VARIABLES GENERALES DE DISEÑO

Se consideran como "Variables Generales de Diseño" a aquellas que deben ser consideradas en el diseño y construcción de cualquier estructura de pavimentos.

7.4.4.1 CONFIABILIDAD (R) Y DESVIACIÓN ESTÁNDAR NORMALIZADA (ZR) La Confiabilidad (R), es la probabilidad expresada como porcentaje, que el pavimento proyectado soporte el tráfico previsto .Se trata pues de llegar a cierto grado de certeza en el método de diseño, para asegurar que las diversas alternativas de la sección estructural que se obtengan, durarán como mínimo el período de diseño. El actual método AASHTO para el diseño de pavimentos flexibles, recomienda valores desde 50 y hasta 99.9 % con diferentes clasificaciones funcionales, notándose que los niveles más altos corresponden a vías

importantes y de mayor volumen vehicular.

TABLA 7.4 Valores recomendados de Nivel de Confiabilidad

FUENTE: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Para este diseño del proyecto el nivel de confiabilidad (R) será del 75% y clasifica como Tp2 (tipo de tráfico).

La Desviación Estándar Normalizada (ZR), está ligada directamente con la Confiabilidad (R), descrita en el punto anterior; en este paso deberá seleccionarse un valor ZR “Desviación Estándar Normalizada”, representativo de condiciones locales particulares, que considera posibles variaciones en el comportamiento del pavimento y en la predicción del tránsito.

El ESAL obtenido es 334000 entonces tipo de trafico Tp2 en este diseño trabajaremos con una Zr de -0.674

TABLA 7.5 Desviación estándar normalizada (Zr)

7.4.4.2 DESVIACIÓN ESTÁNDAR DEL SISTEMA

La Desviación Estándar Combinada (So), es un valor que toma en cuenta la variabilidad esperada de la predicción del tránsito y de los otros factores que afectan el comportamiento del pavimento; como por ejemplo, construcción, medio ambiente, incertidumbre del modelo.

La Guía AASHTO recomienda adoptar para los pavimentos flexibles, valores de “So” comprendidos entre 0.40 y 0.50, en el presente Manual se adopta para los diseños recomendados el valor de 0.45.

7.4.4.3 COEFICIENTES DE SERVICIABILIDAD

La serviciabilidad se usa como una medida del comportamiento del pavimento, la misma que se relaciona con la seguridad y comodidad que puede brindar al usuario.

También se relaciona con las características físicas que puede presentar el pavimento como grietas, fallas, peladuras, etc., que podrían afectar la capacidad de soporte de la estructura.

El pavimento es calificado entre 0 (para pavimentos en pésimas condiciones) y 5 (para pavimentos en perfecto estado).

TABLA 7.6 Calificación de la serviciabilidad

FUENTE: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

La serviciabilidad inicial (Po) es función directa del diseño del pavimento y de la calidad que se construye la carretera, la serviciabilidad final o terminal (Pt) va en función de la

categoría de la carretera y se basa en el índice más bajo que pueda ser tolerado antes de que sea necesario efectuar una rehabilitación o una reconstrucción.

Los valores que recomienda la Guía AASHTO son:

TABLA 7.7 Índice de serviciabilidad inicial (Po)

TABLA 7.8 Índice de serviciabilidad final (Pt)

FUENTE: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

Para este diseño y de acuerdo al tráfico obtenido tenemos:

Serviciabilidad final Pt = 2,0 para pavimentos con Trafico Tp2 (Tipo 2) Serviciabilidad inicial Po = 3.8 para pavimentos con Trafico Tp2 (Tipo 2) 7.4.4.4 MÓDULO RESILIENTE

Los materiales que constituyen los pavimentos se ven sometidos a cargas dinámicas de diversas magnitudes que le son transmitidas por el tráfico. Con el fin de tener en cuenta la

naturaleza cíclica de las cargas que actúan en los materiales que conforman una estructura de pavimento, así como el comportamiento no lineal y resiliente de los materiales, se han realizado en el mundo varios trabajos experimentales, tanto en modelos a escala natural como en muestras de material probadas en el laboratorio, obteniéndose valiosa información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación de los materiales. Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suele denominarse plásticas a aquéllas que permanecen en el pavimento después de cesar la carga.

