Diseño de Sobrecapas de Asfalto.docx

FACUL ACULT TAD DE D E INGENI I NGENIERIA ERIA,, ARQUITECTUR ARQUIT ECTURA AY UBBANISMO

DISEÑO Y REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS DISEÑO DE SOBRECAPAS DE ASFALTO”

“

CICLO VI INFORME ELABORADO POR LOS INTEGRANTES: SEGOVIA RODAS, Yessica SUXE SOTO, Jhon Yarli

DOCENTE ING. RUIZ SAAVEDRA, Nepton David.

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Índice 1. DISEÑO DE SOBRECAPAS ........................... .............. .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 2 1.1. TIPOS DE SOBRECAPAS SOBRECAPAS .......................... ....................................... ........................... ........................... ......................... ............ 4 1.1.1. Sobrecapas de HMA sobre pavimentos de asfalto ..................... ........... .......... 4 1.1.2. Sobrecapas de HMA sobre pavimentos de PCC ...................... ........... ............... .... 5 1.1.3. sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto ..................... .......... ................ ..... 10 1.1.4. Sobrecapa de PCC en pavimentos de PCC ...................... ........... .................... ......... 11 2. APLICACIONES DE LAS SOBRECAPAS .......................... ............. ........................... ........................... ................. .... 12 2.1. ENFOQUES PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS SOBRECAPAS ......................... ............................. .... 12 2.1.1. ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL ......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... .......................... ..................... ........ 12 3. PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LA SOBRECAPA: ..................... ............ ......... 13 3.1. PRIMER MÉTODO - DISEÑO DISEÑO AASHTO: AASHTO: ......................... ....................................... ........................... ............... 13 3.1.1. Pasos Para Determinar El Espesor De La Sobrecapa. ................. ........... ...... 13 3.2. SEGUNDO MÉTODO –  Diseño  Diseño THE ASPHALT INSTITUTE I NSTITUTE (El Instituto del Asalto) .......................... ........................................ ........................... .......................... ........................... ........................... ........................... ..................... ....... 16 3.2.1. FACTORES BÁSICOS PARA EL ESTUDIO DE REFUERZOS REFUERZOS ................. ................. 16 3.2.2. FACTORES DE DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIE NTO DE UNA REHABILITACIÓN REHABILITACI ÓN ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL ......................... ....................................... ........................... ........................... ........................... .......................... ..................... ........ 18 3.2.3. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO DE DEFLEXIÓNES ........................... ........................................ ....................... .......... 19 3.2.4. PASOS PARA DETERMINAR DETERMINAR EL ESPESOR ESPESOR DE LA SOBRECAPA: SOBRECAPA: ....... 19 3.2.5. Determinación Determinación del espesor: espesor:........................... ........................................ .......................... ..................... ........ 21 3.2.6. PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO DEL ESPESOR EFECTIVO .......................... ...................................... ............ 22 4. COMPROBACION DE LA ESTRUCTURA DISEÑADA .......................... ............. ........................ ........... 25 4.1. Criterios de comportamiento comportamiento .......................... ....................................... ........................... .......................... ............ 25 4.2. Parámetros Parámetros de diseño ......................... ...................................... .......................... ........................... .......................... ............ 26 4.3. Deformaciones Deformaciones admisibles.................. admisibles............................... .......................... ........................... .......................... ............ 26 4.4. Metodología Metodología ......................... ....................................... ........................... .......................... .......................... ........................... ................ 26 5. EJEMPLOS.......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ........................ ........... 27 5.1. Enfoque a partir de la deficiencia deficiencia estructural(AAS estructural(AASHTO) HTO) ................... ................... 27 5.2. Enfoque de la deficiencia deficiencia estructural estructural (Instituto (Instituto del del Asfalto) ............. ............. 32

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1. DISEÑO DE SOBRECAPAS Una sobrecapa de refuerzo se define como un tipo de rehabilitación estructural que permitirá al pavimento antiguo recuperar la capacidad estructural perdida por los años de servicio, o en todo caso mejorar la capacidad inicial de diseño.

