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122 PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFÁLTICO MÉTODO AASHTO-93

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PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFAacuteLTICO MEacuteTODO AASHTO-93

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CAPITULO IV

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IV PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFAacuteLTICO MEacuteTODO AASHTO-93

El disentildeo para el pavimento flexible seguacuten la AASHTO estaacute basado en la determinacioacuten

del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo que debe soportar el nivel de carga exigido por el

proyecto

A continuacioacuten se describe las variables que se consideran en el meacutetodo AASHTO

IV1 MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Para el disentildeo de pavimentos flexibles deben utilizarse valores medios resultantes de los

ensayos de laboratorio las diferencias que se puedan presentar estaacuten

consideradas en el nivel de confiabilidad R

Durante el antildeo se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante las

cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo para evaluar esta situacioacuten es

necesario establecer los cambios que produce la humedad en el moacutedulo resiliente

Con este fin se obtienen moacutedulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que

simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del antildeo en base a los

resultados se divide el antildeo en periodos en los cuales el MR es constante

Para cada valor de MR se determina el valor del dantildeo relativo utilizando el aacutebaco de la

Figura VI1 oacute la siguiente expresioacuten

322810181 minussdotsdot= Rf MU

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Figura IV1 Aacutebaco para la determinacioacuten del Dantildeo RelativoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Con los resultados de los dantildeos relativos se obtiene el valor promedio anual El moacutedulo

de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el

disentildeo Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacioacuten se puede estimar el

valor del MR en funcioacuten del CBR

RELACIOacuteN CBR ndash MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Con los valores del CBR se pueden obtener los moacutedulos resilientes utilizando las

relaciones siguientes

(1) CBR lt 15 (Shell)

MR (MPa) = 10 CBR K = Tiene una dispersioacuten de valores de 4 a 25

MR (psi) = 1500 CBRK = Tiene una dispersioacuten de valores de 750 a 3000

(2) MR (MPa) = 176 CBR064 (Powell et al)

El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982 obtuvo las

relaciones siguientes

Tipo de Suelo CBR MR en (psi)Arena 31 46500Limo 20 30000Arena magra 25 37500Limo - arcilla 25 37500Arcilla limosa 8 11400Arcilla pesada 5 7800

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IV2 PERIODO DE DISENtildeO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las

caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque

incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute

superior a 20 antildeos Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran

en la tabla IV1

Tabla IV1 Periodos de Disentildeo en Funcioacuten del Tipo de Carretera

Tipo de Carretera Periodo de Disentildeo (Antildeos)Urbana de traacutensito elevado 30 ndash 50Interurbana de traacutensito elevado 20 ndash 50Pavimentada de baja intensidad de traacutensito 15 ndash 25De baja intensidad de traacutensito pavimentacioacuten con grava 10 ndash 20

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV3 IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Iacutendice de Serviciabilidad como la condicioacuten necesaria de un pavimento para

proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento

Inicialmente esta condicioacuten se cuantificoacute a traveacutes de la opinioacuten de los conductores cuyas

respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1

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Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 141

IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 2: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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CAPITULO IV

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IV PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFAacuteLTICO MEacuteTODO AASHTO-93

El disentildeo para el pavimento flexible seguacuten la AASHTO estaacute basado en la determinacioacuten

del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo que debe soportar el nivel de carga exigido por el

proyecto

A continuacioacuten se describe las variables que se consideran en el meacutetodo AASHTO

IV1 MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Para el disentildeo de pavimentos flexibles deben utilizarse valores medios resultantes de los

ensayos de laboratorio las diferencias que se puedan presentar estaacuten

consideradas en el nivel de confiabilidad R

Durante el antildeo se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante las

cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo para evaluar esta situacioacuten es

necesario establecer los cambios que produce la humedad en el moacutedulo resiliente

Con este fin se obtienen moacutedulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que

simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del antildeo en base a los

resultados se divide el antildeo en periodos en los cuales el MR es constante

Para cada valor de MR se determina el valor del dantildeo relativo utilizando el aacutebaco de la

Figura VI1 oacute la siguiente expresioacuten

322810181 minussdotsdot= Rf MU

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Figura IV1 Aacutebaco para la determinacioacuten del Dantildeo RelativoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Con los resultados de los dantildeos relativos se obtiene el valor promedio anual El moacutedulo

de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el

disentildeo Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacioacuten se puede estimar el

valor del MR en funcioacuten del CBR

RELACIOacuteN CBR ndash MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Con los valores del CBR se pueden obtener los moacutedulos resilientes utilizando las

relaciones siguientes

(1) CBR lt 15 (Shell)

MR (MPa) = 10 CBR K = Tiene una dispersioacuten de valores de 4 a 25

MR (psi) = 1500 CBRK = Tiene una dispersioacuten de valores de 750 a 3000

(2) MR (MPa) = 176 CBR064 (Powell et al)

El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982 obtuvo las

relaciones siguientes

Tipo de Suelo CBR MR en (psi)Arena 31 46500Limo 20 30000Arena magra 25 37500Limo - arcilla 25 37500Arcilla limosa 8 11400Arcilla pesada 5 7800

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IV2 PERIODO DE DISENtildeO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las

caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque

incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute

superior a 20 antildeos Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran

en la tabla IV1

Tabla IV1 Periodos de Disentildeo en Funcioacuten del Tipo de Carretera

Tipo de Carretera Periodo de Disentildeo (Antildeos)Urbana de traacutensito elevado 30 ndash 50Interurbana de traacutensito elevado 20 ndash 50Pavimentada de baja intensidad de traacutensito 15 ndash 25De baja intensidad de traacutensito pavimentacioacuten con grava 10 ndash 20

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV3 IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Iacutendice de Serviciabilidad como la condicioacuten necesaria de un pavimento para

proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento

Inicialmente esta condicioacuten se cuantificoacute a traveacutes de la opinioacuten de los conductores cuyas

respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1

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Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 3: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 124

IV PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFAacuteLTICO MEacuteTODO AASHTO-93

El disentildeo para el pavimento flexible seguacuten la AASHTO estaacute basado en la determinacioacuten

del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo que debe soportar el nivel de carga exigido por el

proyecto

A continuacioacuten se describe las variables que se consideran en el meacutetodo AASHTO

IV1 MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Para el disentildeo de pavimentos flexibles deben utilizarse valores medios resultantes de los

ensayos de laboratorio las diferencias que se puedan presentar estaacuten

consideradas en el nivel de confiabilidad R

Durante el antildeo se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante las

cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo para evaluar esta situacioacuten es

necesario establecer los cambios que produce la humedad en el moacutedulo resiliente

Con este fin se obtienen moacutedulos resilientes para diferentes contenidos de humedad que

simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del antildeo en base a los

resultados se divide el antildeo en periodos en los cuales el MR es constante

Para cada valor de MR se determina el valor del dantildeo relativo utilizando el aacutebaco de la

Figura VI1 oacute la siguiente expresioacuten

322810181 minussdotsdot= Rf MU

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Figura IV1 Aacutebaco para la determinacioacuten del Dantildeo RelativoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 126

Con los resultados de los dantildeos relativos se obtiene el valor promedio anual El moacutedulo

de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el

disentildeo Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacioacuten se puede estimar el

valor del MR en funcioacuten del CBR

RELACIOacuteN CBR ndash MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Con los valores del CBR se pueden obtener los moacutedulos resilientes utilizando las

relaciones siguientes

(1) CBR lt 15 (Shell)

MR (MPa) = 10 CBR K = Tiene una dispersioacuten de valores de 4 a 25

MR (psi) = 1500 CBRK = Tiene una dispersioacuten de valores de 750 a 3000

(2) MR (MPa) = 176 CBR064 (Powell et al)

El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982 obtuvo las

relaciones siguientes

Tipo de Suelo CBR MR en (psi)Arena 31 46500Limo 20 30000Arena magra 25 37500Limo - arcilla 25 37500Arcilla limosa 8 11400Arcilla pesada 5 7800

