .
Además de lo anterior, actualmente existen diferentes disposiciones
constructivas tendientes a controlar la fisuración por retracción
(prefisuración de las capas tratadas) y para limitar o retardar la
aparición de fisuras en la capa de rodadura (capas anti fisuras).
En la última etapa de la vida útil de la estructura pueden aparecer
fisuras longitudinales de fatiga a lo largo de lahuella de los vehículos.
Esta degradación conduce a la formación de losas independientes entre las fisuras de retracción , con la presencia eventual de
movimientos relativos debidos a la alteración de las condiciones de
apoyo. En esta etapa el funcionamiento del pavimento se altera
profundamente ya que la estructura pasa a estar formada por un
conjunto de elementos discontinuos. En la práctica no se debe dejar
evolucionar la degradación hasta esta etapa y se debe iniciar la
reparación estructural del pavimento desde la aparición de las
primeras fisuras de fatiga.
A.4.4 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
Las diferentes capas de las estructuras mixtas tienen una función
especifica. La capa de material tratado con Iigantes hidráulicos
cumple con el oficio de sub-base y su funci ón, considerando su gran
rigidez, es disipar los esfuerzos verticales que se transmiten al sucio
de subrasantc. Esta capa constituye además un soporte de baja
deformabilidad para las capas asfálticas superiores .
Las capas asfálticas, de las cuales una está conformada
generalmente por granular asfáltico, cumplen con varios oficios . En
primer lugar estas capas permiten la bucna continuidad del
pavimento Además ticnen la función dc atenuar la aparición en
superficie de las fisuras trnnsversales de retracción que se originnn en
la capa tratada con Iigantes hidráulicos , lo cual es posible gracias a su
espesor.
Solicitaciones Debidas al Tráfico
En una primera fase, las diferentes capas permanecen adheridas En
esta etapa, las capas asfálticas están sometidas en la base a esfuerzos
de tensión de baja magnitud, a excepción de las zonas próximas a las
fisuras de retracción de las capas tratadas con ligan tes hidráulicos.
Por el contrario. las capas tratadas con ligantes hidráulicos están
fuerteme nte solicitadas con esfuerzos de flexión alternada.
Debido a los movimientos de dilatación diferencial entre la base
asfáltica ). la capa tratada con ligantes hidráulicos y a las
solicitaciones del tráfico, la adherencia entre capas puede degradarse
en ciertas zonas. Esto ocasiona un fuerte aumento de los esfuerzos de
tensión en la base de lagrava asfáltica la cual asu vez puede fatigarse .
Influencia de las Condiciones Climáticas
En la capa tratada con ligantes hidráulicos se presenta dilatación y
contracción térmica. Sin embargo, las capas asfálticas ayudan a
atenuar el gradien te térmico entre el día y la noche . Los gradientes
térmicos altos contribuyen a la propagación de lisuras a través de las
capas asfálticas.
Mecanismos de Degradación
Estas estructuras presentan generalmente un buen comportamiento,
la lisu ración es más bien escasa y solamente se presenta en climas con
gradientes térmicos importantes. Las fisuras transversales que
puedan aparecer en las capas asfálticas deben ser impermeabilizadas
para evitar la infiltración de agua que ocasiona el deterioro.
Cuando el espesor de la capa tratada con ligantes hidráulicos es
insuficiente y existen suelos de baja capacidad portante se producen
hundimientos por bloques de zonas de la estructura que llevan a
fisurar la capa asfáltica
A.4.5 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA INVERSA
Los pavimentos con estructura inversa están compuestos por tres
capas que tienen funciones especificas.
La capa de sub-base está constituida por un material tratado con
ligarnes hidráulicos, la cual tiene por objeto atenuar los esfuerzos en
el suelo de subrasante y proporcionar a las capas superiores un
soporte de baja deformabilidad.
La capa granular. relativamente deformable en el sentido horizontal,
tiene como funci6n evitar la propagación de las fisuras originadas por
los fen6menos de retracción y por movimientos de origen térmico de
la capa de materiales tratados con ligantes hidráulicos.
La cobertura en materiales asfálticos sirve para asegurar la
continuidad y la impermeabilidad del pavimento.
Solicitaciones Debidas al Tráfico
La capa tratada con ligantes hidráulicos asegura en gran medida la
rigidez a flexi ón de la estructura
La capa asfáltica trabaja generalmente en flexión alternada y la
amplitud de las deformaciones es funci6n del espesor y de la rigidez
del soporte granular.
La capa granular, de poco espesor, está confinada por las dos capas
tratadas . Ella reposa sobre un soporte rígido y está sometida a
esfuerzos relativamente elevados . El material recomendado para esta
capa es un triturado escogido de tal manera que pueda resistir al
desgaste y que tenga un módulo elevado de tal forma que limite las
deformaciones en la base de la capa asfáltica. El espesor de la capa
granular oscila alrededor de 12 cm de tal forma que se pueda lograr
una elevada densidad.
Influencia de las Condiciones Climáticas
Al igual que para los otros tipos de estructuras construidas con
materiales tratados con ligantes hidráulicos, los efectos térmicos
tienen influencia en el desarrollo de la fisuraci6n y en la
deformabilidad de las capas asfálticas.
Mecanismos de Degradación
Este tipo de estructura es de utilización reciente. Los ensayos
realizados en carruseles de fatiga en el Laboratoire Centrale des Ponts
et Chaussées de Francia han puesto en evidencia los siguientes modos
de degradación potencial : un ligero ahuellamiento atribuible a la capa
granular)' una fisuración transversal por fatiga de las capas asfálticas
causal aparece luego de un gran número de repeticiones de carga
Esta fisuración no coincide con las fisuras de retracción de la capa
tratada con ligantes hidráulicos lo cual demuestra la eficacia de la
capa granular. En el caso de construcción de maJa calidad es posible
observar un rápido deterioro del pavimento ocasionado por la
infiltración y acumulación de agua en la capa granular.
A.4.6 PAVIMENTOS EN CONCRETO HIORÁUUCO
Solicitaciones Debidas al Tráfico
Debido al alto módulo de elasticidad del concreto hidráulico. los
esfuerzos inducidos por el tráfico son fundamentalmente absorbidos
por flexión de la capa de concreto y los esfuerzos de compresión que
se transmiten al suelo son relativamente bajos. Al igual que para los
pavimentos construidos con capas tratadas con materiales
hidráulicos. los esfuerzos preponderantes son los de tensión por
flexión en la parte inferior de la capa.
Durante el fraguado y debido a los esfuerzos térmico s. el concreto
presenta fases de retracción . La lisuración correspondiente
generalmente se controla satisfactoriamente. ya sea por la realización
de juntas transversales . o por la colocación de acero de refuerzo
destinado a repartir por adherencia las deformaciones de retracción.
generando numerosas lisuras finas en lugar de agrietamientos
concentrados visibles.
El aumento de los esfuerzos transversales generados por el tráfico
en los bordes de las losas aumenta a medida que la calidad de la
transferencia de cargas en los bordes de las losas es baja. Puesto que
las fisuras son de pequeñas dimensiones cuando se utiliza concreto
armado continuo, este tipo de pavimento se puede considerar como
continuo . Para las estructuras con pasadores, la transferencia de carga
se asegura mediante elementos de acero colocados a través de lasjunlas transversales.
Influencia de las Condiciones Climáticas
En este tipo de estructuras, las solicitaciones creadas por las
variaciones de las condiciones climáticas pueden ser muy superiores
a las generadas por el tráfico. Sin embargo la fatiga del pavimento se
produce por lacombinación de cargas rodantes y gradiente térmico.
Las variaciones diarias de la temperatura ambiente generan
gradientes térmicos en las losas . Este gradiente ocasiona una
deformación de la losa que degrada la calidad del suelo de apoyo e
incrementa el efecto del tráfico de manera progresiva.
Mecanismos de Degradación
Uno de los dos principales mecanismos de degradación en los
pavimentos clásicos de concreto construidos mediante losas
discontinuas es la fisuración creada por los esfuerzos de tensión por
flexión. Esta degradación se manifiesta por la aparición de fisuras
transversales y fallas en las esquinas de las losas.
El segundo mecanismo de degradación principal se debe a la
modificación de las condiciones de apoyo en vecindades de lasjuntas
y las lisuras . Esta modificación da lugar a que se presenten
fenómenos de bombeo. La degradación del suelo de apoyo se debe
principalmente a la presencia de agua en la interface losa - capa de
sub-base o subrasante y a los efectos combinados de:
• Erodabilidad del suelo de subrasante.
• Cargas cíclicas producidas por el tráfico.
• Baja transferencia de carga entre las losas lo cual se traduce en
una asimetría de esfuerzos yen desplazamientos diferenciales a
cada lado de la discontinuidad .
La utilizaci ón de materiales poco erosionables en la capa de
sub-base y un conveniente drenaje permiten limitar la aparición del
fenómeno del bombeo.
El mecanismo de degradación de los pavimentos construidos con
concreto reforzado continuo (sin juntas transversales) no se conoce
con precisión . Debido a la fisuración , se puede pensar que el
mecanismo de degradación es similar a los otros tipos de estructura.
sin embargo estas lisuras poseen buenas características de
transferencia de carga debido a su pequeña dimensión y a la presencia
del acero.
A.S EVOLUCiÓN HISTÓRICA DEL MÉTODO DE
DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS
En este capitulo se hace un breve recuento histórico del método
racional de diseño de pavimentos que es el que se adopta en el
presente manual .
La evolución de una metodología de diseño de pavimentos debe
estar siempre ligada con dos factores preponderantes:
• La evoluci ón de los materiales para pavirnento y el desarrollo de
nue\as técnicas constructivas.
• La evoluci ón de la magnitud de las cargas rodantes )' de la
velocidad de los vehículos (en ciertos paises Europeos se
adoptó desde 1945 una carga por eje de 13 toneladas).
Hasta 1950 el disei'lo de pavimentos flexibles se fundamentaba en
procedimientos empíricos basados en analogias con pavamentos
construidos con anterioridad. Para los pavimentos construidos con
materiales no ligados se utilizabael método del CBR desarrollado por
PORTER en los Estados Unidos a partir de correlaciones entre el tipo
de suelo, el tráfico y el espesor (1929). Este método se complementó
en 1930 con el ensayo de punzonamiento bien conocido.
Para las estructuras en concreto hidráulico el diseño se basaba en los
métodos desarrollados por WESTERGARD en 1927 para las losas de
concreto.
Los trabajos teóricos de BURMISTER (1<).13) sobre el cálcul o de
los esfuerzos )' deformaciones en un macizo rnulticapa elástico
semi-infinito con carga circular.Ios de IVANOV en URSS y de MAC
LEOD en Canadá abrieron la posibilidad para el desarrollo de
procedimientos de disei'lobasados en principios de la mecánica de los
materiales .
Algunos paises Europeos comenzaron a partir de la segunda guerra
mundial a implementar estas teorías mecanicistas. Es así como en
Francia en 1948 DE L'HORTE presentó una explicación racional del
comportamiento de pavimentos que explicaba los conceptos de CBR
con base en la teoría de BOUSSINESQ. En 1959, JEUFROY y
BACHELLEZ publicaron una serie de ábacos que explicaban el
funcionamiento de estructuras de pavimento tricapa utilizando una
metodología similar a la de BURMISTER.
-
La experimentación llevada a cabo en los Estados Unidos en los
ai'los 50 (ensayo HRB de Maryland en 1949, ensayo WASHO en
IDAHO en 1953-54 y AASHO de 1955-(1) aportaron bases
importantes para cuantificar el efecto del tráfico y su acumulación.
Estos ensayos condujeron a una metodología empírica que se situaría
en oposición a los desarrollos de la metodología racional .
Paralelamente el aumento de las cargas producidas por cl tráfico
condujo al desarrollo de materiales ligados (tratados con cemento o
cal) con los cuaJes se podían obtener alta rigidez y resistencia, y
materiales asfálticos de alta calidad. Era claro que con la metodología
empírica era dificil entender la contribución de cada uno de los
parámetros de comportamiento de estos materiales en el
funcionamiento global de la estructura de pavimento . Esta fue una de
las principales razones que condujo al desarrollo modemo de la
metodología racional de diseño .
