METODO AASHTO 93

PAVIMENTOS FLEXIBLES:

El mtodo AASHTO para diseo de pavimentos flexibles publicada en 1993 incluye

importantes modificaciones dirigidas a mejorar la confiabilidad del mtodo. Desde la

publicacin de la primera gua AASHTO en 1961, se han efectuado modificaciones en la

ecuacin de diseo con la finalidad de mejorar su uso y su confiabilidad. En 1972 se

produjo la Gua provisional AASHTO para el diseo de pavimentos rgidos y flexibles,

la cual se bas en los procedimientos de diseos existentes. Esta gua fue ajustada en la

versin de 1986 la cual dio origen a la versin que se est considerando

10

10 18 0 10 10

5.19

log4.2 1.50

log *S 9.36log ( 1) 0.20 2.32*log 8.071094

0.40( 1)

r r

PSI

w Z SN M

SN

Donde:

W18 = Nmero esperado de repeticiones de ejes equivalentes a 8.2 toneladas en el

periodo de diseo.

Zr = Desviacin Estndar normal del error combinado en la prediccin del trfico y

comportamiento estructural.

So = Desviacin Estndar Total o error estndar combinado de la prediccin del trnsito

y de la prediccin del comportamiento.

PSI = Diferencia entre la Serviciabilidad Inicial (Po) y Final (Pt).

Mr. = Mdulo Resiliente de la Sub-rasante (psi)

SN = Nmero Estructural, indicador de la Capacidad Estructural requerida (materiales

y espesores).

El SN es un nmero abstracto, representa en forma numrica la resistencia estructural

de un tipo de pavimento dada una capacidad soporte del suelo Mr, del trnsito total

medido en trminos W18, de la Serviciabilidad final y de las condiciones climticas o

ambientales. Parmetro W18 o valor ESALs por carril de trnsito. Para la gua AASHTO

corresponde al ESALs afectado por coeficientes que representan el sentido y el nmero

de carriles que tendr la va

Se expresa como:

SN = a1d1+a2d2 m2+a3d3 m3

En donde:

ai= Coeficiente Estructural de la capa i

di= Espesor de la Capa i

mi= Coeficiente de Drenaje de la Capa Granular i

VARIABLES A CONSIDERAR EN ESTE MTODO:

a) VARIABLES EN FUNCIN DEL TIEMPO:

Existen dos variables que deben tomarse en cuenta y son:

El perodo de tiempo para el diseo: El perodo de diseo es el tiempo total para

el cual se disea un pavimento en funcin de las proyecciones del trnsito y el

tiempo que se considere apropiado para que las condiciones del entorno se

comiencen a alterar desproporcionadamente o se alteren de una manera

diferente a la que fueron consideradas inicialmente, estas condiciones.

La vida til del pavimento: La vida til del pavimento, es aquel tiempo que

transcurre entre la construccin del mismo y el momento en que alcanza el

mnimo de Serviciabilidad, que es la medida de la calidad del servicio en trminos

de comodidad. El perodo de diseo puede llegar a ser igual a la vida til de un

pavimento; en los casos en que se consideren reconstrucciones o

rehabilitaciones a lo largo del tiempo, el perodo de diseo comprende varios

perodos de vida til que son: el de pavimento original y el de las rehabilitaciones

b) VARIABLES EN FUNCIN DEL TRNSITO

Esta variable se toca a profundidad en el Captulo 3 del Manual SIECA. Se define como

el nmero de repeticiones de ejes equivalentes de 18 kips (80 kN) o ESALs. La

conversin de una carga dada por eje a eje equivalente o ESALs se hace a travs de los

factores equivalentes de carga para cada camin.

c) CONFIABILIDAD

Este valor se refiere al grado de seguridad o veracidad de que el diseo de la estructura

de un pavimento, puede llegar al fin de su perodo de diseo en buenas condiciones.

d) CALIDAD DE LASUBRASANTE. SUBRASANTES EXPANSIVAS

Es importante considerar el caso de las Subrasante expansivas por el impacto que ellas

producen. En el caso de existir Subrasante expansivas por efecto de la saturacin, es

necesario analizar la prdida de Serviciabilidad (PSI). Debido a esta causa, se deben

efectuar los anlisis de laboratorio correspondientes a los materiales existentes en el

proyecto.