Bajo carga móvil la deformación permanente se va acumulando y para ciclos intermedios la deformación permanente para cada ciclo disminuye, hasta que prácticamente desaparece en los ciclos finales. La muestra llega así a un estado tal en que toda la deformación es recuperable, en ese momento se tiene un comportamiento resiliente. De aquí se desprende el concepto de módulo resiliente, el cual está definido como el esfuerzo desviador repetido aplicado en compresión triaxial entre la deformación axial recuperable. Así pues, el concepto de módulo resiliente está ligado invariablemente a un proceso de carga repetida. Como se ha observado en los estudios llevados a cabo sobre módulo resiliente, este parámetro no es una propiedad constante del material, sino que depende de muchos factores. Los principales son: número de aplicaciones del esfuerzo, tixotropía, magnitud del esfuerzo desviador, método de compactación y condiciones de compactación. La metodología actual para diseño de pavimentos utilizada por el método AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) considera que la propiedad fundamental para caracterizar los materiales constitutivos de la sección de una carretera es el parámetro denominado módulo resiliente.

A- MÓDULO RESILIENTE DE LA SUBRASANTE

cuales producen alteraciones en la resistencia del suelo, para evaluar esta situación es necesario establecer los cambios que produce la humedad en el módulo Resiliencia.

Con este fin se obtienen los módulos de Resiliencia para diferentes contenidos de humedad que simulen las condiciones que se presentan en el transcurso del año, en base a los resultados se divide el año en períodos en los cuales el MR es constante. Si no se tiene la posibilidad de obtener esta información se puede estimar el valor del MR en función del CBR.

Relación CBR. – Módulo de Resiliencia MR(psi) = 2555 × CBR0.64

De acuerdo al CBR de diseño de subrasante 16.5%, obtenido en el capítulo IV se reemplaza:

MR(psi) = 2555 × 16.50.64

MR(psi) = 15366.70

B- MÓDULO RESILIENTE DE LA BASE

Para las bases granulares el método nos proporciona un gráfico para estimar el módulo de Resiliencia en función a los resultados obtenidos en laboratorio, el material de base tiene un CBR de 93%.

Con el cuadro de la FIG 7.3 se determina el valor del MR. MR base = 29500 psi

FIG 7.3 Módulo Resiliente y Coeficiente Estructural a partir del valor de CBR

FUENTE: Ingeniería de Pavimentos para carreteras de Ing. Alfonso Montejo Fonseca

C- MÓDULO RESILIENTE DE LA CARPETA ASFÁLTICA

El Ingeniero Venezolano Freddy Sánchez Leal ha propuesto una nueva ecuación basándose en Análisis de Regresión de Resultados de Ensayo Marshall y mediciones de Módulo mediante el equipo de tensión indirecta.

Esta Ecuación toma la siguiente forma:

Dónde:

Mr=Módulo de Resilencia.

P = Carga Marshall en Lbs (=4437.14 lb).

δ = Deformación (Flujo Marshall) en Pulgadas (=0.19 pulg)

t = Altura de la Briqueta en Pulgadas (De no disponerse de la medición en el ensayo puede emplearse un valor de 2.5) (=2.45 pulg)

a= Constante Experimental (Adimensionamiento) que varía entre 20 y 26, sugiriéndose un valor de 23 como más frecuente.

υ= Relación de Poisson para mezclas Asfálticas, el cual se asume en 0.35 𝑀𝑟 = 1.4 𝑥 (4437.14/(0.186𝑥2.45)) 𝑥 (23 + 0.64𝑥0.35)

𝑀r (Carpeta Asfáltica) = 316584.15 psi

7.4.4.5 COEFICIENTES ESTRUCTURALES

El número estructural requerido SN debe ser convertido a espesores actuales de superficie, base y sub base por medio de coeficientes de capa apropiados que representen la resistencia relativa de los materiales de construcción.

A- CARPETA ASFÁLTICA

Para la carpeta Asfáltica se usará el módulo de Resiliencia MR (Carpeta Asfáltica) = 316584.15 psi para hallar el Coeficiente Estructural “a1” mediante la FIG 7.4.

FIG 7.4 Coeficiente estructural para Carpeta a partir del valor del módulo de resiliencia

FUENTE: AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1993

B- BASE GRANULAR

Para el coeficiente “a2” correspondiente a la Base utilizamos la FIG 7.3. Resultados:

“a1” Capa de concreto asfaltico de superficie 0.380 /pulg. “a2” Capa de base 0.137 /pulg. 7.4.4.6 COEFICIENTES DE DRENAJE

Se determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento. Tomando las capacidades de drenaje AASHTO establece los factores de corrección m2

(bases) y m3 (sub-bases granulares sin estabilizar), todo en función del porcentaje de tiempo a lo largo de un año, en el cual la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.

El material para base tiene un coeficiente de permeabilidad bueno, entonces para el material de base utilizaremos “mi” de 1 de acuerdo a la tabla 7.9:

TABLA 7.9 % de Tiempo en el que el pavimento está expuesto a niveles de humedad próximos a la saturación

FUENTE: Guía de Diseño de Estructuras de Pavimentos AASHTO – 1993