Pav. Aashto 93 Eduar

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL TEMA: Diseño de Pavimentos

CURSO: Diseño Moderno de Pavimentos.

ALUMNO: Díaz Astochado, Eduar.

PROFESOR: Ing. Javier Oliver Mendoza Rivera.

CICLO: IX Noveno.

2012

TRABAJO FINAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS P AVIMENTOS MODERNOS 1. PAVIMENTOS FLEXIBLES: FLEXIBLES: a. Efectuar diseños equivalentes equivalentes de pavimentos pavimentos a 25 Años para una carretera utilizando el método mecanistico. Utilizar el método AASHTO 93 para el pre-diseño. CBR sub rasante CBR base CBR sub base

= = =

A% 100% 40%

Verificar el diseño con método mecanistico mecanisti co utilizando criterios de falla.

GRUPO ESAL CBR de la Sub rasante Zona

06 4.8 x 10 12 % Sierra

El alumno deberá sustentar y referenciar los parámetros que utilice en los diseños. La respuesta es la elección de la estructura de pavimento recomendada debidamente sustentada. b. Realice con los mismos datos asumiendo asumiendo profundidades profundidades de rigidez rigidez el diseño de pavimentos rígidos y haga un análisis comparativo con el pavimento flexible diseñado. c. Realice un análisis de sensibilidad sensibilidad a su diseño asumiendo asumiendo una incertidumbre de +/- 25% en la predicción del ESAL. Y +/- 25% del CBR de la Sub Rasante. d. Evalué como varía el el espesor de la base base granular calculado calculado para diferentes valores de CBR de la Sub Rasante, a partir de que valores de CBR no es incidente el aumento del espesor, haga una gráfica para 15, 20, 25 años de periodo de diseño. e. Según su análisis obtenido, obtenido, graficar y diseñar una sección sección típica de su pavimento f.

Ahora que tiene su su diseño de pavimento, pavimento, que otros factores deberá tomar en cuenta antes de preparar el Expediente Técnico para la ejecución de obra.

TRABAJO FINAL DE DISEÑO DE PAVIMENTOS P AVIMENTOS MODERNOS 1. PAVIMENTOS FLEXIBLES: FLEXIBLES: a. Efectuar diseños equivalentes equivalentes de pavimentos pavimentos a 25 Años para una carretera utilizando el método mecanistico. Utilizar el método AASHTO 93 para el pre-diseño. CBR sub rasante CBR base CBR sub base

= = =

A% 100% 40%

Verificar el diseño con método mecanistico mecanisti co utilizando criterios de falla.

GRUPO ESAL CBR de la Sub rasante Zona

06 4.8 x 10 12 % Sierra

El alumno deberá sustentar y referenciar los parámetros que utilice en los diseños. La respuesta es la elección de la estructura de pavimento recomendada debidamente sustentada. b. Realice con los mismos datos asumiendo asumiendo profundidades profundidades de rigidez rigidez el diseño de pavimentos rígidos y haga un análisis comparativo con el pavimento flexible diseñado. c. Realice un análisis de sensibilidad sensibilidad a su diseño asumiendo asumiendo una incertidumbre de +/- 25% en la predicción del ESAL. Y +/- 25% del CBR de la Sub Rasante. d. Evalué como varía el el espesor de la base base granular calculado calculado para diferentes valores de CBR de la Sub Rasante, a partir de que valores de CBR no es incidente el aumento del espesor, haga una gráfica para 15, 20, 25 años de periodo de diseño. e. Según su análisis obtenido, obtenido, graficar y diseñar una sección sección típica de su pavimento f.

Ahora que tiene su su diseño de pavimento, pavimento, que otros factores deberá tomar en cuenta antes de preparar el Expediente Técnico para la ejecución de obra.