En los comienzos del desarrollo de la metodología racional su
utilización se centraba en estructuras de un número limitado de capas
debido a la utilización de ábacos . Fue así como se comenzó el
desarrollo de programas de computador que tuvieran en cuenta la
presencia de varias capas tales como el ALlZE desarrollado por el
LCPC de Francia en 1964. En Colombia el Instituto de Vías de la
Universidad del Cauca implementó un programa similar al final de la
década de los 80 llamado DEPAV.
La utilización de la metodología de diseño racional de pavimentos
ha sido complementada en los últimos ai'los por el progreso en el
conocimiento del comportamiento a la fatiga y bajo cargas cíclicas de
los materiales que componen la estructura del pavimento,
Finalmente cabe anotar que la correcta utilización de la metodología
de diseño racional debe pasar obligatoriamente por el estudio experimental del comportamiento de los materiales bajo cargas cíclicas
(fatiga)' módulo dinámico)
A.6 lÍNEAS GENERALES DE LA METODOLOGíA DE
DISEÑO UTILIZADA EN ESTE MANUAL
La metodología de disei'lo que se propone en este manual es la
metodología racional de diseño de pavimentos. Esta metodología es
la más apropiada para situaciones complejas como la de Santa Fé de
Bogotá donde la calidad de los materiales y de la subrasante es en la
mayoría de los casos deficiente)' las cargas son considerablemente
más altas al eje de 11.2 toneladas considerado tradicionalmente en las
metodologías empíricas.
La metodología racional combina elementos de la mecánica de
pavimentos y elementos experimentales así:
• Los elementos de la mecánica de pavimentos se utilizan para
definir un modelo de la estructura de pavimento que permita
calcular los esfuerzos inducidos por el tráfico.
• Los resultados de los ensayos de laboratorio obre la
degradación en fatiga de los materiales para pavunerno se
utilizan para establecer el número de ejes equivalentes que el
pavimento puede soportar.
Una de las características de la metodología raciona! de diseño es la
posibilidad de adoptar un procedimiento probabilístico De esta
manera. el objetivo no es calcular la vida útil de una estructura de
pavimento sino evaluar la probabilidad de rotura acumulada en el
tiempo .
El detalle de la caracterización mecánica de los suelos de subrasante
y de los materiales para pavimento se exponen en el Titulo By D de
este manual. Los elementos necesarios para el disello de estructuras
nuevas se presentan en el Titulo e de este manual.
A.6.1 CARÁCTER PROBABIUSTICO DEL DISEÑO
Una de las particularidades principales del disello racional de
pavimentos es su carácter probabillstico. Esto se debe al carácter
aleatorio de diferentes factores que intervienen en el cálculo de la
durabilidad de un pavimento,
Si bien el control duranteel procesode fabricación de los materiales
para pavimento y las precauciones que se tomen durante la
construcción pueden limitar la variación de las características del
pavimento, la evolución de la degradación por fatiga es un proceso
aleatorio que se aprecia en la dispersión de los resultados del ensayo
de fatiga en laboratorio. Este aspecto se refuerza con la variabilidad
del espesor de las capas en la obra, dispersión que depende de la
técnica constructiva del grado de control de calidad ejercido.
En lin, los factores con los cuales se delinen las cargas sobre el
pavimento(tráfico, clima) varían durante la vida útil de la estructura
sin que se pueda hacer una previsión precisa (tasa de crecimiento y
composición del trálico, etc.).
La combinación de todos estos factores conducen a razonar en
términos probabilísticos para estimar la evolución del riesgo de
degradación del pavimento. Este concepto se traduce en delinir la
vida útil inicial y el riesgo de cálculo.
A.6 .2 CONCEPTOS DE VIDA ÚTIL INICIAL Y RIESGO DE
CÁLCULO
La noción de vida útil de un pavimentoes un concepto dilicilmente
definible y poco práctico. Por un lado la degradación no se desarrolla
de manerahomogéneay de otro lado las consideraciones econ ómicas
hacen obligatorias las labores de reparación antes de la destrucción
total del pavimento. Es necesario utilizar un parámetro distinto para
el diseño de estructuras de pavimento.
Teniendo en cuenta el carácter probabilístico, el método más
conveniente consiste en buscar que la probabilidad de aparición de
degradaciones de una magnitud dada, antes de WI período de tiempo
P, sea inferior a un valor lijo determinado.
Esta probabilidad de falla es llamada "riesgo de cálculo " y el
periodo de tiempo P se define como " vida útil de cálculo ". La
delinición del riesgo de cálculo es la siguiente:
Un riesgo x% en un tiempo de P años , se define como la
probabilidad de que durante el periodo P aparezcan desordenes en la
estructu ra que impliq uen trabajos de refuerzo asimilables a una
reconstrucción del pavimento, esto en ausencia de toda reparación de
tipo estructural en ese intervalo.
A.6.3 FACTORES CONSIDERADOS PARA EL DISEÑO
El método racional de diseño de pavimentos considera los
siguie ntes [actores:
• El trálico.
• El clima.
• La subrasante.
• Las capas de pavimento .
• La calidad de la construcció n.
Con base en estos parámetros el diseño pretende determinar los
espesores de las diferentes capas contempladas para garantizar
requisitos de durabilidad, funcionamiento y calidad .
Tráfico
Los pavimen tos se diseñan dependiendo del tráfico de vehículos
pesados. El método de cálculo incluye la conversión del tr áfico de
vehículos de diferente config uración y ca rga en un tráfico
equivalen te de ejes es tándar. Teniendo en cuenta que las
disposiciones legales sobre la carga autorizada para los vehículos de
en Colombia sobrepasa ampliamente la carga estándar de 8.2
toneladas, se propone para Santa F é de Bogotá un eje estándar de 13
toneladas. con dos ruedas gemelas.
Para determinar las relaciones de equivalencia entre ejes de carga
diferente se debe conocer la degradación unitaria que produce cada
eje . Éstas se obtienen con base en cálculos de los esfuerzos inducidos
en cada capa y del comportamiento a la fatiga del material
considerado. De este análisis se concluye que la agresiv idad de cada
eje no depende únicamente de su carga sino también de los materiales
que constituyen el pavimento.
Por comodidad y por necesidad de normalizaci ón se presenta la
noción de tipo de tráfico. Este se determina en función del tráfico
diario de ejes estándar del carril más cargado, durante el pnmer afio
de funcionamiento . Los rangos de cada tipo de tráfico se presentan en
el T ítulo e de este manual .
Clima
La temperatura tiene una importante influencia en los diferentes
tipos de pavimento, afectando principalmente lo siguiente:
• El comportamiento de los materiales asfálticos.
• Las variaciones ciclicas de la abertura de las fisuras de
retracción en los materiales tratado con ligantes hidráulicos.
• Las deformaciones de las losas de pavimento rígido debidas a
los gradientes de temperatura.
Generalmente para los materiales asfálticos, el diseño se realiza
considerando una temperatura constante equivalente. Para la ciudad
de Santa Fé de Bogotá las medidas realizadas durante un afio
demuestran que la temperatura equivalente para el diseño puede
considerarse como de 20"C.
La Subrasante
La caracterizaci ón mecánica de la subrasante se describe en Titulo
D de este manual. Para el diseño de la estructura de pavimento por el
método racional esta capa se describe mediante el módulo elástico
en el rango de deformaciones reversibles considerando el estado
hídrico más desfavorable (modulo resílente).
Materiales para las Capas de Pavimento
La metodologíade diseño presentada en este manual se aplica a los
materiales que se definen en el Titulo D. Para definir las
caracteristicas de estos materiales se presentan un conjunto de
especificaciones (véase el reglamento del sector Vial Urbano para
Santa Fe de Bogotá. RSV-20(Kl) y a titulo indicativo se presentan
algunos valores típicos de parámetros de diseño en función de sus
características mecánicas básicas (resistencia a la compresión o a la
tracción).
En caso que se prevea la utilización de materiales que no estén
contemplados en el RSV-2000. se deberá adelantar un estudio de
laboratorio particular que deberá complementarse con tramos
experimentales de prueba que deben someterse al paso acelerado de
ejes cargados.
Para los materiales estudiados y referenciados en este manual los
parámetros de comportamiento mecánico deben considerarse como
valores índice típicos obtenidos luego de un estudio muy particular
de cada material. Estos valores solamente se podrán utilizar para
efectos de un predimensionamiento de las estructuras de pav imento y
para análisis comparativos de los diferentes materiales. En ningún
caso deben utilizarse estos parámetros para el diseño de alguna
estructura de pavimento.
El comportamiento a la fatiga de los materiales se estudió también
con base en ensayos de laboratorio. Teniendo en cuenta el carácter
intrínsecamente disperso de este tipo de resultados, se presentan los
valores de esta dispersión obtenidos a partir de numerosos estudios
sobre cada material. Esta dispersión se tiene en cuenta en la
metodología de diseño tal como se explica más adelante.
Calidad de la Construc ción
Las disposiciones que se presentan en la metodología de diseño
propuestacorrespondena situaciones en las que se respeta la práctica
estándar aceptada en lo que respecta a la fabricación de materiales
para pavimentos (véase RSV-2(00). Estas reglas permiten asegurar
la homogeneidad de las composiciones )' de las caracteristicas
mecánicas de cada material.
Si se supone que la fabricación del material está debidamente
controlada, el factor que queda como variable es el espesor de las
capas que se considera como una variable aleatoria. La metodología
de diseño propuesta permite tener en cuenta la dispersión del espesor
de las capas adoptando los valores que se obtienen comúnmente en la
práctica
A.6.4 DETERMINACiÓN
ADMISIBLES
DE
LAS
SOUCITACIONES
Los valores de las solicitaciones admisibles en cada capa del
pavimento se determinan a partir de las características de
comportamiento a la fatiga de cada material, del tr áfico acumulado y
del riesgo de cálculo. Se incluye un coeficiente de "calibración" de la
metodologia que tiene como objetivo corregir la diferencia entre los
valores obtenidos en el cálculo)' los observados realmente en el
pavimento.
A.6.5 RELACiÓN ENTRE SOUCITACIONES ADMISIBLES y
RIESGO DE CÁLCULO
Las caracteristicas mecánicas de los materiales de pavimento se
pueden considerar como homogéneas siempre y cuando se fabriquen
siguiendo un control adecuado. Siendo así, los únicos factores que
reflejan la variabilidad en la aparición de degradaciones en el
pavimento son las dispersiones en:
• Los resultados de los ensayos de fatiga.
• Ladispersión del espesor de las capas durante laconstrucción .
La curva de fatiga que se obtiene a partir de la correlación de los
resultados de ensayos de laboratorio corresponde a una probabilidad
de falla del 50% . Los resultados de los ensayos, expresados en
logaritmo en base diez del número de ciclos hasta la falla se
distribuyen siguiendo una ley normal con una desviación estándar
denominada ON. El espesor de las capas se considera que sigue una
función de distribución de ripo normal, con desviaci ón estándar
denominada ou,
Si se considera el caso de un pavimento que debe diseñarse para una
vida útil inicial de cálculo P que corresponda a NE repeticiones de
carga de un eje de 13 toneladas, calcular este pavimento para un
riesgo r en ese período corresponde a diseñarlo para que la
probabilidad de falla en el periodo P sea al menos igual a r.
El riesgo r, es la integra! de la densidad de probabilidad de la variable reducida LogN. La desviación estándar Ii, asociada a la variable
LogN , se obtiene combinando los factores de dispersión
correspondientes a la ley de fatiga y a! espesor de las capas así :
en donde:
C: es un coeliciente que relaciona la variación de la deformación (o
del esfuerzo) en la capa de pavimento con el espesor de la capa al r
(logs = IQb'EO - CL\h).
b: es la pendiente de la ley de fatiga del materia! expresada en forma
bilogaritmica
En la Figura A.3 se ilustra la manera como se deduce el valor de la
solicitación admisible para un tráfico acumulado N y un riesgo r dados . Esta curva especílica que hace referencia a la deformación
unitaria admisible, puede emplearse igualmente para otra
solicitación admisible como pueden ser los esfuerzos.
