DISEÑO DE PAVIMENTOS
EJES TRIDEM
5.3. CALCULOS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO.
En su manual y guía la (AASHTO, 2006), menciona que se utilizara una ecuación específica para obtener el valor estructural, espesores, coeficientes estructurales y factores de drenaje que a continuación se muestra:
SN = 𝑎
1𝐷
1+ 𝑎
2𝐷
2𝑚
2+ 𝑎
3𝐷
3𝑚
3 Dónde:SN = el número estructural del pavimento.
𝑎𝑖 = el coeficiente estructural de capa por tramos.
𝐷𝑖= altura o espesor de capas de la estructura del pavimento.
El número Estructural SN (structural number) para el Pavimento
En el manual AASHTO contiene una tabla de donde se obtiene el valor del número estructural de 6.78 para nuestro diseño de pavimento flexible
Los Coeficientes estructurales por cada capa que conforman la estructura.
Los coeficientes estructurales por cada capa son importantes porque los valores obtenidos se determina la resistencia de cada una de ellas, que forman en su conjunto la estructura del pavimento, y de esta manera hallar el espesor de cada una de las capas que la conforman expresado como numero estructural SN. En función a los coeficientes se determina el aporte de resistencia de cada capa a la estructura en conjunto y de estos valores se determina el espesor de la estructura llamado SN.
Según la (AASHTO, 2006) menciona que el valor del coeficiente indica la
relación de cada capa y su número estructural, indicando además que el espesor es relativo, las capas en conjunto que forman la estructura del pavimento.
Por lo tanto, la guía (AASHTO, 2006), indica que se deben hacer uso de ábacos, tablas y gráficos para ubicar los valores y coeficientes que se relacionan directa o indirectamente con los resultados.
Para la construcción, conformación y compactado de la base de la estructura del pavimento y puesto que esta capa soportara con mayor énfasis todas las cargas actuantes sobre el pavimento se trabajara con un CBR de grado de compactación; del 100 %, del mismo modo para la sub base será del 65% de su CBR; siempre tomando en cuenta las especificaciones técnicas del (M.T.C., 2006).
Los materiales de préstamo, ubicación de las canteras, y sus propiedades fisicoquímicas del material a utilizar para mejorar la base, cumplen los requisitos establecidos por el reglamento del (M.T.C., 2006).
En cuanto al cálculo del coeficiente estructural para la carpeta asfáltica se utiliza la guía (AASHTO, 2006), a la que hace referencia la tabla siguiente.
Capa CBR Coeficiente estructural (a1)
Carpeta asfáltica (a1) - 0.44
Base (a2) 100% 0.08
Subbase (a3) 60% 0.09
Tabla 39 Valores y Coeficientes de la Estructura del Pavimento Flexible. Fuente: Elaboración propia
Los Coeficientes de drenaje por capas.
Los coeficientes de drenaje por capas específicamente de la carpeta de rodadura del pavimento flexible, cumple la función específica de impermeabilización de la estructura compuesta por capas de un pavimento flexible. La guía (AASHTO, 2006), como determina y expone que el porcentaje de tiempo en que un pavimento puede estar expuesto a saturación directa.
Por lo general las estructuras de los pavimentos se diseñan estructuralmente dependiendo de lugar en donde se construirá el pavimento, primero en su cimentación estabilizando el suelo y colocando un material que sea permeable para que el fenómeno conocido como supresión no pueda llegar a concretarse y de esta manera ocasional algún daño y afectar la serviciabilidad del pavimento
En la guía (AASHTO, 2006), se observan los valores y coeficientes en donde un pavimento puede estas en contacto con el agua un determinado tiempo.
En la siguiente tabla se muestran los valores y coeficientes de drenaje por capas como son la base y subbase, conjuntamente con los valores mínimos del CBR que se requieren por cada capa:
Tabla 40 Coeficientes de drenaje capas Pavimento flexible
Capas de la estructura CBR en (%) Coeficientes de drenaje del
pavimento (m)
La base en m2. 100 %. 1.00
La subbase en m3. 60 %. 1.00
Tabla 41 Coeficientes de Drenaje del Pavimento Flexible
Fuente: Elaboración propia
Según la guía (AASHTO, 2006) indica que los espesores mínimos para la construcción y conformación de capas de un pavimento deben tener como valores mínimos para cada tipo de suelo en general.