RESPUESTA DE LA PREGUNTA 1 - a A. HALLANDO EL MODULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE SUBRASANTE

1. Parámetros de diseño – Modulo Resiliente Resiliente efectivo de la Sub Rasante:

Mr = 1500*CBR 1500*CBR (Suelos Finos Finos con CBR CBR < 10%) Aashto Mr = 4326*lnCBR + 241 (Suelos granulares) granulares) Aashto Mr= 1500*CBR ( Para CBR < 7.2% ) Venezuela Mr = 3000*CBR 0.65 ( Para CBR de 7.2% a 20% ) Sudáfrica 2. Por dato del ejercicio, tenemos:

CBR de la sub rasante: 12% Zona: Sierra

Entonces, utilizaremos la fórmula de la ecuación (II) Mr = 4326*lnCBR + 241 (Suelos granulares) granulares) Aashto Mr = 4326*ln(12) + 241 Mr = 10,990.71 PSI

También, utilizaremos la fórmula de la ecuación (IV) Mr= 3000*CBR0.65 (Para CBR de 7.2% a 20%) Sudáfrica Mr= 3000* 120.65 Mr = 15,086.52 PSI.

El Modulo Resiliente de la Sub Rasante es: 10,990.71 PSI.

….…I

.……II .……III .……IV

B. DISEÑO DE MODULO RESILIENTE PARA SUB RASANTE:

Entonces obtenemos:  Y. Good Soil. = Buen Suelo.

C. HALLANDO EL COEFICIENTE DE LA CAPAa1:





HMA (Mezcla Asfáltica Convencional) MR = 450,000 PSI. (como mínimo) Entonces, obtenemos el valor de

a1 = o.44 pulg.

D. HALLANDO EL COEFICIENTE DE LA CAPA a2:

 

CBR de la Base 100% Entonces, obtenemos :

a2 = o.14 pulg. MR = 30,000 PSI

E. HALLANDO EL COEFICIENTE DE LA CAPA a3:

 

CBR de la Sub Base 40% Entonces, obtenemos :

a3 = o.114pulg. MR = 17,000 PSI

F. PERIODO DE DISEÑO: 25 Años Condiciones de Carreteras Período de Análisis Vías urbanas con alto volumen 30 - 50 Vías rurales con alto volumen 20 - 50 Pavimentadas con bajo volumen 15 - 25 Superficie granular con bajo volumen 10 - 20 Como el periodo de diseño es de 25 años, entonces según la tabla se clasificaría como Vías rurales con alto volumen G. FACTOR DE CONFIABILIDAD (R): Valores de Confiabilidad recomendados por AASHTO 1993 Nivel Recomendado de Confiabilidad Clasificación Funcional Urbano Rural Autopistas 85 - 99,9 85 - 99,9  Arterias Principales 80 - 99 75 - 95 Colectoras 80 - 95 75 - 95 Locales 50 - 80 50 - 80 Como se clasifico la Vía Rural de Autopistas, entonces tomaremos el valor  de R = 96%

Valores de desviación estándar normal de acuerdo a la confiabilidad Desviación Estándar  Confiabilidad (R%) Normal (ZR) 50% - 0.000 60% - 0.253 70% - 0.524 75% - 0.674 80% - 0.842 85% - 1.036 90% - 1.282 91% - 1.341 92% - 1.405 93% - 1.476 94% - 1.555 95% - 1.645 96% - 1.751 97% - 1.881 98% - 2.054 99% - 2.326 99.9% - 3.090 99.99% - 3.719

Como R = 96%, obtenemos de la tabla ZR = -1,751

H. DESVIACION ESTADAR TOTAL (SO):  AASHTO recomienda adoptar para pavimento flexible valores entre (0.40  – 0.50); el MTC recomienda el valor de 0.45 I.