A.6.6 COEFICIENTE DE CAUBRACIÓN
El cálculo de las solicitaciones admisibles para las capas de
pavimento ligadas está afectado por un coeliciente de calibración Kc
el cual corrige la diferencia entre las predicciones del diseño y el
comportamiento real del pavimento.
Los valores de Kc que se presentan en este manual han sido
adoptados de recomendaciones de paises extranjeros con mayor
experiencia en el diseño racional de pavimentos . Estos valores
corresponden a diseños realizados siguiendo la metodología que se
presenta en este manual, particularmente en lo referente a:
• Materiales que cumplan con los requerimientos de este manual.
• Modelo de cálculo multicapa elástico lineal.
• Descripción del comportamiento a la fatiga obtenida a partir de
ensayos en flexi ón alternada
No se permite la utilizaci ón directa del coeficiente Kc que se
presentan en este documento en los casos siguien tes: cuando se
realizan ensayos de fatiga diferentes a los de flexi ón alternada o
metodologías de cálculo diferentes , (por ejemplo cálculo por el
método de los elementos finitos utilizando leyes de comportamiento
no lineales, o ensayos de fatiga para materiales asfálticos con
esfuerzo impuesto y tiempos de reposo).
Para la determinación de coeficientes de calibración para materiales
nuevos se deben realizar ensayos de tramos de prueba
A.6.7 DEFINICiÓN DE LOS ESPESORES DE LAS CAPAS
Los espesores de los materiales que se obtienen de los cálculos
deben ajustarse convenientemente con el fin de tener en cuenta:
• Las restricciones de tipo tecnológico sobre espesores mínimos y
máximos de las capas para cumplir con los objetivos de
compactación y continuidad .
• La minimizaci ón del número de interfaces y a la vez la
reducción del riesgo de defectos de liga en estos niveles.
El aseguramiento de una protección adecuada de las capas tratadas
con ligantes hidráulicos con respecto a los fenómenos que no se
tienen en cuenta en la metodología de cálculo (principalmente el
calcado de fisuras).
Figura A.3 : Cálculo de la deformación admisible
a partir de Jos resultados de fatiga
Fractll (u)
~I.~
-1.(14
Rit"Sgo (r n/o)
20
15
-1.2lI I -I.h:'
10
-2.(1:'
2
variable lo~N
di tribuida wgún
una ley normal ron
¡j(04iO\-'jAdlm ('Co;hhular ¡;
r
__ -.1
Curva de
ratt~a
para una
prohabilidad de falla l1el50 n/n
&
~I
uo .
....
h
uf) I
....... JI-!
NF.
-
-- --- ~
IAl$.t N
~
TITULO B: PLATAFORMA
SOPORTE DEL
PAVIMENTO
8.1 FUNCIONES Y CRITERIOS DE CLASIFICACiÓN
DE LA PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
8.1 .1 CRITERIOS A CORTO PLAZO PARA LA PLATAFORMA
SOPORTE DEL PAVIMENTO
8 .1.2 CRITERIOS ALARGO PLAZO PARA LA PLATAFORMA
SOPORTE DEL PAVIMENTO
B.U PROCEDIMIENTO DE CLASIFICACiÓN DE LA
PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
8.2 CARACTERIZACiÓN DE LA SU8RASANTE
B.2 .1 IDENTIFICACIÓN DE LOS SUELOS PARA LA
SUB RASANTE y LA CAPA DE CONFORMACIÓN
B.2.2 AMBIENTE HÍDRICO
B .2 .3 CLASES DE CAPACIDAD PORTANTE DE
SUBRASANTE
8.2.4 CARACTERíSTICAS MECÁNICAS DE LOS SUELOS DE
SUBRASANTE PARA EL CÁLCULO DE
OPTIMIZACiÓN DE LA CAPA DE CONFORMACIÓN
8.3 CAPA DE CONFORMACiÓN
B.3.1 FUNCIO AMIENTO y DISEÑO DE LA CAPA DE
CONFORMACIÓN
8.3.2 MATERIALES PARA LA CAPA DE CONFORMACiÓN
8.4 CLASIFICACiÓN DE LA PLATAFORMA SOPORTE
PARA EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE
PAVIMENTO
B.4.1 CLASES DE PLATAFORMA SOPORTE
B.4 .2 NATURALEZA Y ESPESORES DE LA CAPA DE
CONFORMACiÓN
B.4 .3 CAPA DE CONFORMACIÓN EN MATERIAL NO
TRATADO
8.4.4 CAPA DE CONFORMACIÓN EN SUELOS ARCILLOSOS
O LIMOSOS TRATADOS EN EL SITIO
B.4 .5 CAPA DE CO FORMACIÓ E MATERIALES
GRA ULARES TRATADOS CO
LIGA TE
HIDRÁULICOS
B.4.60PTIMIZACIÓ DE LA CAPA DE CO FORMACIÓ
B.4 .7 METODOLOGíA PARA EL D1SE-O GLOBAL
PAVIMENTO-CAPA DE CO FORMACIÓ
B.·U DI E - O DE CAPAS DE CO FOR 1ACIÓ E
MATERIALES TRATADOS QUE HAGA PARTE DE LA
E TRUCTURA DEL PAVIMENTO
8.1 FUNCIONES Y CRITERIOS DE CLASIFICACiÓN
DE LA PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
L
as estructuras de pavimento se construyen sobre una capa
llamada plataforma soporte de el pavimento (Figura 8.1).
constituida por:
• El suelo soporte (en corte o terraplén) , cuya parte superior
(aproximadamente en I m de espesor) recibe el nombre de parte
superior de la explanación (PSE) y su superficie se denomina
subrasante.
• Una capa de conformación eventual.
Figura B.I
Plataforma Soporte dcl Pavimento
I
r
-
-
--
¡Capa de Conformación¡
ParteSuperior de la L panaci ,n
I m
'sueloSopone
Esta plataforma cumple con dos funciones esenciales:
• En primer lugar protege el suelo soporte de la intemperie y
soporta el tráfico generado por la obra de tal forma que la
construcción de las capas de pavimento sea técnicamente
posible;
• También sirve como soporte de las capas de pavimento y por lo
tanto cumple con una función estructural e influve en el
.
resultado del diseño.
De esta forma, la clasificación y las exigencias que debe cumplir la
plataforma soporte del pavimento se deben definir teniendo en cuenta
lo siguiente:
• Cri terios a corto plazo asociados a la construcción del
pavimento.
• Criterios a largo plazo para el diseño y la verificación del
comportamiento estructural de l pavimento en se rvicio.
8.1 .1 CRITERIOS A CORTO PlAZO PARA LA PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
A corto plazo. durante la construcción de la obra. la plataforma debe
tener unas características mínimas:
• De capacidad portante. para asegurar la circulación de la
maquinaria de aprovisionamiento de los materiales,
• De nivelación para garantizar la regularidad del espesor de las
capas y la planeidad de la vía terminada.
• De defonnabilidad para permitir la adecuada compactación de
las capas de pavimento.
Con respecto a los criterios para la construcción , los rangos de
valores pennitidos dependen de la impo rtancia de la obra. de la
maquinaria, de los métodos y condiciones de ejecución. asi como
también de la naturaleza del material de la capa de sub base del
pavimento.
Para las obras para tráficos medios o altos (superior O igual a T3) se
utilizan los siguientes pará metros de con trol:
• Para la capacidad portante: en el caso del suelos sin cohesión no
tratados. el índice de capacidad portante inmediato IPI. (norma
IDU-l (0) debe ser al menos menos iguala 35. La nivelaci ónde
la plataforma realizarse con una tolerancia de más o menos 3
cm.
• Para la defonnabilidad de la plataforma: en el momento de la
colocación de las capas de pavimento la defonnabilidad debe
ser tal que la deflexi ón medida bajo un eje de 13 toneladas sea
inferior a 2 mm: (1.3 mm en el caso de ejes de 8.2 toneladas).
Para las obras de pequeña envergadura que corresponden
generalmente a de pavimentos de bajo tráfico (inferior a T3) , se
pueden permitir capacidades portantes de la plataforma un poco más
bajas, a partir de 30 MPa aproximadamente. Lo anterior es posible si
la capa de sub base se construye con gravas no tratadas o se realiza
con ciertos materiales como las arenas o limos tratados con ligantes
hidráulicos o con cal .
Por el contrario, para los pavimentos de alto tráfico (superior a 1'3),
en los cuales la circulación de maquinaria sobre la capa de
conformación será importante se deben utilizar rangos menores. Esto
con el fin de reducir la dispersión sobre el espesor de las capas de
pavimento. En este caso los rangos que se deben cumplir son los
siguientes:
• Una nivelación de la plataforma con una tolerancia de más o
menos 2 cm.
• Una deflexi ón inferior a 1,5 mm para ejes de 13 toneladas o 1
mm para ejes de 8.2 toneladas .
8 .1.2 CRITERIOS A LARGO PLAZO PARA LA PLATA·
FORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
A largo plazo, en lo que tiene que ver con el diseño de la estructura
del pavimento, la plataforma soporte se caracteriza por una clase de
capacidad portante que se obtiene con base en:
• El comportamiento del suelo soporte en el espesor
correspondiente a la parte superior de la explanación,
(aproximadamente 1m). En esta capa se debe tener en cuenta la
naturaleza del suelo y el ambiente hidrológico en las
condiciones más desfavorables,
• El tipo de material y el espesor de la capa de conformación
utilizados.
8 .1.3 PROCEDIMIENTO DE CLASIACACIÓN DE LA
PLATAFORMA SOPORTE DEL PAVIMENTO
El procedimiento para escoger el tipo de plataforma soporte del
pavimento en función del tipo de subrasante y del tipo de capa de
l.hIn H 1: Clases de Suelo
Clase
Denominación
Caracteristica s
Comenta ri os
Ejem plos
Todas las clases de suelos A
8 Y mcíuso los no plbticos
(limos. arenas muy finas) sen
e
A
Suelos finos
Tamaño máximo de las
particulas < 50 mm
Porcentaje que pasa
tamiz 200 >35..
Aralia ,
limo .
Tamaño máxime de las
Suelos con
B
arenas o gravas
con finos
partlculas < 5Omm.
Porcentaje que pasa
tamiz 200 entre 5 y
Arenas,
gravas,
arenas etc.
35""
sensibles al agua. en relación
con aspectos de tráfico y
compactación. y al camport rmemo de la subrasant~
La diferenCIa enl .. la clase A
y B está en el porcent je de
üree. en la 5ellSlbilidad .1
agua (tiempos más o menos
largos de respuesta a las
condic~nes meteorológicas) ,
y al comportamiento mecánlco (fricción . cohesión)
la principal diferencia entre
las clases B y e está retaclonada con las partículas
gruesas presereea de bloques en los suelos de dase
a partir de kl cual
• su empleo depende
del tipo de herra ·
mienta a utützar
• dificultad para nlvela~
cién de subrasantes.
par. eJecución de
trincheras y otros.
e
e
Tamano máximo de las
Suelos con
partícutas > SOrnm.
pamculeres ñnas
Porcentaje que pasa
y gruesas
tamiz 200 > 5%
ArCIllas.
aluviones
gruesos
Arenas y
D
gravas
Suelos y rocas
Insensrbles al
agua
Porcentaje que pasa
tamiz 200 <5%
Roca alterab'e
Fragilidad y
alteral:*idad definida
por ensayos
dependiendo de la
naturaleza de los
maretiales.
Matenal
denvado de
roca sana
ümprc
E
EsqUistos.
arenIscas
friabCes.
la msensibdidad al agua se
conSldera en relaaón con la
realización de ellcavaclones y
en el efecto de las conchClones meteorológicas en la
calidad
de
tas
obras
reahzadas
Matenales
cuyaa
propiedades useas y mecanas
cambian durante los trabaJos.
o suelos sensibles al agua
Cuando
Maleriales
F
degradables.
combustlbCes.
solubles o
contaminantes
Los criterios y las
caracterlSlicas
dependen de la
naturaleza del matenal.