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 127

IV2 PERIODO DE DISENtildeO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las

caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque

incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute

superior a 20 antildeos Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran

en la tabla IV1

Tabla IV1 Periodos de Disentildeo en Funcioacuten del Tipo de Carretera

Tipo de Carretera Periodo de Disentildeo (Antildeos)Urbana de traacutensito elevado 30 ndash 50Interurbana de traacutensito elevado 20 ndash 50Pavimentada de baja intensidad de traacutensito 15 ndash 25De baja intensidad de traacutensito pavimentacioacuten con grava 10 ndash 20

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV3 IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Iacutendice de Serviciabilidad como la condicioacuten necesaria de un pavimento para

proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento

Inicialmente esta condicioacuten se cuantificoacute a traveacutes de la opinioacuten de los conductores cuyas

respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1

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Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 130

durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 131

Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 132

FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 141

IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 4: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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Figura IV1 Aacutebaco para la determinacioacuten del Dantildeo RelativoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Con los resultados de los dantildeos relativos se obtiene el valor promedio anual El moacutedulo

de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el

disentildeo Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacioacuten se puede estimar el

valor del MR en funcioacuten del CBR

RELACIOacuteN CBR ndash MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Con los valores del CBR se pueden obtener los moacutedulos resilientes utilizando las

relaciones siguientes

(1) CBR lt 15 (Shell)

MR (MPa) = 10 CBR K = Tiene una dispersioacuten de valores de 4 a 25

MR (psi) = 1500 CBRK = Tiene una dispersioacuten de valores de 750 a 3000

(2) MR (MPa) = 176 CBR064 (Powell et al)

El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982 obtuvo las

relaciones siguientes

Tipo de Suelo CBR MR en (psi)Arena 31 46500Limo 20 30000Arena magra 25 37500Limo - arcilla 25 37500Arcilla limosa 8 11400Arcilla pesada 5 7800

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IV2 PERIODO DE DISENtildeO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las

caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque

incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute

superior a 20 antildeos Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran

en la tabla IV1

Tabla IV1 Periodos de Disentildeo en Funcioacuten del Tipo de Carretera

Tipo de Carretera Periodo de Disentildeo (Antildeos)Urbana de traacutensito elevado 30 ndash 50Interurbana de traacutensito elevado 20 ndash 50Pavimentada de baja intensidad de traacutensito 15 ndash 25De baja intensidad de traacutensito pavimentacioacuten con grava 10 ndash 20

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV3 IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Iacutendice de Serviciabilidad como la condicioacuten necesaria de un pavimento para

proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento

Inicialmente esta condicioacuten se cuantificoacute a traveacutes de la opinioacuten de los conductores cuyas

respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1

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Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 5: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 126

Con los resultados de los dantildeos relativos se obtiene el valor promedio anual El moacutedulo

de resiliencia que corresponda al Uf promedio es el valor que se debe utilizar para el

disentildeo Si no se tiene la posibilidad de obtener esta informacioacuten se puede estimar el

valor del MR en funcioacuten del CBR

RELACIOacuteN CBR ndash MOacuteDULO DE RESILIENCIA

Con los valores del CBR se pueden obtener los moacutedulos resilientes utilizando las

relaciones siguientes

(1) CBR lt 15 (Shell)

MR (MPa) = 10 CBR K = Tiene una dispersioacuten de valores de 4 a 25

MR (psi) = 1500 CBRK = Tiene una dispersioacuten de valores de 750 a 3000

(2) MR (MPa) = 176 CBR064 (Powell et al)

El Instituto del Asfalto mediante ensayos de laboratorio realizados en 1982 obtuvo las

relaciones siguientes

Tipo de Suelo CBR MR en (psi)Arena 31 46500Limo 20 30000Arena magra 25 37500Limo - arcilla 25 37500Arcilla limosa 8 11400Arcilla pesada 5 7800

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 127

IV2 PERIODO DE DISENtildeO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las

caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque

incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute

superior a 20 antildeos Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran

en la tabla IV1

Tabla IV1 Periodos de Disentildeo en Funcioacuten del Tipo de Carretera

Tipo de Carretera Periodo de Disentildeo (Antildeos)Urbana de traacutensito elevado 30 ndash 50Interurbana de traacutensito elevado 20 ndash 50Pavimentada de baja intensidad de traacutensito 15 ndash 25De baja intensidad de traacutensito pavimentacioacuten con grava 10 ndash 20

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV3 IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Iacutendice de Serviciabilidad como la condicioacuten necesaria de un pavimento para

proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento

Inicialmente esta condicioacuten se cuantificoacute a traveacutes de la opinioacuten de los conductores cuyas

respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1

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Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 130

durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 131

Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 141

IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 6: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 127

IV2 PERIODO DE DISENtildeO

Se define como el tiempo elegido al iniciar el disentildeo para el cual se determinan las

caracteriacutesticas del pavimento evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

disentildeo elegido a un costo razonable

Generalmente el periodo de disentildeo seraacute mayor al de la vida uacutetil del pavimento porque

incluye en el anaacutelisis al menos una rehabilitacioacuten o recrecimiento por lo tanto eacuteste seraacute

superior a 20 antildeos Los periodos de disentildeo recomendados por la AASHTO se muestran

en la tabla IV1

Tabla IV1 Periodos de Disentildeo en Funcioacuten del Tipo de Carretera

Tipo de Carretera Periodo de Disentildeo (Antildeos)Urbana de traacutensito elevado 30 ndash 50Interurbana de traacutensito elevado 20 ndash 50Pavimentada de baja intensidad de traacutensito 15 ndash 25De baja intensidad de traacutensito pavimentacioacuten con grava 10 ndash 20

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV3 IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Se define el Iacutendice de Serviciabilidad como la condicioacuten necesaria de un pavimento para

proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento

Inicialmente esta condicioacuten se cuantificoacute a traveacutes de la opinioacuten de los conductores cuyas

respuestas se tabulaban en la escala de 5 a 1

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Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 7: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 128

Iacutendice deServiciabilidad (PSI) Calificacioacuten

5 ndash 4 Muy buena4 ndash 3 Buena3 ndash 2 Regular2 ndash 1 Mala1 ndash 0 Muy mala

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

Actualmente una evaluacioacuten maacutes objetiva de este iacutendice se realiza mediante una

ecuacioacuten matemaacutetica basada en la inventariacioacuten de fallas del pavimento

Pavimento Flexible [ ] [ ] 250 3810101log911035 RDPCSp fV sdotminus+sdotminus+sdotminus=

Donde

SV Variacioacuten de las cotas de la rasante en sentido longitudinal en relacioacuten a

la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal)

Cf Suma de las aacutereas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y

transversales en pies lineales por cada 1000 pies2 de pavimento

P Aacuterea bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento

RD Profundidad media de ahuellamiento en pulgadas Mide la rugosidad

transversal

Antes de disentildear el pavimento se deben elegir los iacutendices de servicio inicial y final El

iacutendice de servicio inicial po depende del disentildeo y de la calidad de la construccioacuten En los

pavimentos flexibles estudiados por la AASHTO el pavimento nuevo alcanzoacute un valor

medio de po = 42

El iacutendice de servicio final pt representa al iacutendice maacutes bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento antes de que sea imprescindible su rehabilitacioacuten mediante un refuerzo o una

reconstruccioacuten El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 130

durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 131

Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 154

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 8: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 129

del proyectista se sugiere para carreteras de mayor traacutensito un valor de pt ge 25 y para

carreteras de menor traacutensito pt = 20

IV4 PEacuteRDIDA O DISMINUCIOacuteN DEL IacuteNDICE DE SERVICIABILIDAD

Los valores anteriormente descritos nos permiten determinar la disminucioacuten del iacutendice

de servicio que representa una peacuterdida gradual de la calidad de servicio de la carretera

originada por el deterioro del pavimento Por tanto

ΔPSI = po ndash pt

donde

PSI = Iacutendice de Servicio Presente

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

po = Iacutendice de servicio inicial

pt = Iacutendice de servicio final

IV5 ANAacuteLISIS DE TRAacuteFICO

Las cargas de los vehiacuteculos son transmitidas al pavimento mediante dispositivos de

apoyo multiruedas para determinar la carga total sobre una superficie mayor con el fin