PÉRDIDA DE SERVICIABILIDAD (PSI): Pérdida de Serviciabilidad

Serviciabilidad Inicial (p 0) = 4.5 a 3.8 Serviciabilidad Final (pt)= 3.0, 2.5, 2.0

Se recomienda utilizar

p0 = 4.5

y

pt =2.5

PSI = p0 - pt PSI = 4.5 – 2.5

PSI = 2 J. COEFICIENTE DE DRENAJE(mi): CALIDAD DEL DRENAJE AGUA ELIMINADA EN Excelente 2 Horas Bueno 1 Día Regular 1 Semana Malo 1 Mes Muy malo Agua no drena 

Condición de Drenaje:

Estuvo saturado 2 días; entonces la calidad de drenaje es:

Bueno (2/7)*100% = 28.57% Coeficiente de Drenaje de bases y sub base granulares: % del tiempo que la estructura del pavimento está CALIDAD expuesta a niveles de humedad próximas a la DEL saturación. DRENAJE < 1% 1 - 5% 5 - 25% > 25% Excelente 1.40 - 1.35 1.35 - 1.30 1.30 - 1.20 1.20 Bueno 1.00 1.35 - 1.25 1.25 - 1.15 1.15 - 1.00 Regular 1.25 - 1.15 1.15 - 1.05 1.00 - 0.80 0.80 Malo 1.15 - 1.05 1.05 - 0.80 0.80 - 0.60 0.60 Muy malo 1.05 - 0.95 0.95 - 0.75 0.75 - 0.40 0.40 Entonces el coeficiente de drenaje, tanto para la Base y Sub Base es:

1.00

m2 = m3 = 1.00

K. ESPESORES MINIMOS (AASHTO 1993) Según el ESAL = 48,000,000 Obtengo los siguientes espesores :

ESAL, Trafico < 50,000 50,001 - 150,000 150,001 - 500,000 500,001 - 2, 000, 000 2,000,001 - 7, 000, 000 > 7,000,000

Concreto Asfaltico (Pulg) 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Base Granular  (Pulg) 4.0 4.0 4.0 6.0 6.0 6.0

L. RESUMEN DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO OBTENIDOS: VÍA RURAL CON ALTO VOLUMEN 4.8 x 107

ESAL (W 18)

96%

Confiabilidad (R%)

-1.751

Desviación Estándar Normal (Z R) Desviación Estándar Total (S 0)

0.45

Serviciabilidad Inicial (p 0)

4.5

Serviciabilidad Final (pt)

2.5

Pérdida de Serviciabilidad ( PSI)

2.0

CAPA

CBR (%)

Carpeta Asfáltica

Coeficiente Coeficiente MR (PSI)

de Capa

de drenaje

(ai)

(mi)

450,000

a1 = 0.44

Base

10

30,000

a2 = 0.14

m2 =1.00

Sub base

40

17,000

a3 = 0.12

m3 =1.00

Subrasante

12

10,990.71

La mejor opción sería la alternativa 2 En la siguiente tabla podemos comparar los espesores mínimos recomendados por el AASTHO 93 y ver el más económico y cumpla con las deformaciones y deflexiones del paquete estructural del pavimento flexible.

M. CONVERSION DE LOS MODULOS RESILIENTES DE PSI A KG/CM2 Módulo Resiliente Carpeta asfáltica

PSI Kg/cm2 450,000 31,645.57

Base Sub Base Sub Rasante

30,000 17,000 10,990.71

2,109.70 1,195.50 772.91

Verificando la Primera Alternativa



Falla por Fatiga: et = - 309x10-6 (Tracción) 



Falla por Ah uellamiento: ez= 48x10-6 (Compresión) 

Verificando la Segunda Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 210x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 50x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño no cumple: falla por tracción y no falla por  compresión.