Turba •
esquistos.
rKlduos
industriales
ccnteeurerees
basuras. etc
puedan utilizarse.
materiales
deben
ctesrücarse dentro de las
ctesee A B .
o E en la cual
clasifIquen de acuerdo con
sus caracterisncas granulométncas o eventualmente
Iseot.l eI ca ráct er de la roca
e5l06
e
Tab la 8 .2: Subclases del Suelo
Clase
A
Suelos Finos
caracterísncas
Rango de Propiedades Geotécn icas
0 < 50mm
Pasa tamiz 200
> 35%
IP < 10
Al
10 < IP < 20
A2
20 < IP < 50
A3
IP > 50
~
Retenido
acumulado en
B
0 < 5Dmm
Pasa tamiz 200
Suelos con arena
entre
o grava con finos
5y35%
Pasa
tamiz 200
de 5 a
12%
2 mm inferior a
30%.
Retenido
acumulado en
2 mm superior
a 30%.
Pasa
tamiz 200
de 12 a
35%
EA > 35
BI
EA < 35
B2
EA > 25
8 3
EA <25
B4
IP < 10
Bs
IP > 10
Ba
CI
Pasa tamiz 200 elevado> 12%
C
Suelos con
comportamiento
fino y elementos
gruesos
O > 50mm
Pasa tamiz 200
> 5%
Pasa
tamiz 200
< 12%
0 < 250mm
C2
O > 250mm
C3
Retenido acumulado en
D
Suelos y rocas
insensibles al
agua
0 < 50mm
Pasa tamiz 200
< 5%
Subc lases
2 mm
inferior al 30 %
Retenido acumulado en 2 mm
superior al 30%
50 mm < O < 250 mm
O > 250 mm
DI
D2
D3
D4
conformación incluye varias etapas. El procedimiento pasa en primer
lugar por una clasificación del tipo de subrasante que depende del
tipo de suelo. del ambiente hí drico del sitio y de las condiciones de
drenaje. En seg undo l ug ar se clasifica el tipo de capa de
conformación de acue rdo con el material utilizado (material gran ular
no tratado, suelo fino tratado, material granular tratado o
procedimientos especiales). Esta clasificación conduce a un
procedimiento de dimensionamiento de la capa de conformaci ónque
permite escoger la capacidad portante de la plataforma soporte del
pavimento (véase Anexo 1).
También es posible realizar cálculos detallados para optimizar el
espesor de la capa de conformación. En este caso se sig ue un
procedimiento de diseño similar al indicado en el Título D de este
manual .
B.2 CARACTERIZACiÓN DE LA SUBRASANTE
El diseño de la capa de conformación y de la estructura del
pavimen to se basa en una caracterización mecánica de los suelos de la
subrasante y de la parte superior de la explanación (PSE) .
B.2.1 IDENTIFICACiÓN DE LOS SUELOS PARA LA
SUBRASANTE y LA CAPA DE CONFORMACiÓN
Las variables que intervienen en la clasificación de los suelos de
subrasante son:
•
Los parámetros descriptivos de la granulometria y del
contenido de arcilla,
• El estado hídrico en el momento de la construcción.
• Los parámetros de comportamiento. obtenidos a partir de
ensayos mecánicos, destinados a evaluar la posibilidad de
utilización de arenas y materiales rocosos en la capa de
conformación.
Las tablas sinópticas de clasificación de materiales se presentan a
continuación (Tabla B. 1 YTabla B.2).
T"hla H 3 TI
Clases y subclases de
Jc Subusa nte (S'"
Clasificación en tipos de subrasante
suelos
Htnnedlld c.ee ltJll t~tJCa del nwtrosul*klr di
$U9b natural en el ~tio COI'l rl)Specto lila
h¡)mOd
fT'lilI (en"
s, o S, '
S,
A" B" B" B.
A" S.
So
el fracción < 20mm , A"
Grado de saturaclón caraeterlsllco del metro superior de
suelo en el sitio
B" O,
90%
S,
S,
B,
S.
S,
S,
D" O" O,
Podrá adoptarse S, cuando se realicen ensayos (en el sitio) del
módulo erasnee del suelo en condiciones más desfavorables de
humedad el móduloobtenido sea ma or ue 120 MPa
Se adoptará la clase SK del material de la capa Intermedia
Cort es en roca
adicionada ya que se requiere una capa con el fin de respetar la
tolerancia en la nivelación
Suelo
e" e,
horno eneizar la ca
dificil de caracterizar, Clasificarlo en
acuerdo con unestudto e
mee.
cidad
So
rtante .
Si o 5 2 de
Apreciar la evolucióndel suelo y de acuerdo con 880 clasifiear1o .
Materia'
E YF
Realizar ensayos para determinar el m6dljo elástico en el sitio.
Tener en cuenta que estos tipos de materiales presentan
caracterlstlcas evolutivas ue cambian conel tiem
B.2.2 AMBIENTE HíORICO
El estado hidrico de los suelos de soporte, así como también las
características mecánicas de los materiales sensibles al agua fluctúa
en el tiempo, según las condiciones hidrológicas ( nivel fre ático,
infiltraciones de agua) ; y en función de las disposiciones
constructivas del proyecto (trazado, geometria, dispositivos de
drenaje y evacuación de aguas),
Está variabilidad en el tiempo y en el espacio hace dificil una
descripción precisa del ambien te hídrico. Por esta razón, para la
definición de los casos de capacidad portante a largo plazo de la
plataforma soporte del pavimento . los elementos que se deben tener
en cuenta se reducen a los siguientes:
• La apreciación del estado hídrico de los materiales.
• Una apreciación del contexto general del pavimento una vez en
servicio (posibilidades de llegada de agua, drenaje...).
En la Tabla B.3 se establece la clasificación final según tipos de
subrasante teniendo en cuenta estos aspectos.
B.2.3 CLASES DE CAPACIDAD PORTANTE DE SUB
RASANTE
Alternativamente a lo establecido en las Tablas B.I , B.2 Y B.3 se
puede establecer unas categorías de la parte superior de la
explanación (PSE) .
La descripción cualitativa de la parte superior del explanación dada
en la Figura B.2 permite definir la capacidad portante alargo plazo de
sub rasante (SK). Con base en las clasificaciones de la subrasante
presentadas. se definen cuatro categorías de subrasante (Tabla B.4).
En el caso de la PSE número cero (categoría de subrasante So). es
necesario mejorar las condiciones (por purga, drenaje, etcétera). con
el fin de lograr llegar a una capacidad portante a largo plazo superior a
20 MPa antes de establecer la clasificación de la plataforma soporte
del pavimento .
I ' CIII';' B.2 e 1.1 " .1 ., ""1'''1'111.111 1''' rt:1 uc d 1.1
Caracterización de la
pa rte superior de la
exnla nació n PSE
PSE I
~.'-
---Lfs~ ;~BE
n
~~~ !~""1Il 1 \ /
.
I
SI
Comentarios
So
La solución en este tipo de
casos consiste en la
búsqueda de una solución
como: purga, sustitución,
refuerzo con geosintéticos.
Suelos:
A. 132. 134. 135. 136, C I que se
encuentren en un estado muy húmedo
é:8"P
A
.UI 1('.
Descripción (segú u Tablas
B. I y B.2)
Esquema
PS E O
11 h m
•
Contexto:
Zonas turbosas, pantanosas o
inundables.
Capacidad portante de la PSE casi nula
en el momento de la construcción de la
obra o su vida útil
tratamiento con
estabilizantes, etc. Esto co
el fin de que se pueda
mejorar la situación hasta
llevar el caso a una
situación SI.
En este caso de PSE es
conveniente lo siguiente:
Suelos:
Materiales de clases A, 82, 84 . 85,
86. e Iy ciertas rocas blandas en estado
húmedo.
Co ntexto:
Subrasante en materiales sen ibles al
agua con mala capacidad portante en el
momento de la construcción} de la
colocación de la capa de conformación
(Al Ysin posibilidad de mejora a largo
plazo (8),
S.
a) Proceder a una mejora
del material hasta 0.5 m de
espesor con un tratamiento
principalmente con cal
viva. egún el tipo de
tratamiento, este caso
puede convertirse en S2 o
S3o S•.
8) Es posible también
construir una capa de
conformación en
materiales insensibles al
agua
r
r
I j!!lIra
B.~
( 1,1 e' de e',lpae'jrlacl portan! de' 1,. 11111',1 ,111ft'
aracterizaci ón de la
ESlJ uema
parte superior de la
ex lanaci ón PSE
A
PSE 2
...
n
Descripción (según Tablas
8.1 y B.2)
Contexto:
Zona . turbosas, pantanosas o
inundables.
Capacidad portante de la PSE casi nula
en el momento de la construcción de la
obra o suran te Sil vida útil
Contexto:
PSE en materiales sensibles al agua
con buena capacidad portan te en-el '
mom ento de la co locac ión de la capa
de conformación (A) pero que puede
disminuir a largo plazo debido al
efecto de la infi ltraci ón de las aguas
lluvias.
-
Comenta rios
En este caso es posib le
realizar un trabajo de
drenaje o abatimiento del
nive l fre ático. Si este
tratamiento es eficaz se
puede llegar a la situación
uel os:
A, B2. B4 , B5, B6, C I v ciertas rocas
blandas eu estado de h~medad media .
Suelos:
Los m ismos suelos que en el caso de
PSE 2.
PSE 3
SI
S..
S.
Aunq ue si la situación
climática es favorable se
puede tener nna buen a
capaci dad portan te de la
subrasan te a corto plazo , es
pr ácticamente ind ispen abl
la construcción de la capa
de conformación
S.
S2
Los mismos comen tarios
que para la PSE 2
refe rentes a la co nstrucción
de un adecuado drenaje. Se
clas ifica como SI en caso
de no construir drenajes
adecuados.
Clasi ficación como 52 en
caso de que se construya
un drenaje adecuado que
perm ita evacuar el agua de
i nflltración.
I ¡gur,. B 1 ('1.1 e t!lo capa idad portante de la uhru ante.
C a rncteri zncién de la
parte super ior de la
Esquema
ex rlanaci ón P E
Á
...
B
Suelos:
Los mismos suelos que en el caso J~ la
PSE 1 siempre y cuando Su
grauulomeuia permita el tratamiento.
SI
...
B
Suelos:
B l Y DI Y cienos materiales rocosos.
Contexto:
P E en materiales arenosos (arena
tina) insensib les al agua. sin influencia
del nivel fre ático pero que presenta
problemas de traficabilidad.
Co men ta rios
La capacidad portante de la
subrasante puede ser
s,
Contexto:
P E en materiales sensibles al
aguatratados con cal o ligantes
hidráulicos en un espesor de 0.3 00.5
m. Esta situaci ón puede encontrarse en
terraplén o en cone siempre y cuando
no exista influencia desfavorable del
nivel fre árico,
PSE4
PSE 5
Descripci ón (según Ta bla
B.I y B.2)
s,
elevada puntualmente, sin
embargo su dispersi ón no
permite una mejor
clasificaci ón de capacidad
portante,
La decisión de realizar una
capa de conformac i ón
depende en estos casos de
los valores de módulo que
se puedan medir en la
subrasante luego del
fraguado del ligante.
La capacidad portante de
la subrasante depende
fundamentalmente de la
naturaleza de los
materiales. Es posible
clasificarla como 5, si el
módulo E es superior a 120
M Pa.
Los valores de capacidad
portante a largo plazo
(módulo) pueden hacerse
iguales a los de corto
plazo La capa de
conformaci ón solarneme es
necesaria para mejorarla
traficabilidad.
111.:111'"
'a racterizaci ón de la
parte uperior de la
B.! ( la
t
Descripción ( egÍJII Tablas
B.I y B.2)
Esquema
ex lunaci ón P E
A
B
Suelo s:
Materiales rocosos .
Comenta rios
Clasificaci ón como
SI
Contexto:
P E en gravas o roca insensibles
PSE 6
al agua pero que presentan
problemas de nivelación y de
traficabi lidad ,
J
•
' SI
120 M Pa, como • SI
200 1 Pa.
Los \ alotes de capacidad
portante a largo plazo
pueden ser iguales 3 los de
corto plazo .