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

superestructura

El traacutefico es uno de los paraacutemetros maacutes importantes para el disentildeo de pavimentos Para

obtener este dato es necesario determinar el nuacutemero de repeticiones de cada tipo de eje

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 130

durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 131

Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 132

FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 141

IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 9: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 130

durante el periodo de disentildeo a partir de un traacutefico inicial medido en el campo a traveacutes de

aforos El nuacutemero y composicioacuten de los ejes se determina a partir de la siguiente

informacioacuten

bull Periodo de disentildeo

bull Distribucioacuten de ejes solicitantes en cada rango de cargas

bull Traacutensito medio diario anual de todos los vehiacuteculos TMDA o TPDA

bull Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehiacuteculo

bull Sentido del traacutefico

bull Nuacutemero de carriles por sentido de traacutefico

bull Porcentaje del traacutensito sobre el carril maacutes solicitado

bull Iacutendice de serviciabilidad

bull Factores de equivalencia de carga

TRAacuteNSITO MEDIO DIARIO ANUAL

El TMDA representa el promedio aritmeacutetico de los voluacutemenes diarios de traacutensito

aforados durante un antildeo en forma diferenciada para cada tipo de vehiacuteculo

CLASIFICACIOacuteN DE LOS VEHIacuteCULOS

bull Automoacuteviles y camionetas

bull Buses

bull Camiones de dos ejes

bull Camiones de maacutes de dos ejes

bull Remolques

bull Semiremolques

TASA DE CRECIMIENTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 131

Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 10: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 131

Representa el crecimiento promedio anual del TMDA Generalmente las tasas de

crecimiento son diferentes para cada tipo de vehiacuteculo

PROYECCIOacuteN DEL TRAacuteNSITO

El traacutensito puede proyectarse en el tiempo en forma aritmeacutetica con un crecimiento

constante o exponencial mediante incrementos anuales

MODELOS DE CRECIMIENTO

En el graacutefico se observa que la proyeccioacuten aritmeacutetica supone un crecimiento maacutes raacutepido

en el corto plazo y se subestima el traacutensito en el largo plazo

En base a las estadiacutesticas es conveniente definir que curva se ajusta mejor al traacutensito

generado por una carretera

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FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 11: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 132

FACTOR DE CRECIMIENTO

Una forma sencilla de encontrar el factor de crecimiento es adoptar una tasa de

crecimiento anual y utilizar el promedio del traacutefico al principio y al final del periodo de

disentildeo

( )[ ]PrFC ++sdot= 1150

Donde

r = tasa de crecimiento anual en decimales

P = periodo de disentildeo en antildeos

La Asociacioacuten del Cemento Portland utiliza el traacutefico a la mitad del periodo de disentildeo

( ) PrFC sdot+= 501

La AASHTO recomienda calcular el factor de crecimiento para el traacutefico de todo el

periodo de disentildeo

( )r

rFC

P 11 minus+=

Los valores del factor de crecimiento para diferentes tasas anuales y periodos de disentildeo

se muestran en la tabla siguiente de acuerdo al criterio de la AASHTO

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 154

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 12: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 133

Tabla IV2 Factor de Crecimiento

Periacuteodo de disentildeo antildeos

(n)

Tasa de crecimiento anual g en porcentaje

SinCrecimiento

2 4 5 6 7 8 10

1 10 10 10 10 10 10 10 102 20 202 204 205 206 207 208 2103 30 306 312 315 318 321 325 3314 40 412 425 431 437 444 451 4645 50 520 542 553 564 575 587 6116 60 631 663 680 698 715 734 7727 70 743 790 814 839 865 892 9498 80 858 921 955 990 1026 1064 11449 90 975 1058 1103 1149 1198 1249 135810 100 1095 1201 1258 1318 1382 1449 159411 110 1217 1349 1421 1497 1578 1665 185312 120 1341 1503 1592 1687 1789 1898 213813 130 1468 1663 1771 1888 2014 2150 245214 140 1597 1829 1918 2101 2255 2421 279715 150 1729 2002 2158 2328 2513 2715 317716 160 1864 2182 2366 2567 2789 3032 359517 170 2001 2370 2584 2821 3084 3375 405518 180 2141 2565 2813 3091 3400 3745 456019 190 2284 2767 3054 3376 3738 4145 511620 200 2430 2978 3306 3679 4100 4576 572825 250 3203 4165 4773 5486 6325 7311 983530 300 4057 5608 6644 7906 9446 11328 1644935 350 4999 7365 9032 11143 13824 17232 27102

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

DISTRIBUCIOacuteN DIRECCIONAL

A menos que existan consideraciones especiales se considera una distribucioacuten del 50

del traacutensito para cada direccioacuten En algunos casos puede variar de 03 a 07 dependiendo

de la direccioacuten que acumula mayor porcentaje de vehiacuteculos cargados

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 141

IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 143

Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 144

donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 145

En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 13: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 134

FACTOR DE DISTRIBUCIOacuteN POR CARRIL

En una carretera de dos carriles uno en cada direccioacuten el carril de disentildeo es uno de

ellos por lo tanto el factor de distribucioacuten por carril es 100 Para autopistas

multicarriles el carril de disentildeo es el carril exterior y el factor de distribucioacuten depende

del nuacutemero de carriles en cada direccioacuten que tenga la autopista En la tabla siguiente se

muestran los valores utilizados por la AASHTO

Tabla IV3 Factor De Distribucioacuten Por Carril

No carriles en

cada direccioacuten

Porcentaje de ejes simples equivalentes

de 18 kips en el carril de disentildeo (FC)1 1002 80 ndash 1003 60 ndash 80

4 oacute maacutes 50 ndash 75 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

TRAacuteNSITO EQUIVALENTE

Los resultados obtenidos por la AASHTO en sus tramos de prueba mostraron que el

dantildeo que producen distintas configuraciones de ejes y cargas puede representarse por un

nuacutemero equivalente de pasadas de un eje simple patroacuten de rueda doble de 18 kips (80 kN

u 82 Ton) que produciraacute un dantildeo similar a toda la composicioacuten del traacutefico

FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA (LEF)

La conversioacuten del traacutefico a un nuacutemero de ESALrsquos de 18 kips (Equivalent Single Axis

Loads) se realiza utilizando factores equivalentes de carga LEFs (Load Equivalent

Factor) Estos factores fueron determinados por la AASHTO en sus tramos de prueba

donde pavimentos similares se sometieron a diferentes configuraciones de ejes y cargas

para analizar el dantildeo producido y la relacioacuten existente entre estas configuraciones y

cargas a traveacutes del dantildeo que producen

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 141

IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 144

donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 14: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 135

El factor equivalente de carga LEF es un valor numeacuterico que expresa la relacioacuten entre la

peacuterdida de serviciabilidad ocasionada por una determinada carga de un tipo de eje y la

producida por el eje patroacuten de 18 kips

LEF = lidadserviciabi de peacuterdida misma laproducen que kips X de ejes de Nordm

PSI lidadserviciabi de peacuterdida unaproducen que kips 18 de ESALs de Nordm ∆

Por ejemplo para producir en un pavimento flexible con un SN = 4rdquo una disminucioacuten de

serviciabilidad de 42 a 25 se requieren la repeticioacuten de 100000 ejes simples de 18 kips

o la repeticioacuten de 14706 ejes simples de 30 kips Por tanto para este caso

LEF = 8614706

100000 =

Los factores equivalentes de carga de la AASHTO estaacuten tabulados en funcioacuten de cuatro

paraacutemetros tipo de eje (simple tandem tridem) iacutendice de serviciabilidad final (2 25 y

3) carga por eje y nuacutemero estructural SN del pavimento (de 1 a 6rdquo)