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• • • • • •

• • • •

serviciabilidad inicial (P1) serviciabilidad mínimo (P2) número de aplicaciones de carga (N) número de cargas actuales (NP) número de cargas que producen la rotura del pavimento (N1.5) tránsito futuro esperado (Nf)

Capacidad estructural original (SCo) capacidad estructural efectiva(SCeff) Capacidad estructural del refuerzo (SCoL) capacidad estructural requerida (SCf)

 Serviciabilidad  Serviciabilidad del tránsito tránsito vs N de aplicaciones aplicaciones de carga. DISEÑO Y REHABILITACIÓN REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS - DISEÑO DE SOBRE CAPAS DE ASFALTO

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Variación de la capacidad estructural de un pavimento en el tiempo El refuerzo debe ser capaz de brindar al pavimento reforzado resistencia (capacidad para soportar la acción del tráfico) y durabilidad (capacidad para resistir la acción del medio ambiente), durante el período para el cuál ha sido diseñado. Todo esto, en condiciones de vialidad adecuados y con gastos de conservación (mantenimiento) normales para el tipo de carretera que se esté rehabilitando. 

3

En la concepción de un refuerzo intervienen fundamentalmente los siguientes factores: a) Factores internos • El estado superficial del pavimento que se pretende reforzar. • La estructura del pavimento existente, naturaleza y estado de

cada una de sus capas componentes. • El tipo de material a emplear en el refuerzo.

b) Factores externos • Disponibilidad de fondos adecuados para realizar el refuerzo. • Disponibilidad de materiales y equipos. • Como se manejará el tránsito de la vía durante la ejecución de las

obras de refuerzo y el costo de la demora del usuario. • Problemas constructivos como: ruido, contaminación, instalaciones

subterráneas, etc. • El estado del sistema de drenaje de la carretera antes del refuerzo

y posibilidades de mejora del mismo. • Cargas de tránsito futuras. • Clima local.

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1.1.TIPOS 1.1. TIPOS DE SOBRECAPAS A medida que la edad de los pavimentos transcurre estos se deterioran y finalmente se requiere algún tipo de tratamiento para proporcionar un servicio seguro y útil para los usuarios. Los cuatro tipos de sobrecapas son: 

Sobrecapas de HMA en pavimentos de asfalto



Sobrecapas de HMA en pavimentos de PCC



Sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto



Sobrecapas de PCC en pavimentos de PCC.

1.1.1. Sobrecapas de HMA sobre pavimentos de asfalto La sobrecapa de HMA es el tipo predominante de repavimentación en pavimentos de asfalto. Si el pavimento existente está debidamente reparado antes de poner la sobrecapa, normalmente se puede lograr un diseño satisfactorio. Los tipos de materiales utilizados en el pavimento existente y la superposición flexible permiten el uso de los programas de capa elástica para ser aplicado en el diseño. -

Se utiliza para corregir deficiencias superficiales del pavimentorelacionadas con la comodidad de circulación y la resistencia al deslizamiento-y para incrementar su capacidad estructural

-

El tipo más común de sobrecapa es el elaborado con mezclas asfálticas en caliente, preparadas con asfalto convencional o modificado

-

El espesor del refuerzo varía entre 25mm y 200mm

-

La vida útil depende del estado del pavimento por reforzar, del tipo de mezcla utilizada y del espesor colocado

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1.1.2. Sobrecapas de HMA sobre pavimentos de PCC Aunque las sobrecapas de HMA se han utilizado ampliamente en pavimentos de PCC, este tipo de superposición es la más difícil de analizar mecánicamente mecánicamen te porque se trata de dos tipos de materiales diferentes. Teóricamente, los programas de elementos finitos pueden utilizarse considerando el HMA como la capa superior y el PCC como la capa inferior. Sin embargo, con grietas en las losas de hormigón existentes, es difícil modelar la losa inferior. Este tipo de sobrecapa también puede ser analizado por un programa de capa elástica, si se conocen los factores de ajuste de tensión para cargas de borde y esquina.  

Su función puede ser mejorar el confort y las propiedades de fricción o incrementar la capacidad estructural del pavimento. Para retardar el reflejo prematuro de grietas y juntas, la sobrecapa se suele complementar con algunas medidas previas de protección: o o o

Geosintéticos Membrana adsorbentes de esfuerzos (SAMI) Capas de alivio del reflejo de grietas

1.1.2.1. Geosinteticos Materiales sintéticos tejidos o no tejidos. Proporcionan restricciones que ayudan a resistir la reflexión de grietas y  juntas. Son más efectivos si los movimientos en las juntas y grietas son pequeños.