Como se aprecia los resultados obtenidos en el Software WINDEPAV, el cálculo de los esfuerzos y deformaciones máximas. El esfuerzo horizontal en el fondo de la capa asfáltica inferior es excesivo depende de la deformación horizontal de tensión que se produce en la interface de la fibra inferior de la Carpeta Asfáltica y la fibra superior de la Base Granular  denominada Falla por Fatiga (TRACCIÓN) εt, este dato obtenido del software y es verificado por el A n áli s is De D año Po r F at ig a y  no cumple con estos espesores para tal carga de tráfico. La Falla por ahuellamiento o deformación permanente (COMPRESIÓN) ocurre en la superficie del pavimento debido a la sobrecarga de la subrasante, si el esfuerzo vertical de compresión sobre dicha capa es excesivo deformación vertical de compresión en la superficie de la capa subrasante (εz) y también es verificado por el A n ális is De Daño Po r Def or m ac ión Per m ane n te y cumple Los esfuerzos verticales a cualquier profundidad se reducen al aumentar la velocidad de aplicación de la carga. Se establece el criterio de agregar una base estabilizada con cemento para satisfacer el diseño de pavimento por la Falla a Tracción.

UTILIZANDO BASE ESTABILIZADA

44 000 kg/cm 2 x 14.22 = 625 680

= 6.3 x 10 5

→

a2 = .165

Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base Estabilizada 625,680 44,000 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 10,990.71 772.91

Verificando la Primera y Segunda Alternativa con Base Estabilizada





Falla por Fatiga: et = - 69x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 88x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño cumple por tracción y por compresión, se establece criterios aceptables para el desempeño del pavimento del periodo de diseño (niveles aceptables de Fatiga y Deformación p e r m a n e n t e). 

RESPUESTA DE LA PREGUNTA 1 - b A. PARAMETROS DE DISEÑO: Calcular el modulo de rigidez para un pavimento Rígido Asumir el espesor  de Sub Base de 15 cm (6 Pulg.) y La superficie rígida a nivel de la Subrasante se encuentra a 12 pies. ESAL (W 18)

4.8 x 107

F’C

280 Kg/cm

Coeficiente de Transferencia de carga (J) 3.2 Confiabilidad (R%)

96%

Desviación Estándar Normal (Z R)

-1.751

Desviación Estándar Total (S 0)

0.35

Serviciabilidad Inicial (p 0)

4.5

Serviciabilidad Final (pt)

2.5

Pérdida de Serviciabilidad ( PSI)

2.0

CAPA

CBR (%)

Coeficiente MR (PSI)

(Cd)

Sub base

40

17,000

Subrasante

12

10,990.71

Superficie Rígida

Profundidad de drenaje 15 cm. 12 Pies.

1.00

K = 520 pci B. MODULO DE ELASTICIDAD DEL CONCRETO (EC) EC = 57,000 ( F’C )0.5 EC = 57,000 ( 280*14.22) 0.5 EC = 3,596,695.48 PSI

C. MODULO DE ROTURA DEL CONCRETO (MR) MR = 9 * (F’C)0.5 MR = 9 * (240*14.22) 0.5 MR = 567.90 PSI

D. ANALISIS COMPARATIVO ENTRE EL PAVIMENTO FLEXIBLE Y PAVIMENTO RIGIDO Para poder escoger cual de las alternativas es la más adecuada se debe tener  en cuenta el costo de cada una de las capas involucradas en diseño estructural del pavimento y se podría elegir la de menor costo y por ende que cumpla el Método Empírico (AASHTO 1993), donde Su criterio de falla es el índice de servicio final(pt), Falla del pavimento es función del número estructural y el Método Empírico- Mecanistico (AASHTO 2002), generalmente, se reconocen dos tipos de criterios de falla de los pavimentos asfálticos: uno relacionado con el agrietamiento por fatiga y el otro con el inicio del ahuellamiento en la subrasante. Un tercer criterio (deflexión) se usa en aplicaciones específicas. El agrietamiento por fatiga (Tracción ) (εt), se desarrolla bajo cargas repetidas si el esfuerzo horizontal en el fondo de la capa asfáltica inferior es excesivo depende de la deformación horizontal de tensión en la fibra inferior de las capas asfálticas El ahuellamiento o deformación permanente ( Compresión ) (εz), ocurre en la superficie del pavimento debido a la sobrecarga de la subrasante, si el esfuerzo vertical de compresión sobre dicha capa es excesivo deformación vertical de compresión en la superficie de la capa subrasante Los pavimentos flexibles se utilizan principalmente en las principales autopistas y aeropuertos, en zonas de operación de vehículos pesados, deben estar  diseñadas para soportar cargas de tráfico y evitar fallas por fatiga del pavimento debido a las cargas repetidas, además se debe considerar el efecto del gradiente térmico que generan esfuerzos de tracción que puede ocasionar  la Falla del Concreto por su Baja Resistencia a la Tensión  , este problema es controlado con la elección adecuada de las dimensiones de la losas, se considera la colocación de refuerzo para controlar las fisuras y espaciamiento de grietas, mediante el diseño Mecanistico de transferencia de carga en la  juntas.