FACTOR DE CAMIOacuteN

Para expresar el dantildeo que produce el traacutefico en teacuterminos del deterioro que produce un

vehiacuteculo en particular hay que considerar la suma de los dantildeos producidos por cada eje

de ese tipo de vehiacuteculo De este criterio nace el concepto de Factor de Camioacuten que se

define como el nuacutemero de ESALrsquos por nuacutemero de vehiacuteculo Este factor puede ser

calculado para cada tipo de camiones o para todos los vehiacuteculos como un promedio de

una determinada configuracioacuten de traacutefico

Factor de Camioacuten = TF = camiones de Nordm

ESALs Nordm

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Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 144

donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 145

En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 15: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 136

Se ha demostrado que el eje delantero tiene una miacutenima influencia en el dantildeo producido

en el pavimento por ejemplo en el ahuellamiento la fisuracioacuten y la peacuterdida de

serviciabilidad su participacioacuten variacutea de 013 al 21 Por esta razoacuten el eje delantero no

estaacute incluido en los factores de equivalencia de carga lo cual no afecta a la exactitud del

caacutelculo

EJEMPLO

Pt = 25 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga poreje (Kips)

Tipo deEje

Volumen deTraacutefico Diario

Nordm deejes

LEFsNordm de

ESALsAutomoacuteviles vagonetasotros livianos

4 Simple 850 850 0003 26

Microbuses camioacuten pequentildeo 10 Simple 440 440 0102 45Bus y camioacuten mediano 16 Simple 260 260 0645 168Bus grande 34 Tandem 230 230 1110 255Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 480 1380 662Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 588 1069 629TOTALES 2216 2848 1532

Factor de Camioacuten = TF = 6902216

1532 =

Para el caacutelculo del traacutensito el meacutetodo considera los ejes equivalentes simples de 18 kips

(82 ton) acumulados durante el periacuteodo de disentildeo en el carril de disentildeo utilizando la

ecuacioacuten siguiente

1818 WFFW Cd sdotsdot=

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donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 142

Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 16: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 137

donde

W18 = Traacutensito acumulado en el primer antildeo en ejes equivalentes sencillos de 18 Kips

(82 ton) en el carril de disentildeo

Fd = Factor de distribucioacuten direccional (50 para la mayoriacutea de las carreteras)

18W = Ejes Equivalentes acumulados en ambas direcciones

FC = Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

Una vez calculados los ejes equivalente acumulados en el primer antildeo se deberaacute estimar

sobre la base de la tasa de crecimiento anual y del periacuteodo de disentildeo en antildeos el total de

ejes equivalentes acumulados los cuales se multiplican por el factor de camioacuten para

obtener los ESALrsquos de disentildeo

IV6 NUacuteMERO TOTAL DE EJES SIMPLES EQUIVALENTES (ESALrsquos)

Se calcula para el carril de disentildeo utilizando la siguiente ecuacioacuten

( ) ( ) 3651

sdotsdotsdotsdotsdot

sdotsdot= sum

=cd

m

iii FFFCTPDPFpESALs

donde

pi Porcentaje del total de repeticiones para el i-eacutesimo grupo de vehiacuteculos o cargas

Fi Factor de equivalencia de carga por eje del i-eacutesimo grupo de eje de carga (tablas

IV9 a IV17)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 138

P Promedio de ejes por camioacuten pesado

TPD Traacutensito promedio diario

FC Factor de crecimiento para un periacuteodo de disentildeo en antildeos

Fd Factor direccional

FC Factor de distribucioacuten por carril (Tabla IV3)

EJEMPLO

Periacuteodo de Disentildeo = 20 antildeos Tasa de Crecimiento anual = 2

Pt = 25 Fd = 05 FC = 08 SN = 4rdquo

TIPO DE VEHIacuteCULOCarga por Tipo de Volumen de Factor de Traacutensito Factor de Nordm deeje (Kips) Eje Traacutefico Diario Crecimiento de Disentildeo Camioacuten TF ESALs

Automoacuteviles vagonetas4 Simple 850 243 7539075 069 5201962

otros livianosMicrobuses camioacuten

10 Simple 440 243 3902580 069 2692780PequentildeoBus y camioacuten mediano 16 Simple 260 243 2306070 069 1591188Bus grande 34 Tandem 230 243 2039985 069 1407590Camioacuten Semiremolque 36 Tandem 240 243 2128680 069 1468789Camioacuten Semiremolque 48 Tridem 196 243 1738422 069 1199511TOTALES 2216 13561820

ESALrsquos de Disentildeo = 13561820 05 08 = 5424728

IV7 NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIOacuteN ESTAacuteNDAR

El nivel de confianza es uno de los paraacutemetros importantes introducidos por la

AASHTO al disentildeo de pavimentos porque establece un criterio que estaacute relacionado con

el desempentildeo del pavimento frente a las solicitaciones exteriores La confiabilidad se

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 18: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 139

define como la probabilidad de que el pavimento disentildeado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo o la probabilidad de que los problemas de deformacioacuten y fallas esteacuten por

debajo de los niveles permisibles Para elegir el valor de este paraacutemetro se considera la

importancia del camino la confiabilidad de la resistencia de cada una de las capas y el

traacutensito de disentildeo pronosticado

Tabla IV4 Valores Del Nivel De Confianza R

De Acuerdo Al Tipo De Camino

Tipo de camino Zonas urbanas Zonas ruralesAutopistas 85 ndash 999 80 ndash 999Carreteras de primer orden 80 ndash 99 75 ndash 95Carreteras secundarias 80 ndash 95 75 ndash 95Caminos vecinales 50 ndash 80 50 ndash 80

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

La esquematizacioacuten del comportamiento real del pavimento y la curva de disentildeo

propuesta por la AASHTO tienen la misma forma pero no coinciden La falta de

coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuacioacuten de comportamiento propuesta

y a la dispersioacuten de la informacioacuten utilizada en el dimensionamiento del pavimento Por

esta razoacuten la AASHTO adoptoacute un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas De

esta forma los errores se representan mediante una desviacioacuten estaacutendar So para

compatibilizar los dos comportamientos El factor de ajuste entre las dos curvas se

define como el producto de la desviacioacuten normal ZR por la desviacioacuten estaacutendar So Los

factores de desviacioacuten normal ZR se muestran en la siguiente tabla

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 140

TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 19: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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TABLA IV5 Factores de Desviacioacuten Normal

Confiabilidad

ZR Confiabilidad

ZR

50 0 92 -140560 -0253 94 -155570 -0524 95 -164575 -0674 96 -175180 -0841 97 -188185 -1037 98 -205490 -1282 99 -2327

Fuente Guiacutea para el Disentildeo y la Construccioacuten de Pavimentos Riacutegidos

Ing Aurelio Salazar Rodriacuteguez 1998

Si la construccioacuten se va a realizar por etapas la vida uacutetil ha de ser menor al periodo de

anaacutelisis (vida uacutetil lt periodo de anaacutelisis) en este saco se deben considerar las

confiabilidades de todo el periodo de disentildeo de donde resulta que

( ) nl

totaletapa RR = n = nuacutemero de etapas previstas

Una vez elegido un nivel de confianza y obtenidos los resultados del disentildeo eacutestos

deberaacuten ser corregidos por dos tipos de incertidumbre la confiabilidad de los paraacutemetros

de entrada y de las propias ecuaciones de disentildeo basadas en los tramos de prueba Para

este fin se considera un factor de correccioacuten que representa la desviacioacuten estaacutendar de

manera reducida y simple este factor evaluacutea los datos dispersos que configuran la curva

real de comportamiento del pavimento

El rango de desviacioacuten estaacutendar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes

valores

040 le So ge 050 (So = desviacioacuten estaacutendar)

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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IV8 COEFICIENTE DE DRENAJE C d

El valor de este coeficiente depende de dos paraacutemetros la capacidad del drenaje que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento estaacute expuesto a niveles de humedad

proacuteximos a la saturacioacuten en el transcurso del antildeo Dicho porcentaje depende de la

precipitacioacuten media anual y de las condiciones de drenaje la AASHTO define cinco

capacidades de drenaje que se muestran en la siguiente tabla

Tabla IV6 Capacidad del Drenaje

Calidad del

Drenaje

Tiempo que tarda el agua en ser

EvacuadaExcelente 2 horasBueno 1 diacuteaRegular 1 semanaMalo 1 mesMuy malo Agua no drenaFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