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Geotextil

1.1.2.1.1.

Geomalla

GEOTEXTIL Colocación sobre las juntas

1.1.2.2. CAPAS DE ALIVIO DEL REFLEJO DE GRIETAS 



Son mezclas asfálticas de granulometría muy abierta, elaboradas en caliente, cuyo objetivo es retrasar el reflejo de las grietas debido a su elevada proporción de vacíos con aire. El tamaño máximo del agregado varía entre 37 mm y 76 mm y el espesor de la capa compactada no debe ser inferior a 90 mm.

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EMPLEO DE GEOTEXTIL COMO SISTEMA DE PREVENCIÓN DEL REFLEJO DE FISURAS

EMPLEO DE GEOTEXTIL COMO SISTEMA DE PREVENCIÓN DEL REFLEJO DE FISURA

Riego de emulsión y colación de geotextil

Extensión y compactación de la mezcla

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Mezcla colocada

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1.1.2.3. MEMBRANA ABSORBENTE DE ESFUERZOS SAMI (Stress absorbing membrane interlaver) 

Capa del tipo microaglomerado en frio o tratamiento superficial elaborado con asfalto modificado con polímeros o con caucho sobre la cual se coloca una sobre capa.



Sus características características de flexibilidad, cohesión, elasticidad y susceptibilidad térmica le permiten soportar, sin figuración prematura, las tensiones que llegan de las juntas o de las grietas de las capas inferiores.

MEMBRANAS ABSORBENTES DE ESFUERZOS

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SOBRECAPAS ASFALTICAS SOBRE LOSAS ESTRUCTURALES 



La fractura mecánica de losas se realiza para: Intentar mitigar el reflejo de grietas en la sobrecapa Prescindir de la ejecución de reparaciones reparaciones localizadas de losas l osas con elevado nivel de deterioro Existen dos técnicas de facturación de losas:

Fragmentación y asiento (breaking & seating). Que consiste en la rotura de las losas en piezas de 300 a 900 mm de lado y su posterior asentamiento con un rodillo pesado pulverización - Mircrofragmentación (rubblizing). Que consiste en la pulverización de la losa en piezas de no más de 150 mm de lado. -

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1.1.3. Sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto El uso de sobrecapas de PCC en pavimentos de asfalto es algo raro. Sin embargo, se han utilizado con éxito en los Estados Unidos y otros países. El procedimiento de diseño es similar a la de nuevos pavimentos ya que utiliza el pavimento pavimento existente como base. Para evitar la reflexión de grietas, todas las grietas de alta gravedad en el pavimento de asfalto existente deben ser reparado y sellado. Su finalidad es incrementar la capacidad estructural del pavimento

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1.1.4. Sobrecapa de PCC en pavimentos de PCC 

Una sobrecapa de concreto sobre un pavimento rigido se construye para: (i) mejorar la condición funcional (ii) incrementar la capacidad estructural del pavimento

1.1.4.1. SOBRE CAPA DE CONCRETO NO ADHERIDA 11  



 



Su función es mejorar la capacidad estructural Es una alternativa atractiva donde la duración de una reconstrucción sea un asunto de presión pública (por ejemplo, una vía con muy alto volumen de transito) El concreto asfaltico es el material preferido como capa de separación, aunque se han empleado otros con éxito variado: gravas permeables tratadas con asfalto, arenas asfalto y bases granulares. Se requiere una preparación mínimas o nula del pavimento existente Se considera que un pavimento de concreto simple con juntas requiere mejoramiento estructural cuando 10% o más de las losas del carril exterior presentan grietas estructurales El enfoque que más se utiliza para el diseño de la sobrecapa es el que parte del concepto de la deficiencia estructural (AASHTO).