RESPUESTA DE LA PREGUNTA 1 - c + 25 % ESAL ESAL

4.8 x 10

= 48,000,000

+ 25 % = 6 x 10

= 60,000,000

A. RESUMEN DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO: VÍA RURAL CON ALTO VOLUMEN ESAL (W 18)

6 x 10

Confiabilidad (R%)

96 %

Desviación Estándar Normal (Z R)

-1.751

Desviación Estándar Total (S 0)

0.45

Serviciabilidad Inicial (p 0)

4.5

Serviciabilidad Final (pt)

2.5

Pérdida de Serviciabilidad ( PSI)

2.0

CAPA

CBR (%)

Carpeta Asfáltica

Coeficiente Coeficiente MR (PSI)

de Capa

de drenaje

(ai)

(mi)

450,000

a1 = 0.44

Base

100

30,000

a2 = 0.14

m2 =1.00

Sub base

40

17,000

a3 = 0.12

m3 =1.00

Subrasante

12

10,990.71

B. CONVERSION DE LOS MODULOS RESILIENTES DE PSI A KG/CM2 Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 10,990.71 772.91

Verificando la Primera Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 308x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 46x10-6 (Compresión) 

Verificando la Segunda Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 209x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 47x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño no cumple: falla por tracción y no falla por  compresión

UTILIZANDO BASE ESTABILIZADA

44 000 kg/cm 2 x 14.22 = 625 680

= 6.3 x 10 5

→

a2 = .165

Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base Estabilizada 625,680 44,000 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 10,990.71 772.91

Verificando la Primera y Segunda Alternativa con Base Estabilizada





Falla por Fatiga: et = - 69x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 88x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño cumple por tracción y por compresión, se establece criterios aceptables para el desempeño del pavimento del periodo de diseño (niveles aceptables de Fatiga y Deformación p e r m a n e n t e). 

- 25 % ESAL ESAL

4.8 x 10 7

- 25 % = 3.6 x 107

= 48,000,000

= 36,000,000

A. RESUMEN DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO: VÍA RURAL CON ALTO VOLUMEN ESAL (W 18)

3.6 x 10

Confiabilidad (R%)

96%

Desviación Estándar Normal (Z R)

-1.751

Desviación Estándar Total (S 0)

0.45

Serviciabilidad Inicial (p 0)

4.5

Serviciabilidad Final (pt)

2.5

Pérdida de Serviciabilidad (PSI)

2.0

CAPA

CBR (%)

Carpeta Asfáltica

Coeficiente Coeficiente MR (PSI)

de Capa

de drenaje

(ai)

(mi)

450,000

a1 = 0.44

Base

100%

30,000

a2 = 0.14

m2 =1.00

Sub base

40%

17,000

a3 = 0.12

m3 =1.00

Subrasante

12%

10,990.71

B. CONVERSION DE LOS MODULOS RESILIENTES DE PSI A KG/CM2 Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 10,990.71 772.91

Verificando la Primera Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 310x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 52x10-6 (Compresión) 

Verificando la Segunda Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 210x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 53x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño no cumple: falla por tracción y no falla por  compresión

UTILIZANDO BASE ESTABILIZADA

44 000 kg/cm 2 x 14.22 = 625 680

= 6.3 x 10 5

→

a2 = .165

Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base Estabilizada 625,680 44,000 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 10,990.71 772.91

Verificando la Primera y Segunda Alternativa con Base Estabilizada





Falla por Fatiga: et = - 69x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 88x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño cumple por tracción y por compresión, se establece criterios aceptables para el desempeño del pavimento del periodo de diseño (niveles aceptables de Fatiga y Deformación p e r m a n e n t e). 