De acuerdo a las capacidades de drenaje la AASHTO establece los factores de

correccioacuten m2 (bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar) los cuales estaacuten dados

en la Tabla IV7 en funcioacuten del porcentaje de tiempo a lo largo de un antildeo en el cual la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacuten

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Tabla IV7 Valores mi para modificar los Coeficientes Estructurales o de Capa

de Bases y Sub-bases sin tratamiento en pavimentos flexibles

Capacidad de

Drenaje

de tiempo en el que el pavimento estaacute expuesto a

niveles de humedad proacuteximos a la saturacioacutenMenos del 1 1 a 5 5 a 25 Maacutes del 25

Excelente 140 ndash 135 135 ndash 130 130 ndash 120 120Bueno 135 ndash 125 125 ndash 115 115 ndash 100 100

Regular 125 ndash 115 115 ndash 105 100 ndash 080 080Malo 115 ndash 105 105 ndash 080 080 ndash 060 060

Muy malo 105 ndash 095 095 ndash 075 075 ndash 040 040 Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV9 DETERMINACIOacuteN DEL NUacuteMERO ESTRUCTURAL ldquo SN rdquo

El meacutetodo estaacute basado en el caacutelculo del Nuacutemero Estructural ldquoSNrdquo sobre la capa

subrasante o cuerpo del terrapleacuten Para esto se dispone de la Figura IV2 y de la ecuacioacuten

siguiente

( )

( )

078322

1

1094400

5124

)(

2001369

195

018 minussdot+

++

minus∆

+minus+sdot+sdot= RR LogM

SN

PSILog

SNLogSZLogW

donde

W18 = Traacutefico equivalente o ESALacutes

ZR = Factor de desviacioacuten normal para un nivel de confiabilidad R

So = Desviacioacuten estaacutendar

∆PSI =Diferencia entre los iacutendices de servicio inicial y el final deseado

MR = Moacutedulo de resiliencia efectivo de la subrasante

SN = Nuacutemero estructural

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 22: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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Figura IV2 Aacutebaco de disentildeo AASHTO para pavimentos flexiblesFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

IV10 DETERMINACIOacuteN DE ESPESORES POR CAPAS

La estructura del pavimento flexible estaacute formada por un sistema de varias capas por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus caracteriacutesticas propias

Una vez que el disentildeador ha obtenido el Nuacutemero Estructural SN para la seccioacuten

estructural del pavimento se requiere determinar una seccioacuten multicapa que en conjunto

provea una suficiente capacidad de soporte equivalente al nuacutemero estructural de disentildeo

Para este fin se utiliza la siguiente ecuacioacuten que permite obtener los espesores de la capa

de rodamiento o carpeta de la capa base y de la sub-base

33322211 mDamDaDaSN sdotsdot+sdotsdot+sdot=

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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donde

a1 a2 y a3 = Coeficientes estructurales de capa de carpeta base y sub-base

respectivamente

D1 D2 y D3 = Espesor de la carpeta base y sub-base respectivamente en pulgadas

m2 y m3 = Coeficientes de drenaje para base y sub-base respectivamente

De la misma manera se deberaacute obtener los coeficientes estructurales de la carpeta

asfaacuteltica (a1) de la capa base (a2) y de la sub-base (a3) utilizando los valores del moacutedulo

de resiliencia correspondientes a cada una de ellas

Los coeficientes de capa a1 a2 y a3 se obtienen utilizando las correlaciones de valores de

diferentes pruebas de laboratorio Moacutedulo Resiliente Texas Triaxial Valor R y CBR tal

como se muestra en las siguientes figuras

Para carpeta asfaacuteltica (a1) Figura IV3

Para bases granulares (a2) Figura IV4

Para sub-bases granulares (a3) Figura IV5

Para bases estabilizadas con cemento Figura IV6

Para bases estabilizadas con asfalto Figura IV7

Para capas estabilizadas con cemento o asfalto y para la superficie de rodadura de

concreto asfaacuteltico el meacutetodo no considera una posible influencia de la calidad del

drenaje por lo que en la ecuacioacuten de disentildeo solo intervienen los valores de m2 y m3

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 24: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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En Tabla IV8 se muestran los espesores miacutenimos para carpetas asfaacutelticas y bases

granulares sugeridos en funcioacuten del traacutensito

Tabla IV8 Espesores Miacutenimos en pulgadas en Funcioacuten de los Ejes Equivalentes

Traacutensito (ESALrsquos) En

Ejes Equivalentes

Carpetas De Concreto

Asfaacuteltico

Bases

GranularesMenos de 50000 10 oacute TS 4050001 ndash 150000 20 40150001 ndash 500000 25 40

500001 ndash 2rsquo000000 30 602rsquo000001 ndash 7rsquo000000 35 60Mayor de 7rsquo000000 40 60

TS = Tratamiento superficial

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 154

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 26: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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Figura IV3 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la carpeta asfaacuteltica ldquoa1rdquo Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 27: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 148

Figura IV4 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base granular ldquoa2rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 154

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 28: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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Figura IV5 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la sub-base granular ldquoa3rdquoFuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 150

Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 152

IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 29: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 150

Figura IV6 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con cemento

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 30: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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Figura IV7 Aacutebaco para estimar el nuacutemero estructural de la capa base estabilizada con asfalto

Fuente AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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IV11 ESPESORES MIacuteNIMOS EN FUNCIOacuteN DEL SN

En el control de los espesores D1 D2 y D3 a traveacutes del SN se busca dar proteccioacuten a las

capas granulares no tratadas de las tensiones verticales excesivas que produciriacutean

deformaciones permanentes como se muestra en el graacutefico siguiente

Los materiales son seleccionados para cada capa de acuerdo a las recomendaciones del

meacutetodo por tanto se conocen los moacutedulos resilientes de cada capa Usando el aacutebaco de

la figura IV2 se determinan los nuacutemeros estructurales requeridos para proteger cada

capa no tratada utilizando el moacutedulo resiliente de la capa que es encuentra

inmediatamente por debajo por ejemplo para sacar el espesor D1 de la carpeta se

considera el MR de la capa base y asiacute se obtiene el SN1 que debe ser soportado por la

carpeta asfaacuteltica de donde

1

11 a

SND ge

Se adopta un espesor D1 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por esta

capa seraacute

111 DaSN sdot=

Para determinar el espesor miacutenimo de la capa base se entra al aacutebaco con el MR de la sub-

base para obtener el nuacutemero estructural SN2 que seraacute absorbido por la carpeta y la capa

base de donde

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2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 154

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 32: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 153

2222

122 ma

SN

ma

SNSND b

sdotge

sdotminus

ge

Se adopta un espesor D2 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido seraacute

222 DmaSN b sdotsdot= SNb = Nuacutemero estructural de la base

Finalmente para la sub-base se ingresa con el MR que corresponde a la subrasante y se

obtiene SN3 = SN para todo el paquete estructural por tanto el espesor seraacute

( )3333

213 ma

SN

ma

SNSNSND sb

sdotge

sdotminusminus

ge

Se adopta un espesor D3 ligeramente mayor y el nuacutemero estructural absorbido por la

sub-base seraacute

3333 DmaSN sdotsdot= SNsb = Nuacutemero estructural de la sub-base

La suma de los nuacutemeros estructurales de las capas que constituyen el pavimento debe ser

mayor o igual a

SNSNSNSN ge++ 321

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores sobre capas que tengan un

moacutedulo resiliente mayor a 40000 psi (280 MPa) En este caso los espesores se

determinaran mediante criterios constructivos o de acuerdo a la relacioacuten costo-eficiencia