La capa de co nformación
solamente es necesaria
para efec tos de mejor ar la
trafica bilidad y puede
reducirse a un a pequ eña
capa de niv elac ión.
l
Tabla B.-I: Clases de Capacidad Portante de la Subrasantel,S¡,:)
Módulo (MPa)
< 20
Clase de Subrnsnnte
s"
20 a 50
50 a ¡20
Para las vías de alto tráficoes necesariointroduciruna categoría de
subrasante intermedia denominada S12, que corresponde a una
capacidad portantecaracterizada por un m ódulo comprendidoentre
35 y 50 MPa Para este caso se escoge la siguiente clasificaci ón:
• PSE 3, cuando se constata que el drenaje es eficaz,
• PSE 4, cuando se realiza un tratamientocon cal .
Alternativamente a la clasificaci ón cualitativa anterior se puede
realizar la clasificación cuantitativa con base en la medici ón de los
módulos. En este caso los módulos resilientes deben obtenerse a
partirde ensayosde placao con medidas de deflexi ón con unejede 13
toneladas cuando se trata de suelos insensibles al agua o cuando el
estado hidrico en el momento del ensayo sea representativo de las
condiciones más desfavorables que pueden encontrarse en el
pavimento una vez esté en servicio. En el caso de suelos finos , el
módulopuedemedirsedirectamente en el campocon baseen ensayos
dilatométricos o en laboratorio utilizando un aparato triaxial, Para
propósitos de un prediseño se puede estimar el módulo a partir de
ensayos de penetración del tipo CBR realizado sobre muestras con
una humedad representativa de las condiciones hidricas
desfavorables a largoplazoy utilizando las correlaciones apropiadas.
Se recomienda en general utilizar (E=5 CBR en MPa).
8 .2.4 CARACTERíSTICAS MECÁNICAS DE LOS SUELOS
DE SU8RASANTE PARA EL CÁLCULO DE OPTIMIZACiÓN
DE LA CAPA DE CONFORMACiÓN
Lossuelosson materiales con comportamiento complejoen los que
existe una clara dependencia entre las características mecánicas y el
nivel de deformaci ón (material no lineal) y del estado hídrico.
Además, se suma la gran variabilidad de estos materiales naturales a
lo largo del trazado de una vía
Sin embargo para la evaluación de los esfuerzos en las capas del
pavimento basta con conocer una descripción aproximada del
comportamiento mecánico del suelo soporte.
En el procedimiento de diseño de la plataforma soporte se deben
utilizar las caracteristicas mecánicas correspondientes a las
condiciones hidricas más desfavorab les que pueden presentarse durante la vida útil del pavimento.
Cálculo de los Esfuerzos en el Pavimento Bajo un Eje de
Referenci a
El método de diseño adopta como hipótesis para el suelo soporte un
comportamiento elástico lineal caracterizado por un valor del
módulo elástico y un valor de la relación de Poisson igual a 0.35 a
menos que se determine otro valor. El módulo elástico que debe
utilizarse corresponde al valor del limite inferior del tipo de
capacidad portante a largo plazo de la subrasante.
Defonnaciones
Pavimento
Pennanentes
del
Suelo
Soporte
del
Con respecto al riesgo de ahuellamienlo del suelo soporte debido a
la acumulación de deformaciones irreversibles producidas por las
cargas rodantes, el método de diseno se limita actualmente a
establecer una amplitud máxima de la deformación vertical Ez del
suelo soporte que se calcula bajo el eje de referencia. Las relaciones
del tipo Ez,ad = r( ) tienen fundamento empirico basado en la
observaci ón de la evolución del ahuellamiento de ciertos pavimentos
flexibles .
Una metodología más rigurosa para estimar la profundidad del
ahuellamiento del suelo soporte necesita resultados experimentales
obtenidos en un aparato triaxial cíclico con cargas repetidas, así
como también un modelo de cálculo para evaluar la repartición de los
esfuerzos bajo el eje de referencia y de las deformaciones
irreversibles acumuladas .
...
B.3 CAPA DE CONFORMACiÓN
8.3 .1 FUNCIONAMIENTO Y DISEÑO DE LA CAPA DE
CONFORMACiÓN
La capa conformación es W1a capade transición que permite adaptar
las características de los materiales de terraplén o del material natural
para que cumpla con las funciones esenciales de W1a plataforma
soporte de pavimento. La capa de conformación debe cumplir con los
objetivos siguientes:
• A corto plazo (durante la construcción de la obra): nivelación.
capacidad portante, protección del suelo soporte. capacidad
para soportar el tráfico.
• A largo plazo (duran te la operación del pavimento):
homogeneidad, mantenimiento en el tiempo de W1a capacidad
portante mínima, contrib ución al drenaje. etc .
Según las caracteristicas de la obra (naturaleza de los suelos, clima,
ambiente hidrogeológíco, tr áfico en la obra. etc .) . la capa
conformación puede ser :
. Ine.xistente o reducida a W1a delgada capa de nivelación. cuando
los materiales que constituyen el terraplén o el suelo natural
tienen las calidades requeridas.
• Constituida de una o varias capas de materiales diferentes que
incluyen eventualmente un geosint ético.
El espesor de la capa de conformación puede resultar de W1 estudio
técnico económico de optimizaci ón, Para realizar esta búsqueda del
espesor óptimo. puede realizarse un estudio específico que tenga en
cuenta las carncteristicas mecánicas de los materiales (Anexo 1).
8 .3.2 MATERIALES PARA LA CAPA DE CONFORMACiÓN
Ciertos materiales pueden utilizarse en la capa conformación en su
estado natural. otros pueden utilizarse luego de una modificaci ón de
su naturaleza o de su estado con el fin de satisfacer los criterios
siguientes:
o Insensibilidad al agua
o Tamaño
o
....
máximo de las panículas.
Resistencia a la circulación de la maquinaria de la obra.
En el caso de obras de gran envergadura se deben respetar el
conjunto de estos criterios . En los otros casos, ciertas exigencias tales
como la resistencia a la circulación de la maquinaria bajo cualquier
condición climática pueden flexibilizarse teniendo en cuenta las
condicio nes climáticas del momento y la duración de la obra.
8.4 CLASIFICACiÓN DE LA PLATAFORMA SOPORTE PARA EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE
PAVIMENTO
La capacidad portante a largo plazo de la plataforma soporte del
pavimento se determina conociendo las características de la
subrasante y de la capa de conformación.
Si las capas de conformación no cumplen la naturaleza o el espesor
dados en las Tablas, la categoría de la plataforma PF¡ debe conservar
el subíndice del tipo de subrasante Sj definido anteriormente, o sea
PF¡ =Si .
8.4.1 CLASES DE PLATAFORMA SOPORTE
La tabla 8.5 define las clases de plataformas según el valor de
módulo elástico o módulo resiliente.
Tabla B.5: Clases de Plataformas Soporte del Paviment o
Módulo (Mpa)
20 a 50
50 a 120
120 a 200
Clase de Plataforma
PFI
PF2
PFl
>20l!
PF4
La verificación con ensayos realizados en la superficie de la
plataforma (ensayo de placa, o ensayo de viga Benkelman) sólo tiene
sentido si los materiales del soporte son insensibles al agua o si las
condiciones hídricas son representativas del estado a largo plazo.
8.4.2 NATURALEZA Y ESPESORES DE LA CAPA DE
CONFORMACION
El espesor del material de la capa de conformaci ón necesario para
permitir una mejora en la clasificación de capacidad portante de la
plataforma soporte pavimento se determina:
Tabla B 6· Determinación de PF,- Canas de Conformaci ón no Tratadas
Esp esor de la
capa de
Categoría de
Natumleza de la capa
Tipo de s ubrasante
Plataforma
de conformación
conformación
(cm)
5 1
Capa de conformación de poco
espesor.
<
30
PF,
Materiales 5 z no tratados (1)
:>
70
PF2
Materiales 53 no tratados
:>
:>
50
80
PF2
PF,
Ausencia de la capa de
conformación o con capa de
conformación en material 5l )
<
30
PF2
Materiales 5 3 no tratados (2)
:>
50
PF,
(2)
5z
53
Nota:
(1) En principio 8) y ~ lrlOS B•. C ~. O:. 0 1.
(Z)
En principio para ~ . 0,.
PF,
• E. .aminando la incidencia del espesor y de la calidad de la capa
de conformación sobre los esfuerzos y deformaciones en las
capas de pavimento yen el suelo sopo rte.
• Verilicando que los esfuerzos de tracción permanezcan dentro
del rango admisible en el caso de capas de conformación en
materiales tratados .
Este análisis del funcionamiento del pavimento en servicio debe
completarse con análisis de la resistencia de la capa conformación
bajo el tráfico generado por la obra.
El efecto sobre los esfuerzos r deformaciones en las capa de
pavimento de un aumento del espesor de la capa de conformación
depende de las características del pavimento.
En este manual se incluyen las reglas para escoger el espesor de la
capa de conformación. Los espesores propuestos provienen de
cálculos de esfuerzos y deformaciones en las capas de pavimento,
complementados con el análisis del componamiento del pavimento
en servicio y constataciones en la obra sobre la resistencia de las
capas de conformación al tráfico de la maquinaria.
8 .4.3 CAPA DE CONFORMACIÓN EN MATERIAL NO
TRATADO
Los espesores del material para la capa de conformación en material
no tratado que permitan obtener una plataforma PFj a partir de una
subrasante de clase Sl se presentan en la Tabla B.6.
8.4.4 CAPA DE CONFORMACiÓN
EN
SUELOS
ARCILLOSOS O UMOSOS TRATADOS EN EL silla
En este caso los materiales pueden ser:
• Para una utilización con tratamiento con cal solamente. los
suelos A3
• Para una utilización con tratamiento mixto con cal y cemento. o
con cemento solo. se pueden utilizar los suelos A l. 2)
eventualmente A3. También se pueden utilizar los materiales e
cuya fracción 0-50 mm esté constituida por los suelos
precedentes y cuando se tenga experiencia en el tratamiento de
este material . La naturaleza del tratamiento se debe escoger en
función del contenido de arcilla y del estado hidrico.
La Tabla B.7 presenta la clasificación de la plataforma soporte en
función de la clase de subrasante y de las alternativ as de capas de
conformación en materiales tratados .
Tabla B 7' Clasificación de la plataforma con capa de conformación en arenas tratadas
en el 5.1.0
Clase de
' ubr ante
Material de la Capa
de Conformación
Espesor de la Capa de
Clase de Plataforma
Conformaci ón
Figura B.3: Clasificaci ón de los materiales tratados con
ligantes hidráulicos para capas de conformaci ón
2
o. -
Zo al
Zona 2
o.
2
5
2
E (Mpa)
SI
A3 tratado con ca l
solamente
O 50 m en dos capas
A 1. Al. A3 tratados
con cal ~ cemento o
eventualmente
ce mento solo
0.35 m
A3 tratado con cal
so lamente
0 .70 m en dos capas
A 1. Al. A .~ trarados
con cal y cemento o
050 m en dos capas
PF 1
eventualmente
.....
cemento solo
A3 tratado con cal
solamente
S2
Al. Al. A3 tratados
con cal y cemento o
eventualmente
cemento solo
OSO m en dos capas
035
PF 3
ll1
El estudio del material para la capa de conformación debe precisar
la resistencia que se debe obtener a edad temprana teniendo en cuenta
el período de ejecución de los trabajos y la época en que se pondrá en
circulación la maquinaria de la obra.
B.4.5 CAPA DE CONFORMACiÓN EN MATERIALES
GRANULARES TRATADOSCON L1GANTES HIDRÁULICOS
Ajustando las condiciones de ejecución y una dosificación cn
ligante apropiada es posible obtener con estos materiales \ alares de
capacidad portanle elevados y obtener una plataforma de clase PF3 o
PF4 . El espesor de la capa de conformación que se debe colocar y la
clasificación de la plataforma dependen de :
• La clase de capacidad portante del suelo de subrasante,
• Las características mecánicas del material tratado.
• Del tratamiento (en planta o en el sitio).