+ 25 % CBR CBR de la Sub rasante

12 %

el

+ 25 % = 15 %

A. HALLANDO EL MODULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE 1. Parámetros de diseño – Modulo Resiliente efectivo de la Sub Rasante: Mr = 1500*CBR (Suelos Finos con CBR < 10%) Aashto Mr = 4326*lnCBR + 241 (Suelos granulares) Aashto Mr= 1500*CBR ( Para CBR < 7.2% ) Venezuela Mr = 3000*CBR . ( Para CBR de 7.2% a 20% ) Sudáfrica 2. Por dato del ejercicio, tenemos: CBR de la sub rasante: 15% Zona: Sierra

Entonces, utilizaremos la fórmula de la ecuación (II) Mr = 4326*lnCBR + 241 (Suelos granulares) Aashto Mr = 4326*ln(15) + 241 Mr = 11,956.03 PSI

También, utilizaremos la fórmula de la ecuación (IV) Mr= 3000*CBR0.65 (Para CBR de 7.2% a 20%)Sudáfrica Mr= 3000* 150.65 Mr = 17,441.37 PSI.

El Modulo Resiliente de la Sub Rasante es: 11,956.03 PSI.

….…I

.……II .……III .……IV

B. DISEÑO DE MODULO RESILIENTE PARA SUB RASANTE:

Entonces obtenemos:  Y. Good Soil = Buen Suelo

C. RESUMEN DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO: VÍA RURAL CON ALTO VOLUMEN ESAL (W 18)

4.8 x 107

Confiabilidad (R%)

96%

Desviación Estándar Normal (Z R)

-1.751

Desviación Estándar Total (S 0)

0.45

Serviciabilidad Inicial (p 0)

4.5

Serviciabilidad Final (pt)

2.5

Pérdida de Serviciabilidad ( PSI)

2.0

CAPA

CBR (%)

Carpeta Asfáltica

Coeficiente Coeficiente MR (PSI)

de Capa

de drenaje

(ai)

(mi)

450,000

a1 = 0.44

Base

100

30,000

a2 = 0.14

m2 = 1.00

Sub base

40

17,000

a3 = 0.12

m3 = 1.00

Subrasante

15

11,956.03

D. CONVERSION DE LOS MODULOS RESILIENTES DE PSI A KG/CM2 Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 11,956.03 840.79

Verificando la Primera Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 308x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 47x10-6 (Compresión) 

Verificando la Segunda Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 209x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 49x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño no cumple: falla por tracción y no falla por  compresión

UTILIZANDO BASE ESTABILIZADA

43 000 kg/cm 2 x 14.22 = 611 460

= 6.1 x 105

→

a2 = .156

Módulo Resiliente PSI Kg/cm2 Carpeta asfáltica 450,000 31,645.57 Base Estabilizada 611,460 43,000 Base 30,000 2,109.70 Sub Base 17,000 1,195.50 Sub Rasante 11,956.03 840.79

Verificando la Primera y Segunda Alternativa con Base Estabilizada





Falla por Fatiga: et = - 70x10-6 (Tracción)  -6

Falla por Ah uellamiento: ez= 84x10 (Compresión) 

Entonces el diseño cumple por tracción y por compresión, se establece criterios aceptables para el desempeño del pavimento del periodo de diseño (niveles aceptables de Fatiga y Deformación p e r m a n e n t e). 