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2. APLICACIONES DE LAS SOBRECAPAS Se pueden construir con un fin funcional, para mejorar la fricción superficial y la comodidad del usuario, caso en el cual la sobrecapa es delgada y su espesor no se define con base en procedimientos de diseño. Se pueden construir para acondicionar la capacidad estructural del pavimento a la intensidad del tránsito futuro, caso en el cual su espesor es mayor y se obtiene como resultado de un diseño. Una sobrecapa construida con esta misión también corrige las deficiencias de tipo funcional.

2.1.ENFOQUES 2.1. ENFOQUES PARA EL DISEÑO DE LAS SOBRECAPAS   

A partir del concepto de la l a deficiencia estructural estructural (AASHTO) A partir de las medidas de deflexión (The Asphalt Institute) Procedimiento empírico  –   mecanístico (Washington DOT, Instituto Nacional de Vías)

2.1.1. ENFOQUE A PARTIR DEL CONCEPTO DE LA DEFICIENCIA ESTRUCTURAL 

CONCEPTO: La sobre capa debe satisfacer la deficiencia entre la capacidad estructural requerida para soportar el tránsito futuro (SCf) y la capacidad estructural del pavimento existente (SCeff).

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Serviciabilidad inicial (P1) número de aplicaciones de carga(N) Serviciabilidad mínimo (P2) número de cargas actuales (NP) número de cargas que producen la rotura del pavimento (N1.5) Capacidad estructural original (SCo) capacidad estructural efectiva(SCef) tránsito futuro esperado (Nf) capacidad estructural requerida (SCf) Capacidad estructural del refuerzo (SCol)

3. PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LA SOBRECAPA: 3.1.PRIMER 3.1. PRIMER MÉTODO - DISEÑO AASHTO: 3.1.1. Pasos Para Determinar El Espesor De La Sobrecapa. a) Análisis de Transito. Las cargas de los vehículos 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 tráfico es uno de los parámetros más importantes para el diseño de pavimentos. Para obtener este dato es necesario determinar el número de repeticiones de cada tipo de eje durante el periodo de diseño, a partir de un tráfico inicial medido en el campo a través de aforos. El número y composición de los ejes se determina a partir de la siguiente información:  Periodo de diseño. 

Distribución de ejes solicitantes en cada rango de cargas.



Tránsito medio diario anual de todos los vehículos TMDA o TPDA.



Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehículo.



Sentido del tráfico.

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Número de carriles por sentido de tráfico.



Porcentaje del tránsito sobre el carril más solicitado.



Índice de serviciabilidad. serviciabilidad.



Factores de equivalencia de carga.

b) Determinación del numero estructural requerido para soportar el transito futuro (SNf). Empleando la formula AASHTO para el diseño de pavimentos nuevos, con el módulo de la subrasante obtenido en ensayos de laborat l aboratorio orio o por retrocálculo El número estructural para el tráfico futuro se determina con el mismo procedimiento que para un firme nuevo, es decir, calculando el número de ejes de 80 kN estimado para la vida de proyecto (10 o 20 años normalmente) y estableciendo los niveles de servicio inicial (normalmente 4.2) y final (normalmente 2.5) del firme que se pretende reforzar.

c) Determinación del Número estructural del Pavimento existente (SNeff). Hay tres métodos: 

Se estima en función del espesor y del módulo efectivo de la estructura del pavimento. Este último es función de la deflexión máxima, del módulo de la subrasante insitu, del espesor del pavimento y del radio del palto de carga.



Se estima asignando coeficientes estructurales a las capas del pavimento existente de acuerdo con su condición.



Se estima mediante el concepto de vida residual.

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d) Determinación del Espesor de la Sobrecapa E sobrecapa= (SNf  –  SNeff)  SNeff) / a1 Donde: SNf: numero estructural requerido para soportar el transito futuro SNeff: Numero estructural del Pavimento existente a1: coeficiente estructural del material del refuerzo

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3.2.SEGUNDO 3.2. SEGUNDO MÉTODO  –  Diseño  Diseño THE ASPHALT INSTITUTE (El Instituto del Asalto) Una sobrecapa de refuerzo se define como un tipo de rehabilitación estructural que permitirá al pavimento antiguo recobrar parte de su capacidad estructural perdida por los años de servicio. Lo que se pretende con las sobrecapas de refuerzo es rediseñar el paquete estructural del pavimento. Es decir por ejemplo si en un principio el pavimento fue diseñado para un paquete estructural de espesor total h0, al pasar los años este espesor se reduce a un espesor h1, menor que h0. Aprovechando el remanente de capacidad estructural que aún le queda al pavimento, en este caso h0  –  h1,   h1, sé rediseña el paquete estructural para recuperar la capacidad perdida o en muchos casos mejorar la capacidad inicial de diseño.