Un pavimento que tiene una estructura bien construida, depende fundamentalmente de las repeticiones del número de ejes equivalentes y las cargas y esfuerzos ejercidos sobe el mismo ya que su resistencia será mayor que para la que fue diseñada, para que se cumpla con la norma el ESAL bebe ser > a 7.0 *E+06, y la carpeta de rodadura debe tener un espesor como mínimo de 7 cm, en cuanto a la base esta de tener un espesor mínimo de 15 cm. En la siguiente tabla se muestran las alturas de cada capa y los coeficientes estructurales para la estructura del pavimento.
Coeficientes Estructurales por Capas del Pavimentos Flexible.
Capas estructurales CBR. En % Módulos de resilencia
MR SN𝑺𝑵𝑰
Capa subrasante. SN3. 7. 8.877. 6.45.
Capa subbase. SN2. 15. 14,457.37. 3.7.
Capa base. SN1. 20.32. 17,557.47. 1.4.
Con las variables halladas estas se remplazan en la siguiente formula: D - 1 D - 2 D - 3 SN 1 SN 2 SN 3 CURSO SUPERFICIAL CURSO BASE
CURSO DE SUB BASE
CURSO DE CAMA DE CARRETERA
Gráfico 4 Partes y Detalles de la Conformación Estructural del Pavimento.
Fuente: guía de la AASHTO “Design of pavement structures”
𝐷1𝑎 ≥ 𝑆𝑁1 𝑎𝑎1 𝑆𝑁1𝑎 = 𝑎1𝐷1𝑎 ≥ 𝑆𝑁1 𝐷2𝑎 ≥ 𝑆𝑁2− 𝑆𝑁1𝑎 𝑎2 𝑚2 𝑆𝑁1𝑎+ 𝑆𝑁2𝑎 ≥ 𝑆𝑁2 𝐷3𝑎 ≥𝑆𝑁3− (𝑆𝑁1 𝑎 + 𝑆𝑁 2𝑎) 𝑎3 𝑚3 Donde:
a, D, m, y SN son como indica la guía AASHTO; valores mínimos requeridos En la siguiente tabla se muestran los espesores por capa.
Espesores de Capa para Pavimentos Flexibles por el Método AASHTO (cm)
Alternativas de espesores
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Capas del pavimento Espesores en Cm.
Las carpetas
asfálticas
10. 10. 10. 10. 15. 15. 15. 15. 20. 20. 20 20
Las capas base. 25. 30. 35. 40. 25. 30. 35. 40. 25. 30. 35 40 Las capas subbase. 61. 56. 50. 45. 47. 41. 36. 30. 32. 27. 21 16
Tabla 43 la (AASHTO, 2006) Define los Siguientes Parámetros.
Fuente: (AASHTO, 2006) Elaboración propia.
Del cuadro resumen se tomarán los datos de las filas 8, 10, 11,12. Respectivamente esto debido a que los ítems anteriores a ellos no cumplen con las especificaciones técnicas de la norma AASHTO; por considerar el espesor de capa sub base menor a la capa base. Al respecto por investigaciones previas a los diseños de pavimentos flexibles se trabajan con espesores con cierto margen de seguridad siempre y cuando la conformación de las diferentes capas estructurales además de tener un CBR. Del 100%. Sean mayores en sub base y menores en la base. Las cuales se muestran en la siguiente tabla.
El método (AASHTO, 2006) recomienda los espesores siguientes para su construcción.
Fuente: Elaboración propia.
Del cálculo anterior, se verifica el sobredimensionado de las diversas capas que conforman la estructura del pavimento.
Alternativa
1 2 3 4 5 6 7 9
Capas del pavimento Espesores (cm)
Carpeta asfáltica. 10 10 10 10 15 15 15 20
Capa base. 30 30 35 40 30 30 35 30
Capa subbase. 65 60 55 45 50 45 40 35
Tabla 44 El Método (AASHTO, 2006) Recomienda los Espesores Siguientes para su
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