- 25 % CBR CBR de la Sub rasante

12 %

el

- 25 % = 9 %

A. HALLANDO EL MODULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE SUBRASANTE 1. Parámetros de diseño – Modulo Resiliente Resiliente efectivo de la Sub Rasante: Mr = 1500*CBR 1500*CBR (Suelos Finos Finos con CBR CBR < 10%) Aashto Mr = 4326*lnCBR + 241 (Suelos granulares) granulares) Aashto Mr= 1500*CBR ( Para CBR < 7.2% ) Venezuela Mr = 3000*CBR . ( Para CBR de 7.2% a 20% ) Sudáfrica 2. Por dato del ejercicio, tenemos: CBR de la sub rasante: 9 % Zona: Sierra Entonces, utilizaremos la fórmula de la ecuación (I) Mr = 1500*CBR (Suelos Finos con CBR < 10%) Aashto Mr = 1500* 9 Mr = 13,500 PSI Entonces, utilizaremos la fórmula de la ecuación (II) Mr = 4326*lnCBR + 241 (Suelos granulares) granulares) Aashto Mr = 4326*ln(9) + 241 Mr = 9,746.19 PSI También, utilizaremos la fórmula de la ecuación (IV) Mr = 3000*CBR 0.65 (Para CBR de 7.2% a 20%) Sudáfrica Mr = 3000* 9 0.65 Mr = 12,513.50 PSI.

El Modulo Resiliente de la Sub Rasante es: 9,746.19 PSI.

….…I

.……II .……III .……IV

B. DISEÑO DE MODULO RESILIENTE PARA SUB RASANTE: RASANTE:

Entonces obtenemos: Good Soil = Buen Suelo

C. RESUMEN DE LOS PARAMETROS DE DISEÑO: VÍA RURAL CON ALTO VOLUMEN ESAL (W 18)

4.8 x 107

Confiabilidad (R%)

96%

Desviación Estándar Normal (Z R)

-1.751

Desviación Estándar Total (S 0)

0.45

Serviciabilidad Inicial (p 0)

4.5

Serviciabilidad Final (pt)

2.5

Pérdida de Serviciabilidad ( PSI)

2.0

CAPA

CBR (%)

Carpeta Asfáltica

Coeficiente Coeficiente MR (PSI)

de Capa

de drenaje

(ai)

(mi)

450,000

a1 = 0.44

Base

100

30,000

a2 = 0.14

m2 = 1.00

Sub base

40

17,000

a3 = 0.12

m3 = 1.00

Subrasante

12

9,746.19

D. CONVERSION DE LOS MODULOS RESILIENTES DE PSI A KG/CM2 Módulo Resiliente Carpeta asfáltica Base Sub Base Sub Rasante

PSI Kg/cm2 450,000 31,645.57 30,000 2,109.70 17,000 1,195.50 9,746.19 685.39

Verificando la Primera Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 311x10-6 (Tracción)  Falla por Ah uellamiento: ez= 56x10-6 (Compresión) 

Verificando la Segunda Alternativa





Falla por Fatiga: et = - 212x10-6 (Tracción)  Falla por Ahu ellamiento: ez= 58x10-6 (Compresión) 

Entonces el diseño no cumple: falla por tracción y no falla por  compresión

UTILIZANDO BASE ESTABILIZADA

44 000 kg/cm 2 x 14.22 = 625 680

Módulo Resiliente Carpeta asfáltica Base Estabilizada Base Sub Base Sub Rasante

= 6.3 x 10 5

→

a2 = .165

PSI Kg/cm2 450,000 31,645.57 625,680 44,000 30,000 2,109.70 17,000 1,195.50 9,746.19 685.39

Verificando la Primera y Segunda Alternativa con Base Estabilizada





Falla por Fatiga: et = - 70x10-6 (Tracción)  -6

Falla por Ah uellamiento: ez= 95x10 (Compresión) 

Entonces el diseño cumple por tracción y por compresión, se establece criterios aceptables para el desempeño del pavimento del periodo de diseño (niveles aceptables de Fatiga y Deformación p e r m a n e n t e). 