El Instituto del Asfalto ha desarrollado dos métodos de diseño: • Procedimiento de deflexiones: Este método está basado en el

estudio de las deflexiones del pavimento, instrumentos instrumentos especiales como la viga Benkelman.

medidas

con

• Procedimiento del espesor efectivo: Este método está basado en

el estudio de cada una de las capas componentes del pavimento, convirtiendo cada capa a un espesor efectivo según el estado en que se encuentre.

3.2.1. FACTORES BÁSICOS PARA EL ESTUDIO DE REFUERZOS El refuerzo se concibe de una forma tal que permita al pavimento reforzado resistir la acción del tránsito durante el periodo para el que ha sido diseñado, en condiciones de vialidad adecuados y con gastos de conservación normales para el tipo de carretera que sé este rehabilitando. En la concepción de un refuerzo (estructura del mismo, tipos de materiales a emplear), intervienen fundamentalmente los siguientes factores: •

El estado superficial del pavimento que se pretende reforzar.

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La estructura del pavimento existente, naturaleza y estado de cada una de sus capas componentes.

•

El estado del sistema de drenaje de la carretera antes del refuerzo y posibilidades de mejora del mismo.

•

La capacidad resistente del pavimento existente, está puede

ser

determinada

mediante

la

medida

de

deflexiones. •

Tipo de tránsito que soporta actualmente la vía a rehabilitar.

•

El tipo de material a emplear en el refuerzo.

•

Si se pretende realizar ensanches, es necesario conocer el procedimiento constructivo y la estructura del pavimento en las bandas de ensanche.

•

Como se manejara el tránsito de la vía durante la ejecución de las obras de refuerzo

•

Características de las bermas laterales.

Como se puede notar en este resumen de factores que deben tomarse en cuenta al momento de diseñar un refuerzo, se incluyen factores propios de la estructura del pavimento, y factores externos como el drenaje que tienen por finalidad corregir deficiencias en el diseño original.

ESTUDIOS PRELIMINARES El procedimiento generalmente utilizado para cuantificar la capacidad resistente del pavimento es la medida de deflexiones. Como etapa previa a la medida de las deflexiones es importante dividir la carretera a reforzar en tramos, esto permitirá identificar zonas singulares a las que puede dársele un tratamiento especial. Entre los principales criterios a tener en cuenta para realizar una tramificación se pueden mencionar: •

Variaciones sensibles en las solicitaciones de tránsito pesado (causadas, (causadas, por ejemplo, por la existencia de intersecciones). intersecciones).

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• • •

• •

Variaciones en las condiciones climáticas, que pueden influir sensiblemente en la temperatura del pavimento y en el grado de humedad de la subrasante. Cambios importantes en el tipo de suelo de la subrasante. Cambios importantes en la sección transversal. Cambios importantes en el tipo o espesor del pavimento existente o algunas de sus capas. Variación en el estado del pavimento. Variación de las condiciones de drenaje. 18

Está trámificación previa es de gran importancia sobre todo en proyectos de gran longitud y en aquellos en que, por falta de tiempo o de medios, no sea posible efectuar la medida de la deflexión en toda la longitud a reforzar, puesto que permite seleccionar secciones representativas de cada uno de los tramos cuyo comportamiento sea previsiblemente distinto.

3.2.2. FACTORES DE DIMENSIONAMIENTO DE UNA REHABILITACIÓN ESTRUCTURAL Los factores básicos a tener en cuenta en el dimensionamiento de un refuerzo son los siguientes: a) Análisis del tránsito Este factor es el más importante, por lo que debe reflejar correctamente el tipo de tráfico que recibirá la vía a reforzar durante su nuevo periodo de diseño. b) Tipo de pavimento existente Dependiendo del tipo de pavimento pueden existir combinaciones en el tipo de material que se utilizara en la sobrecapa de refuerzo. c) Estudio de deflexiones La deflexión es el valor del desplazamiento producido en la superficie del pavimento al aplicarle una carga normalizada. En el Perú no existe una norma al respecto. Este es el parámetro que indicará en qué estado se encuentra el pavimento. Depende de una serie de factores entre los que se pueden destacar: el tipo de pavimento, el estado del pavimento, la temperatura del pavimento, el equipo de medida. Los valores de la deflexión generalmente se expresan en centésimas o milésimas de milímetro.

