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METODO AASTHO
Restricciones del Tiempo: Periodo de Diseño
Periodo de Analisis
- El Transito W18
- Confiabilidad : Diseño- comportamiento
- Efectos Ambientales.- Cambios Temperatura
SERVICIABILIDAD
La estructura debe proteger la Subrasante por medio de CAPAS de
diferentes materiales con el fin de alcanzar el Nivel de Servicio
adecuado, estableciéndose un Catalogo de Estructuras según el
método AASTHO.
Se consideran factores de Tiempo, Transito, Materiales, Suelos de
Subrasante, Condiciones Ambientales, detalles constructivos y
económicos.
Se establece un periodo de Analisis, donde se hace el
planeamiento del proyecto y un Periodo de Diseño estructural,
donde se considera el nivel de serviciabilidad optimo, que no
requiere ningún mantenimiento estructural.
La performance o comportamiento de un
pavimento puede definirse como la
capacidad estructural medible a lo largo de
su periodo de diseño.
La capacidad funcional comprende:
› Calidad aceptable de rodadura
› Adecuada fricción superficial
› Geometría apropiada para seguridad
› Aspecto estético.
La capacidad estructural del pavimento
implica soportar las cargas impuestas
por el transito y las condiciones
ambientales.
La capacidad estructural y funcional
están íntimamente relacionadas. En
efecto, un deterioro estructural de un
pavimento se manifiesta por una
disminución de su capacidad funcional
ya que hay un incremento en rugosidad,
ruido y un riesgo para los vehículos y
ocupantes que lo transiten.
Algunos métodos enfatizan como objetivo del diseño proveer a la vía de un adecuado nivel de servicio.
Este es el caso del método AASHTO, que establece relaciones entre el nivel de servicio y las propiedades estructurales de los materiales que conforman la estructura del pavimento.
Se basa este método en el análisis de regresión con datos recolectados en forma experimental.
EL METODO AASTHO
Desde la publicación de la primera guía AASHTO en 1961, se han efectuado modificaciones en la ecuación de diseño con la finalidad de mejorar su uso y su confiabilidad.
El método AASHTO para diseño de pavimentos flexibles publicada en 1993 incluye importantes modificaciones dirigidas a mejorar la confiabilidad del método
Asimismo describe con detalle los
procedimientos para el diseño de la sección
estructural de los pavimentos flexibles y rígidos
de carreteras. En el caso de los pavimentos
flexibles, el método establece que la superficie
de rodamiento se resuelve solamente con
concreto asfaltico y tratamientos superficiales,
pues asume que tales estructuras soportaran
niveles significativos de transito. (mayores de
50,000 ejes equivalentes acumulados de 8.2 Ton.
Durante el periodo de diseño), dejando fuera
pavimentos ligeros para tránsitos menores al
citado, como son los caminos revestidos o de
terracería
Calcular el Trafico para el periodo de Diseño ( W18 )
Determinar la Confiabilidad R y la Desviación Standard total So
Establecer el módulo de Resilencia efectivo de la sub rasante
Determinar la perdida de Serviciabilidad de Diseño
Obtener el N° Estructural SN (Abaco o fórmula)
Establecer los espesores de Diseño D, que que satisfagan SN
La confiabilidad (R %) en el diseño de pavimentos (Zr) es la
Probabilidad de que el sistema estructural que forma el pavimento
cumpla su función prevista = 100 x Probab.(Nf>NT)
La Variabilidad o Desviación Standard (So), Referida a las varianzas
en las mediciones de los parametros que se definen en el diseñocon
con respecto a los valores reales
0.30 - 0.45 Pavimentos Rígidos
0.40- 0.50 Pavimentos Flexibles
INDICE DE SERVICIABILIDAD
PSI inicial = Inicio del Periodo
PSI Final = Fin del Periodo
∆PSI = PSI Inicial – PSI Final
Es el grado de comodidad que la vía brinda al usuario
existen diferentes maneras para analizar y cuantificar
el grado de servicio.
Un parámetro usado es el índice de servicio, que
establece una escala subjetiva de calificación de 0 a 5
siendo 5 la condición calificada como excelente. Otro
indicador es la rugosidad, o irregularidades en el
pavimento que en buena cuenta son ondas aleatorias
multifrecuentes de diferentes amplitud y longitud de
onda que puede ser analizado utilizando
transformadas de Fourier.
INDICE DE SERVICIABILIDAD
CLASIFICACION GENERAL NIVEL DE CONFIABILIDAD
RECOMENDADOS
URBANO RURAL
AUTOPISTA Y CARRETERAS
INTERESTATALES
85-99.9 80-99.9
OTRAS ARTERIAS PRINCIPALES 80 - 99 75 - 95
COLECTORAS Secundarias 75 - 95 75 – 95
LOCALES 50 - 80 50 – 80
Confiabilidad
R (%)
Desviación Estándar
Normal (Zr)
50
60
70
75
80
85
90
.
.