RESPUESTA DE LA PREGUNTA 1 - d

Evalué como varía el espesor de la base granular calculado para diferentes valores de CBR de la Sub Rasante, a partir de que valores de CBR no es incidente el aumento del espesor, haga una gráfica para 15, 20, 25 años de periodo de diseño. Asumir tasa de crecimiento r=3.5% Datos:

n = 25 años r = 3.5% ESAL = 4.8x107 

solución

 

(  )   



(  )    

        

  () 

 F





  

 

     

                                 

n = 20 años  

(  )   



(  )    

         

  ()                      

n = 15 años  

(  )   



(  )    

        

  ()                      

RESPUESTA DE LA PREGUNTA 1 - e El diseño de pavimento flexible que acontinuacion se describe en la sección típica satisface los cricterios de desempeño (niveles aceptables de Fatiga y  Deformación permanente  ), se considera viables desde el punto de vista E s t r u c t u r a l y F u n c i o n a l   y puede ser más considerado para otras evaluaciones, tales como análisis de costos de ciclo de vida.

RESPUESTA DE LA PREGUNTA 1 - f  Los pavimentos son diseñados para obtener en forma económica un buen comportamiento durante una larga vida de servicio. Diversos factores deben analizarse para obtener el diseño del más bajo costo anual. Estos factores son: -

Tránsito considerando las cargas por eje o rueda y su frecuencia

-

Resistencia de los materiales

-

Subrasante

-

Drenaje

-

Acción de las heladas (clima)

-

Vida útil para el diseño

-

Influencia del tránsito en la aplicación de las cargas en pavimentos La caracterización de las solicitaciones producidas por el tránsito sobre una infraestructura carretera es bastante compleja, debido no sólo a la variabilidad de los distintos vehículos existentes, sino también a las interacciones vehículo-pavimento que producen fenómenos con solicitaciones adicionales a las propias cargas estáticas del tránsito.

-

Naturaleza cíclica de las cargas que actúan en un pavimento El diseño, análisis y evaluación estructural de las condiciones de los pavimentos comúnmente se basan en el análisis de la teoría elástica multicapas; este acercamiento ofrece la posibilidad de una solución racional al problema de diseño. El éxito de esta aproximación depende de la precisión y la manera en que las propiedades de los materiales son evaluadas y utilizadas.

-

Estado de esfuerzos que producen las cargas en función de la magnitud y tipología Los neumáticos de los vehículos se apoyan sobre el pavimento produciendo una huella de forma distinta para cada tipo de neumático, presión de inflado, carga por rueda, velocidad y estado de la superficie. Cuando está en movimiento, además de variar la forma de la huella, aparecen solicitaciones distintas a las verticales, que son las que existen cuando el vehículo esta detenido o con movimiento uniforme

-

Velocidad del vehículo y tiempo de solicitación en un punto. Otro aspecto del vehículo que hay que considerar es la velocidad. Si se utiliza la teoría viscoelástica, la velocidad está directamente relacionada con la duración de la carga. Si se utiliza la teoría elástica, debe seleccionarse adecuadamente el módulo de resiliencia de los materiales para el pavimento, en proporción con la velocidad del vehículo. (Huang,1993)

-

Estudios sobre interacción dinámica vehículo-pavimento Medición del nivel de impacto sobre el pavimento como función de la velocidad Para el desarrollo de estas pruebas se utilizó un sensor de impacto de tipo resistivo desarrollado en el Instituto Mexicano del Transporte. Se llevaron a cabo una serie de pruebas a tres velocidades y tres niveles de carga. La prueba de cada combinación carga - velocidad, fue realizada seis veces, de tal forma que se obtuvo un valor promedio para cada tipo de condiciones. La Figura 1-12 muestra una señal de salida típica para el dispositivo de impacto, para una velocidad de 50 km/hr y 100% de carga. Los valores de impacto mostrados corresponden, de izquierda a derecha, al eje frontal y a los ejes tándem del tractor y de la plataforma. La Figura 1-13 muestra los valores de impacto relativos para estas pruebas.