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d) Materiales El material usado en la sobrecapa podrá ser del mismo tipo del pavimento antiguo o mejorarlo, esto dependerá del análisis sobre el comportamiento que ha tenido el material,del pavimento antiguo.

3.2.3. PROCEDIMIENTO DE DEFLEXIÓNES La sobre capa reduce la deflexión inducida por la carga en el pavimento, hasta un nivel adecuado asociado con la vida prevista para el pavimento reforzado.

3.2.4. PASOS PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LA SOBRECAPA: 3.2.4.1.

Análisis de tránsito:



Ejes equivalentes durante el período de diseño del refuerzo y, si es posible, los soportados por la estructura estructura actual. Periodo de diseño.



Distribución de ejes solicitantes en cada rango



de cargas. 

Tránsito medio diario anual de todos los vehículos TMDAo TPDA.



Tasas de crecimiento anuales de cada tipo de vehículo.



Sentido del tráfico.



Número de carriles por sentido de tráfico.

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Porcentaje del tránsito sobre el carril más solicitado.



Índice de serviciabilidad. serviciabilidad.



Factores de equivalencia de carga.

3.2.4.2. Auscultación deflectométrica: Medida de deflexiones Benkelman. 20

Si se emplea otro equipo, se deben aplicar correlaciones para estimar las deflexiones Benkelman.

Empleo de la viga Benkelman

3.2.4.3. Cálculo de la deflexión característica: La vía se divide en sectores homogéneos a partir de la condición del pavimento, la resistencia de la subrasante, las condiciones de drenaje y la homogeneidad de las deflexiones. Se calcula la deflexión característica como la suma de la deflexión promedio (Dp) del sector más "n" veces la desviación estándar (s), dependiendo "n" de la confiabilidad deseada deseada en el diseño (Dc = Dp +n*s). Las deflexiones se deben corregir por efecto de la temperatura en el momento del ensayo y la temporada climática (Ft, Fc) DISEÑO Y REHABILITACIÓN REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS - DISEÑO DE SOBRE CAPAS DE ASFALTO

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3.2.5. Determinación del espesor: Verifique la necesidad de la sobrecapa de refuerzo de acuerdo con esta esta metodología. • Deflexión Característica > Deflexión Admisible.

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3.2.6. PROCEDIMIENTO DEL ESPESOR EFECTIVO 3.2.6.1. ANALISIS DE LA SUBRASANTE Para diseñar el espesor de una sobrecapa usando el método del espesor efectivo, es necesario conocer las propiedades de la subrasante. Aun cuando se disponga de los registros de los diseños originales, es recomendable efectuar algunas pruebas de carácter limitado, para asegurar al Ingeniero de diseño que no ha habido ningún cambio en las condiciones del suelo durante la vida de la vialidad existente. Cuando no se disponga de los datos de diseño originales, deberá establecerse la resistencia del suelo de la subrasante. Por este motivo, uno de los primeros pasos en el procedimiento del espesor efectivo es recolectar especímenes de suelo para verificar o determinar los valores de resistencia sobre el cual basar el diseño del espesor total requerido. Se deberá seleccionar especímenes aleatoriamente por cada tipo de suelo encontrado. Las muestras del suelo de subrasante son ensayadas en el laboratorio para determinar sus valores de resistencia.

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3.2.6.2.

ANALISIS DEL TRANSITO

3.2.6.3. ESPESOR EFECTIVO DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTOEXISTENTE El Instituto del Asfalto presentan dos métodos para determinar el espesor efectivo, Te, de las capas de un pavimento existente. Factor de equivalencia: •

Cantidad por la cual debe multiplicarse el espesor de un material para obtener un espesor de capa de concreto asfáltico teóricamente equivalente.