El material de la capa conformación se calilica por medio de una
clase mecánica determinada a partir de:
• La ligura B.3 que deline las zonas según los valores del módulo
elástico medido a 90 dias y la resistencia a la tracción directa
correspondiente al grado de compactación de la parte inferior de
la capa.
• De la Tabla B.l! en lo que respecta al modo de fabricación. con
ellin de tener en cuenta las diferencias en la homogeneidad del
material tratado .
En la Tabla B.9 se precisan los espesores de la capa conformación
que se deben colocar en función de las diferentes clases mecánicas
del material tratado. Para determinar estos valores se han tenido en
cuenta los elementos siguientes:
• Un espesor mímmo de 30 cm para la subrasante S 1 con ellin de
asegurar una adecuada resistencia de la capa de conformación a
edad temprana bajo la ci rculación de maquinaria de la obra
(este espesor se com ierte en 25 cm para las subrasantes S2) .
• Una \' erificaci ón de la resistencia a la fatiga de la capa de
conformación tratada.
• Una mayoración de 5 cm aproximadamente de los \'alares
obtenidos en el cálcu lo para tener en cuenta las irregularidades
en los espesores y en la calidad del tratamiento y de adherencia
imperfecta entre las capas.
Al igual que para los suelos tratados con cal, el estudio del material
debe precisar la resistencia que se debe obtener a edad temprana
teniendo en cuenta el periodo de ejecución de los trabajos y la época
en que se pondrá en circulación de maquinaria en la obra
Tabla B,X: Determinación de la clase mecánica de las arenas ~ gra\ as tratadas con
liJ~alHes hidráulicos
Clase mecánica
Tratamiento en el sitio
Tratanuento en planta
Zona I
Zona 2
Zona 3
Zona -1
Zona 5
3
Zona 2
Zona 3
Zona -1.5
-1
Tabla B.9: Clasificación de In plataforma con capas de conformación en materiales
tratados con ligames hidráulicos
Clase de
Espesor de la capa de conformación (cm)
Clase de
plataforma
Subrasante
3 4 5
Figura BA: Módulo de la plataforma en función
do! espesor de la capade conformaci ón en material
00
h-,,LCIl1)
tratado
---
1
i
EV, (plataforma) (Mpa)
SI
S2
••
30
35
1'1'2
30
35
50***
40
PF3
PF4
PF3
PF4
~5···
:'5
~.
_:>
30
3S
30
35
..t5*·*
• En el caso de alto tráfico T" ~ T5 se debe m~ orar el espesor en S cm
... Pala poder compactar el material será necesario realizarla en 2 capas
8 .4.6 OPTIMIZACiÓN DE LA CAPA DE CONFORMACiÓN
En tos casos en Quese realice un cálculo de optimizaci ón del espesor
de la capa de conformación. la subrasante se toma como uno semi
espacio homogeneo con un módulo elástico correspondiente al limite
inferior de la clase de capacidad portante Sk (por ejemplo 50 MPa
para S2).
En el caso en Que en el modelo de cálculo se tome la capa de
conformación como una capa de pavimento, se debe conocer de la
manera más completa y precisa las características mecánicas
(deformación y resistencia) del suelo de subsante y del material de la
capa conformación. Las características utilizadas se deberán además
validar por medio de ensayos en el sitio efectuados en la plataforma
soporte del pavimento taJes como:
• Medidas del módulo de deformación reversible para los
materiales no tratados, con base en ensayos de placa o por medio
de una viga Benkelman.
• En el caso de materiales tratados con ligantes y hidráulicos. se
deberán realizar medidas del módulo y resistencia a la flexión o
a la tracción sobre muestras tomadas en el sitio .
Para esta validación es necesaria la realizaci ón de un tramo de
prueba. en el cual se deben realizar un número suficiente de ensayos
para Que los resultados puedan tenerse en cuenta como
representan vos.
B.4.7 METODOLOGíA PARA EL DISEÑO
PAVIMENTO - CAPA CONFORMACiÓN
GLOBAL
En los casos para los cuales se desee optimizar el espesor de la capa
de conformación se debe realizar un cálculo de acuerdo con la
metodologia de diseño dada en el Titulo D (véase ejemplo en Anexo
1)
Los parágrafos siguientes presentan las características mecánicas
necesarias para el disei'lode la capa de conformación. En el el Anexo
I se presenta un ejemplo de cálculo del conjunto pavimento capa de
conformación.
Capa de Conformación en Material no Tratado
Los materiales granulares no tratados tienen un comportamiento
mecánico no lineal, que dependen de la solicitaciones que le son
aplicadas, y además no presentan resistencia a la tracción .
A falta de un modelo que describa convenientemente este
comportamiento reológico, se puede evaluar la capacidad portante de
la plataforma de soporte del pavimento en función del espesor de la
capa de conformación a partir de la Figura B.4. Esto para los
materiales redondeados. En el caso de ma teriales triturados,
susceptibles de conducir a módulos más elevados, se puede
determinar el módulo con base ensayos de placa para espesores
crecientes del material de la capa de conformación. De manera
aproximada, para el cálculo de la estructura del pavimento se puede
suponer que el soporte es un medio elástico homogéneo con un
módulo igual al valor correspondiente a la plataforma soporte
utilizando una relación de Poisson igual a 0.35.
En el caso de capas granulares no tratadas reforzadas con
geosintéticos, es necesario medir el módulo equivalente de la capa
por medio de ensayos in itu (deflexión con viga Benkelman o
ensayo de placa). El valor del módulo asi obtenido se utiliza en el
procedimiento de cálculo suponiendo la capa reforzada como una
capa homogénea con relación de Poisson igual a 0.35.
En el cálculo para el disei'lo de la estructura de pa\ imento, se debe
\ erificar el ahuellamiento en la capa de conformación.
Habitualmente esto se hace verificando la deformación vertical en la
superficie superior de esta capa Esta verificación se basa en los
mismos criterios empíricos que los que se indicaron en el caso del
suelo de soporte .
Capa de Confonnación en Material Tratado
Para los cálculos necesarios en el diseño se deben utilizar las
caracteristicas correspondientes al fondo de la capa. Las
características que se deben determinar son:
• El módulo elástico .
• La resistencia a la tracción directa Rt o a
diametral (ensayo brasilero), Ft.
la compresión
A falta de un estudio detallado se puede estimar la resistencia a la
tracción directa como:
Rt = o.s Ft
En este caso se debe utilizar una relación de Poisson igual a 0.25.
Es importante tener en cuenta que los materiales naturales presentan
una gran dispersión en lo referente a sus características básicas y
características mecánicas. Por esta =00 un tratamiento en el sitio
difícilmente puede asegurar una buena homogeneidad del
tratamiento como si es el caso de un tratamiento en planta
(variabilidad local de las humedades. irregularidades en la
colocación , etc.), Bajo estas condiciones es importante que el estudio
de laboratorio cubra todas las posibles fluctuaciones que pueden
esperarse en el material natural.
Para escoger las propiedades mecánicas que se deben utilizar en el
diseño se debe analizar la dispersión de los valores de cada propiedad
y utilizar los valores correspondientes al valor medio menos una
desviación estándar. Los valores que se obtienen en el estudio en
laboratorio deben confirmarse realizando ensayos sobre muestras
tomadas en la obra en la base de la capa
A falta de valores provenientes de un estudio específico. se pueden
utilizar los parámetros de comportamiento a la fatiga tomando el material de la capa de conformación como un material similar a los dados en el Titulo D de este manual.
8 .4.8 DISEÑO DE CAPAS DE CONFORMACiÓN EN
MATERIALES TRATADOS QUE HAGAN PARTE DE LA
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO
Para diseñar la capa de conformación construida con materiales
tratados con Iigantes hidráulicos de tal forma que haga parte
integrante de la estructura del pavimento, se deben tener en cuenta las
siguientes situaciones de diseño :
• Caso 1: resistencia de la capa de conformaci ón ante la
circulación de la maquinaria de construcción antes de colocar
las otras capas del pavimento.
• Caso 2: resistencia de la capa de conformaci ón una vez
construido el pavimenro.
En el primer caso la capa de conformación no está protegida por las
otras capas del pavimento . Por esta razón se debe comprobar la
resistencia de la capa ante el paso de los ejes de la maquinaria y
tomando como edad del material la correspondiente al momento en
que se presenta la circulación de la maquinaria. La degradación por
fatiga que sufre el material durante esta etapa no se tiene en cuenta
para el diseño de la estructura del pavimento .
Cuando se real ita una auscultación para la recepción de la
plataforma soporte se puede identificar si la capa de conformaci ón ha
sufrido alguna degradación debido a la circulación de la maquinaria
En este caso se deberán mejorar los sitios en cuestión o modificar el
diseño de tal forma que se tengan en cuenta las características
residuales de la plataforma.
En el segundo caso, los valores que se deben tomar son los
correspondientes a 360 días de curado al igual que en las otras capas
del pavimento. Los resultados de laboratorio que se obtienen
generalmente a 28 o 90 días deberán extrapolarse para obtener la
resistencia a 360 días. Para esta extrapolación se deben utilizar las
recomendaciones dadas en el Titulo D de este manual.
En el diseño se debe verificar el esfuerzo admisible a la tracción en
la capa de conformación. El valor del esfuerzo admisible que se debe
utilizar en la etapa de diseño está dado por la siguiente relación:
Ol,ad =
6b
06(NEllO )
En la cual 0 6 es el esfuerzo a la ruptura en flexión para una muestra
con 360 días de curado para I (l ciclos de carga, NE es el número de
ejes equivalentes calculado a partir del tráfico acumulado y tomando
el valor de agresividad CAM correspondiente a materiales tratado s
con ligan tes hidráulicos para el tráfico considerado.
Para el cálculo de los espesores de las capas se deben considerar las
superficies entre suelo-capa de conformación y capa de
conformación-sub base como interfaces no ligadas .
En el caso de tratamiento en el sitio, el valor del espesor debe
aumentarse en 5 cm. Esto con el fin de tener en cuenta factores
desfavorables tales como la irregularidad en la geometria de la
subrasantey las fluctuaciones en la posición vertical de la maquinaria
de mezclado.
El espesor que se debe colocar en una sola capa depende de la
profundidad que es posible mezclar)' compactar según la maquinaria
utilizada. Si el cálculo conduce a la utilización de dos capas , estas dos
capas se tomarán como no ligadas .
Si se deterrninaque lacapade conformación ha sufrido una ruptura
por efecto de la circulación de la maquinaria de la obra. se deberá
continuar con el cálculo considerando que se trata de un material no
tratado . Se determinará el módulo con base en medidas realizadas en
el sitio y la capacidad portante se limitará a un valor máximo de PF4.
En este caso no es necesario hacer una verificación a la fatiga de la
capa de conformación.
TÍTUW C: MÉTODO
RACIONAL DE DISENO DE
PAVIMENfOS
C.1 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL MÉTODO
RACIONAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
C.I.I EL TRÁFICO
C.I .2 DISPERSiÓN y PROBABILIDAD DE FALLA
C.1.3 DATOS CLIMÁTICOS Y DEL AMBIENTE
C.I .4 CARACTERÍSTICAS MECÁ ICASQUE INTERVI ENEN
E EL DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS
C.2 METODOLOGíA DE DISEÑO
C.3 DISEÑO PARA LAS DIFERENTES FAMILIAS DE
ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS
C.3. I PAVIMENTOS FLEXIBLES Y PAVIMENTOS CO
CAPAS ASFALTlCAS GRUESAS
C.3.2 PAVIMENTOS CON CAPAS TRATADAS CON
L1GANTES HIDRÁULICOS
C.3.3 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA MIXTA
C.3.4 PAVIMENTOS CON ESTRUCTURA INVERSA
C.1 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL MÉTODO
RACIONAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS
E
n este capítu lo se presentan las variables necesarias para la
a plicación del método racional de diseño de pavimentos.
Estas variables se clasifican en cuatro categorías:
• El tráfico
• Los paráme tros de cálculo básicos : estos parámetros son la vida
útil de servicio y la probabilidad de falla cuya escogencia se
basa en el análisis de la función económica de la carretera.