Tabla IV9 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00002 00002 00002 00002 00002 000024 178 0002 0003 0002 0002 0002 00026 267 0009 0012 0011 0010 0009 00098 356 0030 0035 0036 0033 0031 002910 445 0075 0085 0090 0085 0079 007912 534 0165 0177 0189 0183 0174 016814 623 0325 0338 0354 0350 0338 033116 712 0589 0598 0613 0612 0603 059618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 159 156 155 157 15922 979 249 244 235 231 235 24124 1068 371 362 343 333 340 35126 1157 536 521 488 468 477 49628 1246 754 731 678 642 652 68330 1335 104 100 92 86 87 9232 1424 140 135 124 115 115 12134 1513 185 179 163 150 149 15636 1600 242 233 212 193 190 19938 1691 311 299 271 246 240 25140 1780 396 380 343 309 300 31242 1869 497 477 430 386 372 38544 1958 618 593 534 476 457 47146 2047 761 730 656 583 557 57048 2136 929 891 800 709 673 68650 2225 113 108 97 86 81 82

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Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 34: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 155

Tabla IV10 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00003 00003 00003 00002 00002 000026 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0003 0003 0003 0003 000210 445 0007 0008 0008 0007 0006 000612 534 0013 0016 0016 0014 0013 001214 623 0024 0029 0029 0026 0024 002316 712 0041 0048 0050 0046 0042 004018 800 0066 0077 0081 0075 0069 006620 890 0103 0117 0124 0117 0109 010522 979 0156 0171 0183 0174 0164 015824 1068 0227 0244 0260 0252 0239 023126 1157 0322 0340 0360 0353 0338 032928 1246 0447 0465 0487 0481 0466 045530 1335 0607 0623 0646 0643 0627 061732 1424 0810 0823 0843 0842 0829 081934 1513 106 107 108 108 108 10736 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 176 175 173 172 173 17440 1780 222 219 215 213 216 21842 1869 277 273 264 262 266 27044 1958 342 336 323 318 324 33146 2047 420 411 392 383 391 40248 2136 510 498 472 458 468 48350 2225 615 599 564 544 556 57752 2314 737 716 671 643 656 68354 2403 877 851 793 755 769 80356 2492 104 101 93 88 90 9458 2581 122 118 109 103 104 10960 2670 143 138 127 119 120 12662 2759 166 160 147 137 138 14564 2847 193 186 170 158 158 16666 2936 222 214 196 180 180 18968 3025 255 246 224 206 205 21570 3114 292 281 256 234 232 24372 3203 333 320 291 265 262 27474 3292 378 364 330 300 294 30876 3381 428 412 373 338 331 34578 3470 484 465 420 380 370 38680 3559 544 523 472 425 413 43082 3648 611 587 529 476 460 47884 3737 684 657 592 530 512 53086 3826 763 733 660 590 568 58688 3915 850 816 734 655 628 64790 4004 944 906 815 726 694 713

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 156

Tabla IV11 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 20

Cargaeje SN pulg (mm)

(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00001 00001 00001 00001 00001 000016 267 00004 00004 00003 00003 00003 000038 356 00009 00010 00009 00008 00007 0000710 445 0002 0002 0002 0002 0002 000112 534 0004 0004 0004 0003 0003 000314 623 0006 0007 0007 0006 0006 000516 712 0010 0012 0012 0010 0009 000918 800 0016 0019 0019 0017 0015 001520 890 0024 0029 0029 0026 0024 002322 979 0034 0042 0042 0038 0035 003424 1068 0049 0058 0060 0055 0051 004826 1157 0068 0080 0083 0077 0071 006828 1246 0093 0107 0113 0105 0098 009430 1335 0125 0140 0149 0140 0131 012632 1424 0164 0182 0194 0184 0173 016734 1513 0213 0233 0248 0238 0225 021736 1600 0273 0294 0313 0303 0288 027938 1691 0346 0368 0390 0381 0364 035340 1780 0434 0456 0481 0473 0454 044342 1869 0538 0560 0587 0580 0561 054844 1958 0662 0682 0710 0705 0686 067346 2047 0807 0825 0852 0849 0831 081848 2136 0976 0992 1015 1014 0999 098750 2225 117 118 120 120 119 11852 2314 140 140 142 142 141 14054 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 195 193 193 194 19458 2581 229 227 224 223 225 22760 2670 267 264 259 257 260 26362 2759 310 306 298 295 299 30464 2847 359 353 341 337 342 34966 2936 413 405 389 383 390 39968 3025 473 463 443 434 442 45470 3114 540 528 503 490 500 51572 3203 615 600 568 552 563 58274 3292 697 679 641 620 633 65676 3381 788 767 721 694 708 73678 3470 888 863 809 775 790 82380 3559 998 969 905 863 879 91882 3648 112 108 101 96 98 10284 3737 125 121 112 106 108 11386 3826 139 135 125 118 119 12588 3915 155 150 138 130 132 13890 4004 172 166 153 143 145 152

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 157

Tabla IV12 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00004 00004 00004 00004 00004 000044 178 0003 0004 0004 0003 0002 00026 267 0011 0017 0017 0013 0010 00098 356 0032 0047 0051 0041 0034 003110 445 0078 0102 0118 0102 0088 008012 534 0168 0198 0229 0213 0189 017614 623 0328 0358 0399 0388 0360 034216 712 0591 0613 0646 0645 0623 060618 800 100 100 100 100 100 10020 890 161 157 149 147 151 15522 979 248 238 217 209 218 23024 1068 369 349 309 289 303 32726 1157 533 499 431 391 409 44828 1246 749 698 590 521 539 59830 1335 103 95 79 68 70 7832 1424 139 128 105 88 89 10034 1513 184 169 137 113 112 12536 1600 240 220 177 144 139 15538 1691 309 283 226 181 172 19040 1780 393 359 285 225 211 23042 1869 493 450 356 278 256 27744 1958 613 559 440 340 310 33146 2047 755 688 540 414 372 39348 2136 922 839 657 501 445 46550 2225 112 102 79 60 53 550

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 37: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 158

Tabla IV13 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00005 00004 00003 00003 000026 267 0002 0002 0002 0001 0001 00018 356 0004 0006 0005 0004 0003 000310 445 0008 0013 0011 0009 0007 000612 534 0015 0024 0023 0018 0014 001314 623 0026 0041 0042 0033 0027 002416 712 0044 0065 0070 0057 0047 004318 800 0070 0097 0109 0092 0077 007020 890 0107 0141 0162 0141 0121 011022 979 0160 0198 0229 0207 0180 016624 1068 0231 0273 0315 0292 0260 024226 1157 0327 0370 0420 0401 0364 034228 1246 0451 0493 0548 0534 0495 047030 1335 0611 0648 0703 0695 0658 063332 1424 0813 0843 0889 0887 0857 083434 1513 106 108 111 111 109 10836 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 173 169 168 170 17340 1780 221 216 206 203 208 21442 1869 276 267 249 243 251 26144 1958 341 327 299 288 300 31646 2047 418 398 358 340 355 37948 2136 508 480 425 398 417 44950 2225 612 576 503 464 486 52852 2314 733 687 593 538 563 61754 2403 872 814 695 622 647 71556 2492 103 96 81 72 74 8258 2581 121 113 94 82 84 9460 2670 142 131 109 94 96 10762 2759 165 153 126 107 108 12164 2847 191 176 145 122 122 13766 2936 221 203 166 138 137 15468 3025 253 233 189 156 154 17270 3114 290 266 215 176 172 19272 3203 330 303 244 198 192 21374 3292 275 344 276 222 216 23676 3381 425 389 311 248 237 26178 3470 480 439 350 278 262 28880 3559 540 494 392 309 290 31782 3648 606 554 439 344 320 34884 3737 678 619 490 382 353 38186 3826 757 691 545 423 388 41788 3915 843 769 606 468 426 45690 4004 937 854 671 517 468 497

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 38: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 159