•

Sin embargo, la resistencia de un material en la estructura de pavimento no es absoluta sino que depende de los espesores y materiales sobre los cuales se encuentra apoyado.

•

Los valores indicados se basan en un análisis subjetivo, la experiencia enseña que son razonables y útiles para el diseño de la sobrecapa. sobrecapa.

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Espesor de la sobrecapa de refuerzo de concreto asfáltico. To=Tn =Tn –  Te  Te Donde:

To: Espesor de la sobrecapa necesaria. Tn: Espesor de un pavimento nuevo, tipo full Depth, para el tránsito y las condiciones condi ciones de la subrasante de diseño Te: Espesor efectivo de la estructura de pavimento existente. 25

4. COMPROBACION DE LA ESTRUCTURA DISEÑADA Luego de emplear las diferentes metodologías para el diseño de la estructura se realiza la comprobación con las leyes de fatiga verificando que las deformaciones admisibles de tracción en la fibra inferior de las capas asfálticas y la de compresión en la subrasante no superen los valores aceptables Para la realización del modelo se utilizará con un programa computacional, con el objetivo de obtener los valores de deformación a tracción debajo de la carpeta asfáltica y compresión en la subrasante

4.1.Criterios 4.1. Criterios de comportamiento  Deformación horizontal de tracción en la fibra inferior de la capa



asfáltica (εT), si el valor de está deformación supera el valor admisible, se

producirá agrietamient agrietamiento o de la carpeta asfáltica 

Deformación vertical por compresión en la subrasante (εZ), si el valor de

esta deformación supera el valor admisible se producirá una deformación permanente en la subrasante y por consiguiente del pavimento. DISEÑO Y REHABILITACIÓN REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS - DISEÑO DE SOBRE CAPAS DE ASFALTO

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4.2.Parámetros 4.2. Parámetros de diseño Ejes equivalentes durante el periodo de diseño Módulo de resiliencia Módulo de la capa asfáltica   

4.3.Deformaciones 4.3. Deformaciones admisibles Deformación horizontal de tracción 

26

Donde: εr adm:Deformación admisible

E1:Modulo dinámico de la mezcla asfáltica N: Ejes equivalentes de 8.2 tn K: Coeficiente de Calage(k=10) Vb: Porcentaje en volumen del asfalto en la mezcla 

Deformación Deformación vertical por compresión

4.4.Metodología 4.4. Metodología Propiedades de los materiales del pavimento existente y del refuerzo

Asumir espesor de sobre capa

Estudio de transito

Calcular los parámetros admisibles(εT,εZ)

Analizar la estructura(εT,εZ)

Admisibles >= Reales Aumentar espesor de sobrecapa

NO

SI

Espesor de sobre capa correcto

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5. EJEMPLOS 5.1.Enfoque 5.1. Enfoque a partir de la deficiencia estructural(AASHTO) a) ANALISIS DE TRANSITO: TRAFICO EQUIVALENTE N=1000000 N=1000000 b) Determinación del numero estructural requerido a futuro (SNf): Se utiliza la fórmula de AASHTO 1993 para pavimentos flexibles nuevos 27

Donde: W18: Trafico equivalente ZR: Factor de desviación normal para un nivel de confiabilidad R S0: Desviación estándar SN: Numero estructural MR: Modulo de resiliencia efectivo ΔPSI: Diferencia entre los índices de servicio inicial y final

c) DATOS: Trafico equivalente Confiabilidad Desviación estándar Índice de servicio inicial Índice de servicio final Módulo de Resiliencia Numero estructural

1000000 50% 0.49 4.5 2.5 2188 SNf

d) Nivel de confianza

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e) Desviación estándar y desviación normal La esquematización del comportamiento real del pavimento y la curva de diseño propuesta por la AASHTO tienen la misma forma, pero no coinciden. La falta de coincidencia se debe a los errores asociados a la ecuación de comportamiento propuesta y a la dispersión de la información utilizada en el dimensionamiento del pavimento. Por esta razón la AASHTO adoptó un enfoque regresional para ajustar estas dos curvas. De esta forma los errores se representan mediante una desviación estándar So, para compatibilizar los dos comportamientos. El factor de ajuste entre las dos curvas se define como el producto de la desviación normal ZR, por la desviación estándar So.