e) CALIDAD O INDICE DE SERVICIABILIDAD

La Serviciabilidad de un pavimento es una medida de la calidad del servicio de una

estructura de pavimento, es la capacidad que tiene ste de servir al tipo y volumen de

trnsito para el cual fue diseado, es una medida cualitativa. El ndice de Serviciabilidad

se califica entre 0 (malas condiciones) y 5 (perfecto). Para el diseo de pavimentos debe

asumirse la Serviciabilidad inicial y la Serviciabilidad final; la inicial (po) es funcin directa del diseo de la estructura de pavimento y de la calidad con que se construye este

pavimento en la carretera, la final o terminal (pt) se estima en funcin de la categora del camino y se adopta en base a esto y al criterio del diseador; los valores que se

recomiendan son empricos y por experiencia se utilizan los siguientes

SERVICIABILIDAD INICIAL:

Po = 4.5 para pavimentos rgidos

Po = 4.2 para pavimentos flexibles

SERVICIABILIDAD FINAL

Pt = 2.5 o ms para caminos principales

Pt = 2.0 para caminos de trnsito menor

f) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. EL MDULO RESILIENTE

DE LA SUBRASANTE

En el Captulo 4 del Manual SIECA se consideran las propiedades de los materiales,

que son las que se valoran para obtener el mdulo de resiliencia, ya que en funcin

de ste se llega a los coeficientes de los nmeros estructurales denominado (SN). El

mdulo resiliente, define una de las principales caractersticas del material de

pavimento. No es una propiedad constante del material, sino que depende de

muchos factores. Los principales son: nmero de aplicaciones del esfuerzo,

tixotropa, magnitud del esfuerzo desviador, mtodo de compactacin y condiciones

de compactacin.

El mtodo AASHTO considera que la propiedad fundamental para caracterizar los

materiales constitutivos de la seccin de una carretera es el parmetro denominado

mdulo resiliente. Es por ello que el especialista encargado del diseo, y del revisor

de los estudios de tales estructuras, debe de tener el conocimiento bsico de lo que

el parmetro mdulo resiliente representa, de la prueba de laboratorio a partir de

la cual se obtiene y de los factores que hay que considerar para la seleccin del valor

adecuado para su uso en una determinada metodologa de diseo

g) CLIMA-DRENAJES.

Como se seal uno de los aspectos para considerar en el diseo de espesores es el

efecto de la lluvia. En el Captulo 6 del Manual SIECA se estudian estos valores con el

mtodo de AASHTO y son los coeficientes de capa, los cuales se ajustan con factores

mayores o menores que la unidad para tomar en cuenta el drenaje y el tiempo en que

las capas granulares estn sometidas a niveles de humedad cerca de la saturacin. Estos

coeficientes se presentan de la siguiente forma y con los siguientes valores

DETERMINACION DE ESPESORES:

En los pavimentos de mezclas asflticas por medio de la frmula de diseo se obtiene

en nmero estructural (SN) y en funcin del mismo se determinan los distintos

espesores de las capas que conforman el paquete estructural, el diseo est basado en

la identificacin del nmero estructural del pavimento flexible y la cantidad de ejes de

carga transitado.

I. Determinacin del numero estructural requerido:

En la figura 7-1 se presenta la figura del baco por medio del cual se obtiene el numero

estructural. Las variables para determinar el nmero estructural de diseo requerido

son las siguientes:

La cantidad estimada de ejes equivalentes (ESAL`s) por carril para el periodo de

diseo.

La confiabilidad (R) como se indic anteriormente

El conjunto total de las desviaciones estndar (So) se recomienda utilizar los

valores comprendidos dentro de los intervalos siguientes:

Para pavimentos flexibles 0.40-0.50

En construccin nueva 0.35-0.40

En sobre-capas 0.50

el mdulo de resilencia efectivo (que tome en cuenta las variaciones a lo largo

del ao) de la Subrasante (Mr)

la perdida de Serviciabilidad PSI=Po-Pt

a continuacin se da un ejemplo, en la cual se aplican determinadas condiciones

especficas para el diseo de un pavimento, cuando se tienen o asumen estos valores,

el numero estructural obtenido es aquel que es necesario para las condiciones

especficas que conforman un paquete estructural.

Solucin: SN=5.0

La frmula general que relaciona el nmero estructural (SN) con los espesores de capa

es la siguiente:

1 1 2 2 2 3 3 3

1 2 3

2 3

* * * * * (7-1)

donde:

, , sup ,

,

SN a D a m D a m D

a a a son los coeficientes estructurales o de capa de la erficie de rodadura

base y subbase respectivamente

m m son los coefic

1 2 3

, , lg sup ,

ientes de drenaje para base y subbase

D D D son los espesores de capa en pu adas para la erficie de rodadura base y subbase

Esta frmula tiene muchas soluciones, en funcin de las diferentes combinaciones de espesores,

no obstante, existen normativas que tienen a dar espesores de capas que deben ser construidas

y protegidas de deformaciones permanentes, por efecto de las capas superiores de mayor

resistencia.