Tabla IV14 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 25

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00000 00000 00000 00000 00000 000004 178 00002 00002 00002 00001 00001 000016 267 00006 00007 00005 00004 00003 000038 356 0001 0002 0001 0001 0001 000110 445 0003 0004 0003 0002 0002 000212 534 0005 0007 0006 0004 0003 000314 623 0008 0012 0010 0008 0006 000616 712 0012 0019 0018 0013 0011 001018 800 0018 0029 0028 0021 0017 001620 890 0027 0042 0042 0032 0027 002422 979 0038 0058 0060 0048 0040 003624 1068 0053 0078 0084 0068 0057 005126 1157 0072 0103 0114 0095 0080 007228 1246 0098 0133 0151 0128 0109 009930 1335 0129 0169 0195 0170 0145 013332 1424 0169 0123 0247 0220 0191 017534 1513 0219 0266 0308 0281 0246 022836 1600 0279 0329 0379 0352 0313 029238 1691 0352 0403 0461 0436 0393 036840 1780 0439 0491 0554 0533 0487 045942 1869 0543 0594 0661 0644 0597 056744 1958 0666 0714 0781 0769 0723 069246 2047 0811 0854 0918 0911 0868 083848 2136 0979 1015 1072 1069 1033 100550 2225 117 120 124 125 122 12052 2314 140 141 144 144 143 14154 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 193 190 190 191 19358 2581 229 225 217 216 220 22460 2670 267 260 248 244 251 25862 2759 309 300 282 276 285 29564 2847 357 344 319 310 322 33666 2936 411 394 361 347 362 38168 3025 471 449 406 388 405 43070 3114 538 511 457 432 452 48472 3203 612 579 513 480 503 54174 3292 693 654 574 532 557 60476 3381 784 737 641 588 615 67178 3470 883 828 714 649 678 74380 3559 992 928 795 715 745 82182 3648 111 104 88 79 82 9084 3737 124 116 98 86 89 9986 3826 138 129 108 95 98 10988 3915 154 143 119 104 106 11990 4004 171 158 132 113 116 129

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Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 163

IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 39: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 160

Tabla IV15 Factores equivalentes de carga ejes simples pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00008 00009 00006 00003 00002 000024 178 0004 0008 0006 0004 0002 00026 267 0014 0030 0028 0018 0012 00108 356 0035 0070 0080 0055 0040 003410 445 0082 0132 0168 0132 0101 008612 534 0173 0231 0296 0260 0212 018714 623 0332 0388 0468 0447 0391 035816 712 0594 0633 0695 0693 0651 062218 800 100 100 100 100 100 10020 890 160 153 141 138 144 15122 979 247 229 196 183 197 21624 1068 367 333 269 239 260 29626 1157 529 472 365 308 333 39128 1246 743 656 488 393 417 50030 1335 102 89 65 50 51 6332 1424 138 120 84 62 63 7734 1513 182 157 109 78 76 9336 1600 238 204 140 97 91 11038 1691 306 262 177 119 110 13040 1780 388 332 222 146 131 15342 1869 488 416 276 178 155 17844 1958 606 516 340 216 184 20646 2047 747 634 415 261 216 23848 2136 912 773 503 313 254 27450 2225 110 94 61 37 30 32

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Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 163

IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 164

815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 40: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 161

Tabla IV16 Factores equivalentes de carga ejes tandem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00002 00002 00001 00001 00000 000004 178 0001 0001 0001 0000 0000 00006 267 0003 0004 0003 0002 0001 00018 356 0006 0011 0009 0005 0003 000310 445 0011 0024 0020 0012 0008 000712 534 0019 0042 0039 0024 0017 001414 623 0031 0066 0068 0045 0032 002616 712 0049 0096 0109 0076 0055 004618 800 0075 0134 0164 0121 0090 007620 890 0113 0181 0232 0182 0139 011922 979 0166 0241 0313 0260 0205 017824 1068 0238 0317 0407 0358 0292 025726 1157 0333 0413 0517 0476 0402 036028 1246 0457 0534 0643 0614 0538 049230 1335 0616 0684 0788 0773 0702 065632 1424 0817 0870 0956 0953 0896 085534 1513 107 110 115 115 112 10936 1600 138 138 138 138 138 13838 1691 175 171 164 162 166 17040 1780 221 211 194 189 198 20842 1869 275 259 229 219 233 25044 1958 339 315 270 252 271 29746 2047 415 381 316 289 313 35048 2136 504 458 370 329 357 40750 2225 608 547 431 374 405 47052 2314 727 649 501 424 457 53754 2403 865 767 581 479 513 61056 2492 102 90 67 54 57 6958 2581 120 106 77 61 64 7760 2670 141 123 89 68 71 8662 2759 163 143 102 77 78 9564 2847 189 164 116 86 86 10566 2936 218 189 132 96 95 11668 3025 251 217 150 107 105 12770 3114 287 247 170 120 115 13972 3203 327 281 192 133 126 15274 3292 372 319 216 148 138 16576 3381 421 360 243 164 151 17978 3470 475 406 273 182 165 19480 3559 534 457 305 201 180 21082 3648 600 512 340 222 196 22784 3737 671 572 379 246 213 24586 3826 749 638 421 271 232 26488 3915 834 710 467 298 252 28490 4004 927 788 517 327 274 305

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 162

Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 164

815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 41: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

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Tabla IV17 Factores equivalentes de carga ejes tridem pt = 30

Cargaeje SN pulg (mm)(kpis) (kN) 10 (254) 20 (508) 30 (762) 40 (1016) 50 (1270) 60 (1524)

2 89 00001 00001 00001 00000 00000 000004 178 00005 00004 00003 00002 00001 000016 267 0001 0001 0001 0001 0001 00018 356 0003 0004 0002 0001 0001 000110 445 0005 0008 0005 0003 0002 000212 534 0007 0014 0010 0006 0004 000314 623 0011 0023 0018 0011 0007 000616 712 0016 0035 0030 0018 0013 001018 800 0022 0050 0047 0029 0020 001720 890 0031 0069 0069 0044 0031 002622 979 0043 0090 0097 0065 0046 003924 1068 0059 0116 0132 0092 0066 005626 1157 0079 0145 0174 0126 0092 007828 1246 0104 0179 0223 0168 0126 010730 1335 0136 0218 0279 0219 0167 014332 1424 0176 0265 0342 0279 0218 018834 1513 0226 0319 0413 0350 0279 024336 1600 0286 0382 0491 0432 0352 031038 1691 0359 0456 0577 0524 0437 038940 1780 0447 0543 0671 0626 0536 048342 1869 0550 0643 0775 0740 0649 059344 1958 0673 0760 0889 0865 0777 072046 2047 0817 0894 1014 1001 0920 086548 2136 0984 1048 1152 1148 1080 103050 2225 118 123 130 131 126 12252 2314 140 143 147 148 145 14354 2403 166 166 166 166 166 16656 2492 195 192 186 185 188 19158 2581 228 221 209 206 213 22060 2670 266 254 234 228 239 25062 2759 308 292 261 252 266 28464 2847 356 333 292 277 296 31966 2936 409 379 325 304 327 35868 3025 468 431 362 333 360 40070 3114 534 488 402 364 394 44472 3203 608 551 446 397 431 49174 3292 689 621 494 432 469 54076 3381 778 698 547 470 509 59378 3470 876 783 604 511 551 64880 3559 984 875 667 554 596 70682 3648 110 98 74 60 64 7784 3737 123 109 81 65 69 8386 3826 137 121 89 70 74 9088 3915 153 134 98 76 80 9690 4004 169 148 107 82 85 104

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IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 166

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 167

- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 163

IV12 PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 90

S0 = 035

W18 = 35 x 105 ESALs

ΔPSI = 25

Propiedades de los materiales

Material MR ai miMPa (psi)

Concreto Asfaacuteltico 3100 (450000) 044 -------Base piedra partida 276 (40000) 017 08Sub-base granular 97 (14000) 01 07

Subrasante 34 (5000) ------- -------

De acuerdo a los moacutedulos resilientes se obtiene

SN = 31 pulg

SNb = 14 pulg para proteger la base

SNsb = 22 pulg para proteger la sub-base

183440

411 =geD adoptamos 32rdquo 41123440111 =sdot=sdot= DaSN

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 164

815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

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Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 166