• Los datos climáticos y del ambiente: incluyen los datos
descriptivos de las cond iciones climáticas del sitio del proyecto
que tienen una influencia directa en la escogencia de las
variables de cálculo.
• Los parámetros descriptivos de los materiales: es un conjunto
de variables que agrupan las propiedades de la sub rasan te y de
los materiales de pavimento necesarias para el análisis de
esfuerzos en el pavimento y para su diseño .
C.1.1 EL TRÁFICO
Los vehículos pesados que se tienen en cuenta en el cálculo son
aquellos cuya carga útil es superior o igual a 35 kN. El conocimiento
del número de vehíc ulos pesados q ue transitarán por la via interviene
a manera de:
• Criterio de escogencia de las calidades de ciertos materiales que
se utilizan como capas de pavimento. como por ejemplo. la
dureza de los materiales gran ulares .
• Parámetro de entrada para el análisis del comportamie nto a la
fatiga de la estructura de pavimento,
La clase de tr áfico está determinada a partir del número de vehículos
pesados por sentido teniendo en cuenta el promedio anual diario para
la vía más cargada en el primer año de servicio,
En el caso de vias de dos carriles cuyo ancho sea inferior a 6 m. se
debe tener en cuenta la superposición de las trayectorias de
recubrimiento de las bandas de rodamiento, Para calcular el tálico
promedio diario en este caso se puede utilizar la regla siguiente:
• Si el anchoes inferiora5 mse aplicarápara todo el pavimento el
100% del tráfico total en los dos sen tidos.
• Si el ancho está comprendido entre 5 )' 6 m se aplicará el 75%
del tráfico total en los dos sentidos.
En el caso de calzadas de varios carriles. el carril más cargado
generalmente es el lento. Si no existe información sobre la repartici ón
probable del tráfico entre los carriles se tomará el siguiente criterio
general :
Vías rurales :
• En vías de dos calzadas con dos carriles por calzada se tomará el
90% de los vehículos pesados en el sentido considerado)' 10%
en el carril rápido.
• En vías de dos calzadas con tres carriles por calzada se
considerará elllO% en el carril lenlo. el 20"10 en el intermedio)' O
en el carril rápido .
Vías urbanas:
• En las vías de dos calzadas con dos carriles por calzada se debe
hacer un estudio panicular para cada caso.
• Para las vías de dos calzadas con tres carriles por calzada se
tomará 65% para el carri l lento, 30% para el carril intermedio)'
5% para el carril rápido.
Tráfico Equivalente
Para el diseño de la estructura de pavimento. el tráfico se caracteriza
por el número equivalente de ejes de refe rencia NE. Este corresponde
al número de vehículos pesados acumulados en la \ ida útil inicial
utilizada multip licados en cada caso por un coeficiente de
agresividad media del tráfico (CAM) .
El eje de refere ncia es un eje con ruedas gemelas cuya carga es de
130 kN. La carga se supone uniformemente repartida en dos huellas
circulares .
Las clases de tráfico utilizadas en este manual se pueden definir por
el número de vehículos pesados que pasan por la vía durante su vida
útil. Las clases adoptadas se referencian en la Tabla C.1.
Tabla C.I :.-Definición de clases de tr áfico
CLASE DE TRÁFICO
NÚMERO DE
NÚMERO ACUMULADO
VEHícULOS PESADOS
DE VEHicULOS
POR DíA PROMEDIO
PESADOS
N ,. S*10 5
TI
VP/día ,. 50
5*105 < N ,. l.5 *I( /,
T2
150 < VP/día ,. 300
15 *ld' < N,.,¡ * Id '
T3
'¡* IO(, < N ,.
T-l
1.0*10 7
I.O* ' (? < -N ,. 2.0*10
-
TS
50 < VP/día ,. ISO
7
300 < VP/día ,. 750
750 < VP/día ,. 2000
La clase de tráfico correspondiente a una vía en particular se
determína calculan do el número acumu lado de vehícu los pesados tal
como se indica en el literal B.4.4.4 del RSV-2000 .
C.1.2 DISPERSiÓN Y PROBABIUDAD DE FALLA
Considerar una probabilidad de falla tiene como finalidad tratar de
tener en cuenta el carácter aleatorio del com portamiento de la
estructura del pavimento. En efecto es facil constatar que:
I
• El espesor dc una capa dc pavimento nunca
es constante.
I
I
Las propiedades mecánicas de los
materiales tienen una cierta dispersión
intrínseca debida a factores tales como la
d ispersión de la curva granulom étrica, las
variaciones del porcentaje de ligan te. las
variaciones de densidad , etc.
I
.l
_
_
_
..L....
~
.
l
u "" 1oR(:"If.\...)
I•El
_ _ _ _---.J
mecanismo de falla in situ no es
rigurosamen te idéntico al de una muestra de
laboratorio.
Se puede asumir que el conjunto de las dispersiones obedece a una
ley normal centrada. De este modo la probabilidad de falla Pr es la
integral de la parte sombreada en la Figura C l .
En ésta, u es el fractíl de la ley normal centrada el cual está
directamente ligado a! riesgo y se expresa en función de la desviación
estándar:
Tabla C2: Fractil de la le' nOrJ!lal centrada
Plü/O
50
30
2S
20
12
10
5
2
u
O
-0.52
-0.(,7
-0.8.\
-1.17
-I.2X
-1.(,5
-205
La dispersión tota! está dada por una variable aleatoria que combina
la dispersión encontrada en los ensayos de fatiga en el laboratorio y la
dispersión de los espesores de las capas in si tu. Su desviación
estándar &, está dada por la ecuación:
en donde:
• ON es la desviación estándar de la ley de fatiga expresada en
logaritmo decimal del número de ciclos. Dependiendo del
material y ante la falta de información específica, se pueden
lomar los valores dados en la Tabla C. 3
Tabla C3: Desviación estándar de la ley de
fatiga
I\IATERIAL
Granular - Ligante Asfáltico
0.3
Granular - Ligante Hidráulico
1.0
Arena - Ligante Hidráulico
u.s
u.s
Suelo - Cemento
• en es la desviación estándar de los espesores de material
colocado in situ. A falla de información específica se pueden
tomar los valores dados en la Tabla CA
Tabla C.4: Des, iaci ón estándar de los espesores de las capas .
L\TERIAL
RA GO DE ESPESORES
0"11
Granular - Ligante Asfáltico
12 a 1U CI11
:!.5 a 3 cm
Granular - Li ante Hidráulico
15 a 25 cm
3cm
Concreto Asfáltico
(, a X Clll.
15 a 25 Clll.
I
Arena - Ligante Hidráulico
Clll
1.5 cm,
• C es un coeficiente dimensional que depende del material
considerado)' varia entre 0.015 y 0.04. Para los cálculos se
sugiere tomar C =0.02 independientemente del material (para
valores de 0"11 dados en cm).
• b es la pendiente de la ley de fatiga del material considerado en
escala bilogaritmica
El valor de probabilidad de falla en los P años de vida útil micial está
íntimamente ligado al riesgo de aparición de daños en el pavimento.
Por tal motivo su escogencia depende principalmente del objetivo
económico que se busca con la construcción de la vía
De este modo es posible introducir un factor de seguridad en el
cálculo de tal manera que las vías estratégicas tengan una baja
probabilidad de falla y las menos importantes una probabilidad de
falla algo más alta con el beneficio económico correspondiente.
e sugiere adoptar las probabilidades de falla indicadas en la Tabla
C.5 en función del tráfico esperado)' del material .
Tabla C.5: Probabilidades de falla en función del tráfico v del material .
PRORABILlOAO OE FALLA p,""
TRÁFICO
1\ IATERIAL CO
LlGANTE ASF ÁLTICO
1\L\TERIAL CO
LIGA TE I IIDRAuLlCO
TI
4-
25
T2
20
n
35
15
lO
T5
5
5
T3
15
lO
C.1.3 DATOS CUMÁTlCOS y DEL AMBIENTE
Entre las condiciones climáticas se debe tener en cuenta la
abundancia de las precipitaciones, los drenajes previstos en la vía y
los valores extremos de temperatura. Particularmente en los
pavimentos tratados con ligantes asfálticos, la durabilidad y la
deformabilidad dependen de la temperatura, de la deformabilidad de
las capas granulares y del estado hídrico de la subrasante.
C.1 .4 CARACTERíSTICAS MECÁNICAS QUE INTERVIENEN
EL DISEÑO RACIONAL DE PAVIMENTOS
Parámetros Descriptivos delSuelo de la Plataforma Soporte
del Pavimento
Para el cálculo de las solicitaciones en el pavimento inducidas por el
eje de referencia, la plataforma se supone como un medio elástico
lineal definido por el módulo elástico y la relación de Poisson. La
relación de Poisson se tomará igual a 0.35 en los suelos de fácil
drenajeoparcialmentesaturadosy 0.5 en los suelos finos saturados .
En lo que se refiere al diseño de las capas del pavimento , los
diferentes tipos de plataforma se diferencian por los valores de
capacidad portante a largo plazo. Los valores adoptados para los
módulos son los indicados en el Título B de este manual.
En el caso de los pavimentos flexibles, el cuerpo del pavimento
debe diseñarse para evitar el ahuellamíento de la plataforma por
acumulación de deformaciones plásticas . Para este efecto se deberá
verificar la deformación vertical en la plataforma Las expresiones
que pueden utilizarse son las indicadas en la Tabla C.« .
Tabla C.«. Determinación de deformaciones verticales de la subrasante
PAVIMENTOS CON TRÁF ICO BAJO ([1 Y T2)
PAV IMENTOS CON TRÁF ICO MEDIO A
FUERTE (T3 a T5)
&,
&,
=!I.0 I (NE)
•.(1 ... .....
---
= !I.0 12 (NEr1I -' "
--
ANEXO 1: cALcuw DE
UNA ESTRUCTURA DE
PAVIMENTO
INTEGRANDO IA CAPA DE
CONFORMACION
1. CALCULO DE UNA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO
INTEG RANDO LA CAPA DE CONFORMACICN
Principio
En la metodologia utilizada normal mente, el espesor de la capa de
conformacion se determina a partir de las diferentes tablas descritas
en el presente manual y en el RSV -2000. En dicho caso la estructura
de pavimento se determina partiendo de la suposicion de que el
conjunto suelo soporte-capa de conformacion se comporta como una
capa homogenea y semi-infinita
En algunos casos puede ser interesante, desde el punto de vista
economico, adaptar el espesor de la capa de conformacion y el de la
estructura de pavimento en [uncion de las caracteristicas mecarucas
que se pueden obtener con los materiales tratados con ligantes
hidnlulicos aplicados a la capa de con formaci on. En el presente
anexo se determina la capa de conformacion que se debe realizar
diseilandola como si esta se tratara de una capa mas de la estructura
del pavimento.
Ejemplo de Disei\o
EI tritfico parael cual se desea diseilar el pavimento es un tritfico T5
con una vida util de servicio de 20 ailos . La tasa de crecimiento del
tn\fico se considera de 7% anual.
La superficie del terraplen hene suficiente capacidad portante a
corto plazo para permitir el desarrollo de los trabajos, sin embargo su
capacidad portante a largo plazo es de c1ase S] (tipo PSE n02). EI
suelo soporte se constituye principal mente de arenas Iimo-arcillosas
de c1ase B5 las cuales pueden ser tratadas en el sitio con una mezcla
mixta de cemento-cal empleada para capas de conformacion.
Se desea construir un pavimento semi-rigido en granular-escoria.
EJEMPLO DE DISENO DE UN · PAVIMENT ]
CONSTRUIDO SOBRE UNA PLATAFORMA PF1
eTrMico
Vida util de servicio: 20 ailos
Tnifico acumulado por cani 1 de diseno N
= 17.96* L06
Numero de ejes equivoJelltes:
Para el suelo :
CAM = 1
NE = 17.96* L06
Para el granular escoria:
CAM = 1.3
NE = 23 .34* L0 6
e Capa de RodadUloa
Para un trMico T5, teniendo en cuenta el material granulru1
que constituye la capa grrumlar escoria se deterlllina que e
concreto asfaJ rico de la capa de rodadura debera ser de 14 c
de espesor.
e Caractelisticas Mecanicas de los Mateliales
La temperatura equiyalente para el presente ejell1plo es d
15°C.