Las normas que deben considerar son las siguientes:

II. estabilidad y factibilidad de la construccin:

En la prctica no deben colocarse capas de espesores menores que los mnimos requeridos, ya

que las capas con espesores mayores que el mnimo son ms estables. Frecuentemente se

especifica un valor mayor en el espesor de capas, con el objetivo de mantener la estructura de

pavimento en mejores condiciones para absorber los efectos que producen los suelos

expansivos.

Cuando se utilicen como capa de rodadura tratamientos superficiales, no se debe considerar

aporte estructural de esta capa, pero tiene un gran efecto en la base y subbase ya que

impermeabiliza la superficie y no permite la entrada de agua a la estructura de pavimento.

En la siguiente tabla se dan valores de los espesores mnimos sugeridos para capas asflticas y

base granular en funcin del trnsito.

Tales mnimos dependen de las practicas locales y est condicionado el usarlos, diseadores

pueden encontrar necesario modificar hacia arriba los espesores mnimos por su experiencia

obtenida, estos valores son sugeridos y se considera su uso tomando en cuenta que son capas

asflticas sobre granulares sin tratar

III. Espesores mnimos en funcin del nmero estructural

El objeto de este concepto, est basado en que las capas granulares no tratadas, deben de estar

perfectamente protegidas de presiones verticales excesivas, que lleguen a producir

deformaciones permanentes. El proceso se indica en la figura siguiente:

Para evitar las deformaciones excesivas, los materiales son seleccionados para cada capa as:

Superficie de rodadura: base granular y subbase con un buen CBR, limites, etc. Para cada uno

de los materiales se deben conocer los mdulos de resilencia.

Utilizando el baco de la figura 7-1 se pueden encontrar los nmeros estructurales requeridos

para proteger cada capa no tratada, reemplazando el mdulo de resilencia de la capa superior

por el mdulo de resilencia de la capa que esta inmediatamente abajo, as, para determinar el

espesor D1 de la capa asfltica s supone un Mr igual al de la base y as se obtiene el SN1, que

debe ser absorbido por dicha capa. El espesor de D1 debe ser:

1 1

*

1 1 1

* *

1 1 1 1

* *

1 2 2

/ (valor minimo requerido para la capa asfaltica) (7-2)

/ (valor real que debe ser usado)

*

D SN a

D SN a

SN a D SN

SN SN SN

D, a, m y SN estn definidos en el texto y son valores mnimos requeridos

El asterisco * en D o SN indica y representa el valor actualmente usado, que debe ser

igual o mayor al requerido

*

1

* *

1 1 1

se adopta un espesor D ligeramente mayor y el numero estructural

absorbido por esta capa es:

*SN a D

Para determinar el espesor mnimo de la base, se entra al baco con el Mr de la subbase y

entonces se obtiene el SN2, a ser absorbido por el concreto asfaltico y la base as:

* *2 2 1 2 2/ *D SN SN a m

Se adopta un espesor ligeramente mayor, D2*, y el ltimo nmero estructural absorbido ser:

* *2 2 2 2* *SN a m D

Por ultimo para la subbase, se entra con el Mr correspondiente a la Subrasante y se obtiene

SN3=SN para todo el paquete estructural calculado o sea la capa asfltica, base y subbase. En

este caso el espesor es:

* *

1 2*

3 3

3 3*

SN SND SN

a m

Se adopta un espesor ligeramente mayor que D3* y se obtiene el numero estructural absorbido

por la subbase.

* *

3 3 3 3

* * *

1 2 3

* *

como verificacion tenemos:

SN a m D

SN SN SN SN

Con el resultado que se obtiene en la formula anterior de que el numero estructural total debe

ser como mnimo igual o mayor a la suma de los nmeros estructurales de cada capa, el criterio

es que cada capa del paquete estructural queda protegida de los esfuerzos a los cuales va estar

sometida.

Este procedimiento no es aplicable para determinar espesores de capas que estn sobre otras

que tengan un mdulo de resilencia mayor de 280 Mpa (40,000 psi), en estos casos, el espesor

de la capa colocada sobre otra que tenga estas caractersticas, deber ser definida por el costo-

eficiencia de la misma o utilizar espesores mnimos desde el punto de vista constructivo, esto

quiere decir que como la capa se abajo tienen mdulo de resilencia alto. La capa que se coloque

encima de ella deber tener como mnimo un mdulo de resilencia igual o mayor, y se decidir

si es necesario colocarla o se utiliza el mnimo especificado.