El rango de desviación estándar sugerido por AASHTO se encuentra entre los siguientes valores: 0,40 ≤ So ≥ 0,50 (So = desviación

estándar) f) Indice de servicialidad Se define el Índice de Serviciabilidad como la condición necesaria de un pavimento para proveer a los usuarios un manejo seguro y confortable en un determinado momento.

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El índice de servicio final pt representa al índice más bajo capaz de ser tolerado por el pavimento, antes de que sea imprescindible su rehabilitación mediante un refuerzo o una reconstrucción. El valor asumido depende de la importancia de la carretera y del criterio del proyectista, se sugiere para carreteras de mayor tránsito un valor de pt ≥ 2,5 y para carreteras de menor tránsito pt = 2,0.

Actualmente, una evaluación más objetiva de este índice se realiza mediante una ecuación matemática basada en la inventariación de fallas del pavimento: 29

Donde: SV: Cf: P: RD:

Variación de las cotas de la rasante en sentido longitudinal longitudi nal en relación a la rasante inicial (Rugosidad en sentido longitudinal). Suma de las áreas fisuradas en pies2 y de las grietas longitudinales y transversales en pies lineales, por cada 1000 pies2 de pavimento. Área bacheada en pies2 por cada 1000 pies2 de pavimento. Profundidad Profundidad media media de ahuellamiento ahuellamiento en pulgadas. Mide la rugosidad transversal

g) Módulo de Resiliencia El cual está definido como el esfuerzo desviador repetido aplicado en compresión triaxial entre la deformació deformación n axial recupera recuperable. ble. Durante el año se presentan variaciones en el contenido de humedad de la subrasante, las cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo, para evaluar esta situación es necesario establecer los cambios que produce la humedad en el módulo resiliente Se puede determinar de las siguientes maneras:



se determinará el valor uf para cada módulo resiliente dependiendo



del tiempo y se promediará y determinará un módulo resiliente para el uf promedio obtenido Relación con CBR:

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h) Numero estructural: 4.25 i) DETERMINACIÓN DEL NUMERO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE (SNeff) Se puede emplear dos enfoques: 

En función del espesor y modulo efectivo del pavimento

H: Ep:

espesor de la capa existente del pavimento Modulo efectivo del pavimento

Como datos tendríamos : 3” de capa asfaltica, 12” de capas granulares Ep= 95200psi SNeff=2.87 

Asignando coeficientes estructurales a las capas del pavimento.

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El pavimento estaría compuesto de: 3” de capa asfáltica con poco agrietamiento piel de cocodrilo de severidad baja (a1=0.4 ) y 12” de capa granular con evidencia de contaminación (a2=0.1) Se determina el número estructural de la siguiente manera: SNeff=2.4  j) Determinación de espesor de sobrecapa 31

( − ) 1

Donde: a1: coeficiente estructural del material de refuerzo el cual se obtiene mediante el siguiente ábaco, como dato a1=0.44

 

Espesor de sobrecapa = (4.25-2.87)/0.44=3.14”;7.8cm (4.25-2.4)/0.44=4.2”; 10.5cm

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5.2.Enfoque 5.2. Enfoque de la deficiencia estructural (Instituto del Asfalto) a) ANALISIS DE TRANSITO: N=870000 b) DETERMINACION DEL ESPESOR REQUERIDO Se emplea la gráfica siguiente teniendo como datos Mr=12000psi y el N= 870000

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Espesor obtenido = 7.7”

c) DETERMINACION DEL ESPESOR EFECTIVO DEL PAVIMENTO EXISTENTE

Se emplea los siguientes valores de conversión:

Datos: capa asfáltica= 3” con agrietamiento a grietamiento (0.5) Capa granulares=8” en condición aceptable (0.2) Espesor efectivo= (3x0.5)+(8x0.2)=3.1”

d) ESPESOR DE SOBRECAPA

Se determina como la diferencia del espesor requerido menos el espesor efectivo Sobrecapa= 7.7”-3.1”=4.6” DISEÑO Y REHABILITACIÓN REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS - DISEÑO DE SOBRE CAPAS DE ASFALTO