E
-..lMPa)
_ Granulru· escoria
I
L
v
u60&6
~OOO-+-0 25 b
_~~GA,,--~_ . _5,400 ,
0 35
b
§o (MP-Pt- - 1/ 12.5
I
uN
,
1
100* IO~ -O __
2~.~.;;;0""
.25
e Condiciones de Colocacion
Todas las interfaces se consideran ligadas
La dispersion de los espesores de las capas de granllla
escoria:
UH(GE) = 3 ern
• Val ores Limites Admisibles
Deformacion Vel1ical en el Snelo Soporte
E z_ad = 0.012 (NEr 0.222
E z_ad =294*10-6
Esfuerzo Horizontal en el Gmnulal- Escoria (GE)
a
Lad =
at (NE) Kr Ke Kd
a I (NE) = a 6 (NEi l ( 6)h
6 6
= 0.6 (2334 10 /10
r 1/ U 5
=0.46 MPa
Kr = lO-ubS
PI' =2 .5%
II
= -1. 960
b =-1112.5
C = 0.02 em- 1
/) = l ~+(C/b)laH2)105
/) = 125
Kr = 10-0 196 = 0.637
Kc = 1.5
Ks = tl12
a Lad =
0.37 MPa
• Diseiio
EI eritelio detenninante para este easo es el esfuerzo po
traeci6n en la base de la eapa de subbase en granlliar-eseoria
La eondici6n at < crt _ad = 0.37 MPa se satisfaee COIl espeso
total de material granlliar-eseoria de 46 em eoloeado en do
capas (24 + 22). Adieionalmente se eoloeanrn 7 em de eapa d,
mezcla asfilltiea para eapa de rodadura y 7 em de meZcl1
asfilltiea para eapa de liga.
UN
DISENO DE
PAVIMENTO CON UNA CAPA DE
CONFORMACION TRATADA
Con base en lUl esllldio en laboratorio se obtuyieron la
siguientes caracteristicas a los 90 dias paramaleriales tratado
en el silio con cal \" cemenlo:
Et90 =10.000 MPa
Rt90 = tlAO MPa
De acuerdo a estos resultados es posible determinar que el
material es de c1ase mecimica 4.
• Caracteristicas mecanicas de disei'lo para el suelo tratado
Es posible deducir estas caracteristicas a partir del literal
DA.3.
E90/E360 = Rt90fRt360 = 0.90
crGfRt360 = 0.90
cr6 = 0 .73 (cr(JRt360l Rt360
E =0.73 E360
cr6 = 0.30 MPa
E
= 8.300MPa
• Condiciones de Colocaciiin
Las condiciones de liga de las Illterfaces son:
• capa de rodadura asfaIlicafcapa de base en granulatl
escoria: Jigada
• capa de base en granular escoria I capa de subbase el
granulaJ escoria: ligada
1
• capa de subbase en malerial granular escoria I capa dd
conformaci6n: no Jigada
-I
• capa de conformaci6n I suelo soporte: ligada
Deformacion Vertical en el Suelo Sopo ..te no T.'atado
e z.ad = 0.012 (NE)- 0.221
e z.ad = 294*10- 6
Esfuerzo Hodzontal de la Capa de Conformacion
cr Lad = crt (NE)
Con
b~1I10
cr t.• d (NE) = cr6 (NEil 06)b
= 0.3 (23.34* 106/ L06
r l/' O
=0.22 MPa
Esfuerzo HOI'izontal de la Calla de G.'anula .. Escoria
cr L.d
= crt (NE)
Kr Kc Ks
Con respecto al caso anterior debido a la cap a d, '
conformaci6n tratada se retomanln los calculos y resultado
obtellidos tomando esta yez ill1 Ks = I.
cr Lad = 0.44 MPa
• Cruculo de Deformaciones y Esfuerzos
Los valores del esfuerzo de tracci6n en la base de las capaS
de subbase y de conformaci6n obtenidos mediante el calculd
para diferentes espesores estan dados ellia siguiente tabla:
14 CN 40 GE/20 ConI
crt (!VIP")
0.43
Capa de confonnaci6n
0.11
~Ibbase
crt (MPa ) _..
L
.-l
14 eN 40 GEl20 CouE , 1-1 e N 40 O El20 Coni
1
--r--
-
0.46
0.44
0.12
0 .14
Se debe anotar que el criterio de fatiga de In capa d~
conforrnaci6n no es determinante. Las soluciones 14 CAl4'j
GE/20 Conforrnaci6n son aceptables desde el punto de vis~
del citlculo. Con el fin de tener en cuenta las variacioneS
ine\'itabJes debidas aJ hecho de real.izru- el tratamiento en el
sitio, el vaJor del espesor de la capa de conformaci6n deberl"
aumentarse en 5 cm adicionales aJ \ ajar calculado.
Para asegurar una adecuada colocaci6n de la capa d
conforrnaci6n y de la eapa de subbase se recomienda tomlllj
como espesor minima 30 cm con una subrasante St. De es~~
manera la soluci6n a aplicar es de 14 em de espesor para I~
eapa de granular asfitllieo, 38 em para la eapa de granuj
lar-escoria. eolocado en dos capas. \. 3U cm de capa d
conforrnaei6n lratada.
,
ANEXO 2: CALCULO DEL
COEFICIEN'IE DE
AGRESIVIDAD MEDIA
(CAM)
1. CALCULO DEL COEFICIENTE DE AGRESIVIDAD
MEDIA (CAM)
Este apendice describe el metoda para calcular el coeficiente de
agresividad media (CAM) a partir del conocimiento del tnillco de
vehiculos pesados (VP) y del tipo de ejes del cual se compone.
Agresividad de un eje
La agresividad A, se estima en funci6n del dano surgido por causa
de lafatiga de las capas del pavimento. Esta corresponde a larelaci6n
del dano que causa el paso de un eje de carga Peon respecto al dan6
causado por el paso de un eje aislado de referencia Pref. La
agresividad se calcula mediante la siguiente ecuaci6n:
Kes un coeficiente que pennile tener en cuentael tipo de eje (simple
aislado, tandem 0 tridem). Un eje se considera aislado cuando su
distancia con respecto al eje mas cercano es igual 0 mayor de 2 melros.
K Y a dependen de la naturaleza del material y de la eslructura del
pavimento. Los vaJores medios se indican ella Tabla A2.1.
Tabla A2 . 1: Coeficientes Ki ,. a para calculaf el coeficiente de agresiyidud media
_~
~AM~
a
J
1-
Estructmas llexibles _ _
4
Estructuras
~
semi-=rigid~
12
K
Eje sim"p",
le,--.,.- Eje tandem _ _ Eje tfidem
1
_
_ 0.7:,--+
12
-+
_ _1_.1
J J3
Agresividad de un Vehiculo Pesado
La agresividad de un vehicuJo pesado es igual ala sumatoria de las
agresividades de sus ejes.
Agresividad del Triifico
Conociendo el histograma de las cargas por tipo de eje para un
tnifico dado, la agresividad de este tnifico se cali fica de acuerdo al
coeficiente de agresividad media CAM, el cual corresponde a la
agresividad media de los vehicuJos pesados que componen dicho
trafico con respecto a un eje de referencia dado. El cruculo del CAM
se realiza mediante la siguiente ecuaci6n:
1
3
( P
CAM = - - L;L;K,n" - '
VPpc i j =1
Pref
)a
Donde VPpc es el nillnero de vehicuJos pesados durante el periodo
de conteo, Kj es el coeficiente correspondiente al tipo de eje (j= I para
ejesimple,j=2 paraejetandemy j=3 para eje tridem) njj es elniunero
de ejes elementales de tipo j y de la clase de carga Pj.
-
EJEMPLO DE CALCULO DEL COEFICIENTE D~
AGRESIVIDAD MEDIA (CAM).
Durante 5 dias de conteo un estaci6n de pesaje detennind
que pasaron 805 vehiculos pes ados, los cuales tenian la
siguiente distribuci6n:
• 1854 ~jes simples
• 436 ~ies tandem
• 168 ejes tfidem
La estaci6n pudo detenninar asi misrno la carga de cada un
de los ejes anteriores.las cuales se llluestran en la Tabla A2.
co~
Para una estructma de payimento con capas tratadas
ligantes hidniulicos (estructura semi-rigida) se sabe di
acuerdo a la Tabla Al que:
.0;
=
12
J (~ie simple)
• Kl
=
• K2
= J2 (eje tandem)
• KJ = 113 (~je tridem)
De aClIerdo COll la Tabla A2.2, el efecto de este tnmco e
equivalente a un tnifico de 648 (535+102+11) eje
equiYalentes de referencia (en este casu de 130 kN). 10 cum
cOlfesponde a un coefiCiente de agresJ\"Idad media
para este trMico 19ual a.
(CAl
CAM= 648/805 = 0 8
-
,,Ie h ;p-..slI·•.-hd n~d" (CAUl
T[jbkl.~ ~ ('M::uj,..
O(lseaePe$OlkN)
>0
30
""
..
60
70
haSI.
30
""
70
"
60
90
MitBddB
One (kN)
,.
""
"
"95
55
7S
A~esJ\jdadclel
centro dB clase
1.16&10
1 .45E~1
2.96E-06
3.29H5
2.«8)4
1.36E-03
6.11E-03
2.32E-02
90
.00
100
110
120
'30
110
>0,
7. 71 E~2
120
'"
."14'
,
2.3OE-<l1
...
.SO
'"
"".90
170
OW
'"
" 0
125
.
'"
"0
170
155
180
17'
'"
"'"
'"
'"
•95
20S
EJET~NDEM
EJE SIMPLE
6.25E~1
1.57E+OO
3.71E+OO
6.15e+OO
1.75e+Ol
3.54e+Ol
6.90E+Ol
1.3OE+02
2.36E+-02
TOTAL
~~~
'>0
.60
,...00
""
216
210
lao
"
40
",,
SO
,,
•
•
0
""
Ax til
3. ~
~:::a!
(tal
211E-09
>0,
U4E-06
"60"
"
"",
23=
296E-04
9.5E-<l3
6.8E-02
2.94E-Ol
1.28e·{10
411e .. 00
5.24e+00
1.15E+ Ol
2.5O e+Ol
3.93E-o-Ol
334E+Ol
5.76E"01
8.74e"01
7.OSE+Ol
690e+Ol
130Eo{I2
3.95E..04
2.93E-Q3
1.63E-02
1.33E..{)2
2.18E-O l
9.25E-01
2.76E+00
7.5Oe+00
'.09E+Ol
4.45E+Ol
9.90e+Ol
210e+02
• .2SE+02
8.23e_02
1.56e+03
0._
2. ~E+-03
53'
t~dII
3.~
TOTAL
,,
6
1
1
0
.,.
=0.
EJE TRIDEM
AxN2
AgesNdild
del centro
1.!l1E..Q8.
226&01
1.30&0-4
2304&<13
2.378)2
1.46E--Ol
4.5i&<ll
1.16E> 00
223E"00
5.55e.. 00
1.38E" OI
1.5OE+ Ol
1.00E+Ol
4.45E+Ol
o.ooe.. oo
Q.OOE+OO
o.ooe+oo
o.ooe+oo
o.ooe- oo
000800
8.71 E+ 00
2.5ge+Ol
7.00e+Ol
I.Hle+02
4.1 98 02
9.l3E+02
1.97E"03
4.00E+03
7.8OE+;)3
1.47e+04
., 67E+04
102
TOTAL
L~E-05
3-34&04
3.72E-03
H6E-02
1.5-4E-OI
6.90E-01
2.62E"oo
de
IU'
'""
"
..
•
Ax NJ
9.54&01
5.57E44
9.36E-OJ
8.18E-02
.41&<11
215e.. 00
216e .. 00
2
5.24E"oo
0
O.OOE>oo
O.OOE+OO
O,ooE+oo
O.ooe+oo
000..,.
...
o.ooe+oo
o.OOE+OO
O.OOE+oo
o.(loe-oo
oooe+oo
0.00E+00
11