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 167

- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 168

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 164

815800170

41122

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND adoptamos 60rdquo

82006800170222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN b

( ) ( )4312

700100

82041113

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND adoptamos 125rdquo

8705127001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN

13183870820411321 gt=++=++ SNSNSN

Muy frecuentemente puede preverse la construccioacuten por etapas para lograr economiacutea y

mejor comportamiento del pavimento Un posible meacutetodo es proyectar para periodos de

disentildeo relativamente cortos por ejemplo cinco antildeos o menos previendo los refuerzos

que puedan ser necesarios Otro meacutetodo es proyectar para un periodo de de disentildeo 20

antildeos por ejemplo reduciendo despueacutes el espesor en 3 oacute 5 cm y previendo antildeadir el

espesor restante cuando el iacutendice de serviciabilidad se aproxime a 25

PROBLEMA 2

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado (ambas direcciones) = 6 x 104 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 165

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 166

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 167

- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 168

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 165

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 0 (Sin crecimiento)

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 3450 MPa = 500000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MB = 172 MPa = 25000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 827 MPa = 12000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante

Invierno (med Diciembre-fines Febrero) MR = 207 MPa = 30000 psi

Primavera (med Marzo-fines Abril) MR = 689 MPa = 1000 psi

Verano y Otontildeo (princ Mayo-med Diciembre) MR = 345 MPa = 5000 psi

Solucioacuten

Algunas variables de entrada deben seleccionarse en base a la importancia funcional del

pavimento consideraciones de construccioacuten por etapas conocimiento de la calidad de la

construccioacuten y experiencia Asiacute se adoptan este tipo de variables

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 90

Desviacioacuten estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial p0 = 5

Serviciabilidad final pt = 25

En cada etapa la confiabilidad seraacute R = (090)frac12 = 095 = 95

El traacutensito esperado para el final de la vida uacutetil seraacute

W18 = Factor de crecimiento traacutensito traacutensito inicial DD TD

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 166

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 167

- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 168

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 45: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 166

= 10 6 x 104 ESALs 050 070 = 21 x 105 ESALs

El moacutedulo efectivo de la subrasante es MR = 1415 MPa = 2100 psi

Variacioacuten de serviciabilidad ΔPSI = p0 ndash pt = 5 ndash 25 = 25 por traacutensito

Para R = 95 S0 = 035 W18 = 21 x 105 ESALs MR = 2100 psi y ΔPSI = 25

corresponde SN = 9652 mm (38 pulg) con

SN1 = 4064 mm (16 pulg) para proteccioacuten de base

SN2 = 5842 mm (23 pulg) para proteccioacuten de sub-base

Los coeficientes estructurales o de capa funcioacuten de la calidad de los materiales que

forman cada capa son

Concreto asfaacuteltico a1 = 046

Base a2 = 012

Sub-base a3 = 0 9

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo por lo que m2 =

112 La sub-base tiene caracteriacutesticas de drenaje pobre y estaraacute saturada el 25 del

tiempo correspondieacutendole un coeficiente de drenaje m3 = 085

- Espesor miacutenimo para capa asfaacuteltica

88460

6440

1

11 ==ge

a

SND mm (352 pulg) adoptamos 90 mm (35 pulg)

44190460111 =sdot=sdot= DaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 167

- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 168

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 46: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 167

- Base granular

Como la capa maacutes efectiva desde el punto de vista econoacutemico es la base granular se

elimina la sub-base resultando el espesor de base

12410121120

4415296

22

12 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos 420 mm

45561211204202222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

8597455644121 =+=+ SNSN mm gt 9652 mm rarr Verifica

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 2 x 105 ESALs El agua drena del pavimento en

aproximadamente una semana y la estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles

proacuteximos a la saturacioacuten en un 30 del tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3100 MPa = 450000 psi

Base CBR = 100 MB = 214 MPa = 31000 psi

Sub-base CBR = 16 MSB = 904 MPa = 13111 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 538 MPa = 7800 psi

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 168

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Page 47: 05 cap4 pavimentos de concreto asfáltico método aashto-93.doc

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 168

Solucioacuten

Como el pavimento es para una autopista urbana se adopta

R = 99

S0 = 02

po = 45

pt = 25

y asiacute se obtiene de la figura IV2

SN = 6096 mm (24 pulg)

SN1 = 381 mm (15 pulg)

SN2 = 508 mm (2 pulg)

Los coeficientes de drenaje para base y sub-base son m2 = m3 = 080

Espesor de concreto asfaacuteltico

686440

138

1

11 ==ge

a

SND mm (34 pulg) se adopta D1 = 90 mm

639440901 =sdot=SN mm

Espesor para base

100800140

639850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm (39 pulg) adoptamos D2 =110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

UMSS ndash Facultad de Ciencias y Tecnologiacutea CARRETERAS II

CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 169

Espesor para sub-base

( ) ( )113

800100

32126399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 140 mm

2111408001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

966062612113212138321 gt=++=++ SNSNSN mm rarr Verifica

Si el moacutedulo del concreto asfaacuteltico fuera un 30 menor

EAC = 2170 MPa = 315000 psi a1 = 038 y esto obliga a hacer una capa asfaacuteltica de

mayor espesor aunque el nuacutemero estructural de todo el paquete no cambie y siga siendo

6096 mm

100380

138

1

11 ==ge

a

SND mm se adopta D1 = 105 mm 9391053801 =sdot=SN mm

Espesor de base granular

397800140

939850

22

122 =

sdotminus=

sdotminus

gema

SNSND mm adoptamos D2 = 110 mm = 11 cm

32121108001402222 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 170

Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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Espesor de sub-base

( ) ( )25109

800100

32129399660

33

213 =

sdot+minus=

sdot+minus

gema

SNSNSND mm adoptamos D3 = 125

mm

101258001003333 =sdotsdot=sdotsdot= DmaSN mm

96602262103212939321 gt=++=++ SNSNSN mm

IV13 PROBLEMAS PROPUESTOS

PROBLEMA 1

Calcular el paquete estructural en base al criterio de espesores miacutenimos siendo

R = 95

S0 = 035

W18 = 8 x 106 ESALs

ΔPSI = 20

Propiedades de los materiales

MaterialMR

MPa (psi)ai mi

Concreto Asfaacuteltico 2620 (380000) 042 -------Base piedra partida 172 (25000) 014 080Sub-base granular 69 (10000) 010 070

Subrasante 34 (5000) ------- -------

PROBLEMA 2

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 171

Disentildear un pavimento con las siguientes caracteriacutesticas

Ubicacioacuten rural

Clasificacioacuten primaria

Datos De Traacutensito

Traacutensito anual inicial esperado = 10 x 106 ESALs

Distribucioacuten direccional DD = 050

Distribucioacuten de camiones TD = 070

Crecimiento de camiones (por antildeo) = 4

Propiedades de Materiales

Moacutedulo del concreto asfaacuteltico MAC = 1930 MPa = 280000 psi

Moacutedulo resiliente base granular MBS = 152 MPa = 22000 psi

Moacutedulo resiliente sub-base granular MSB = 689 MPa = 10000 psi

Moacutedulo resiliente subrasante MR = 517 MPa = 7500 psi

Periacuteodo de vida uacutetil = 10 antildeos

Periacuteodo de anaacutelisis (incluye una rehabilitacioacuten) = 20 antildeos

Confiabilidad en el periacuteodo de anaacutelisis R = 85

Desviacuteo estaacutendar de todas las variables S0 = 035

Serviciabilidad inicial po = 45

Serviciabilidad final pt = 25

Asumir que por condiciones ambientales hay una peacuterdida adicional de 055 en 10 antildeos

La base tiene buen drenaje y estaraacute saturada menos del 5 del tiempo

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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CAPITULO IV Pavimentos de Concreto Asfaacuteltico Meacutetodo AASHTO-93 172

PROBLEMA 3

Autopista urbana W18 = 5 x 106 ESALs El agua drena del pavimento en una semana y la

estructura del pavimento estaacute expuesta a niveles proacuteximos a la saturacioacuten en un 20 del

tiempo Los datos de los materiales son

Moacutedulo elaacutestico del concreto asfaacuteltico a 20degC (68degF) = 3300 MPa = 480000 psi

Base CBR = 90 MBS = 207 MPa = 30000 psi

Sub-base CBR = 20 MSB = 827 MPa = 12000 psi

Subrasante CBR = 5 MR = 517 MPa = 7500 psi

R = 90

So = 035

po = 45

pt = 25

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