99.99
-0.00
-0.253
-0.524
-0.674
-0.841
-1.037
-1.282
.
.
-3.750
FACTOR CARRIL NUMERO DE LÍNEAS EN CADA
DIRECCIÓN
PORCENTAJE PARA EJES DE
8.2 TN EN CADA DIRECCIÓN
1 100
2 80 – 100
3 60 – 80
4 50 – 75
Coeficiente de Capa y N° Estructural (SN) Valor de habilidad relativo del material como componente
estructural del pavimento, expresa la relación empirica entre el
SN y el espesor
SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3
La guía AASHTO reconoce que muchas
agencias no poseen los equipos para
determinar el Mr y propone el uso de la
conocida correlación con el CBR.
Mr(psl) = 1500 x CBR
Mr= 1500xCBR para CBR < 10% sugerida por
AASHTO.
Mr= 3000xCBR0.65 para CBR de 7.2% a 20%
esta ecuación fue desarrollada en Sudáfrica.
Mr= 4326xlnCBR + 241 utilizada para suelos
granulares por la propia guía AASHTO
CARACTERISTICAS
DE
DRENAJE
AGUA
ELIMINADA
EN
Porcentaje de tiempo en el año, que la
estructura del Pavimento está expuesta a un
nivel de humedad próxima a la
saturación
< 1% 1% - 5% 5% - 25% > 25%
Excelente 2 horas 1.40-1.35 1.35-1.30 1.30-1.20 1.20
Bueno 1 día 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00
Regular 1 semana 1.25-1.15 1.15-1.05 1.00-0.80 0.80
Pobre 1 mes 1.15-1.05 1.05-0.80 0.80-0.60 0.60
Muy malo No drena 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40
∆PSI
Log ( ------------ )
4.2 – 1.5
Log W18= Zr x So + 9.36 Log10 (SN+1) - 0.20 + ------------------------ + 2.32 Log. (Mr) – 8.07
1094
0.40 + -------------
(SN + 1)5.19
W18 = Número esperado de repeticiones de
ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.
Zr = Desviación Estándar de error combinado en la predicción de tráfico y comportamiento estructural.
So = Desviación Estándar Total.
∆PSI = Diferencia entre la Serviciabilidad Inicial (Po) y Final (Pt)
Mr = Módulo Resilente de la Sub-Rasante (psi)
SN = Número Estructural, indicador de la Capacidad Estructural requerida (materiales y espesores)
ai = Coeficiente Estructural de la capa i
Di = Espesor de la Capa i
Mi = Coeficiente de Drenaje de la Capa Granular i
Para la guía AASHTO corresponde al EAL afectado por coeficientes que representan el sentido y el número de carriles que tendrá la vía
W18= DD x DL x EAL
EAL = Numero de ejes equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.
DD= Es un factor de distribución direccional. Por lo general se considera 0.5
DL = Esta dictado por el siguiente cuadro.
Donde :
EAL(8.2 Tn) : Número de Ejes Equivalentes a 8.2 tn en el periodo de diseño.
IMD2E : Índice Medio Diario de Camiones de 2 ejes
IMD3E : Índice Medio Diario de Camiones de 3 ejes
IMDTyST : Índice Medio Diario de Camiones de TyST
FD2E : Factor Destructivo de Camiones de 2E
FD3E : Factor Destructivo de Camiones de 3E
FDTyST : Factor Destructivo de Camiones de TyST
i : Tasa de crecimiento de los vehículos
n : Periodo de Diseño
En el año de
1972 Van Til Et
efectuó un
monograma de
Correlación
entre el Módulo
Resilente con
el CBR
SN =
a1x D1+
A2 x D2 x
m2 + a3
x D3 x m3
En lo que respecta a
este coeficiente se puede decir
lo siguiente:
El coeficiente de
aporte estructural
(a1) para carpetas asfálticas en caliente esta en función a su Modulo de Elasticidad y a su vez de la estabilidad Marshall.
Material de Base y
del Ensayo de CBR
(al 100%MDS)
RANGO DE TRAFICO
CONCRETO
ASFALTICO
ESPESOR
DE BASE
Menos de 50,000
1 (Tratamiento
Superficial)
4
50,001 – 150,000 2.0 4
150,001 – 500,000 2.5 4
500,001 - 2'000,000 3.0 6
2'000,001 - 7'000,000 3.5 6
Mayor a 7'000,000 4.0 6
NUMERO DE LÍNEAS EN CADA
DIRECCIÓN
PORCENTAJE PARA EJES DE
8.2 TN EN CADA DIRECCIÓN
1 100
2 80 – 100
3 60 – 80
4 50 – 75
Fuente : AASHTO
Tráfico de Diseño (W18): 6.02x106x0.5x0.9 = 2.71x106
CBR = 17.25% Mr= 19100 psi Confiabilidad = 80% (Zr= -0.841) So= 0.45 Pi= 4.2 Pt= 2.0 SN = 2.69 a1= 0.17/cm, a2= 0.053/cm (CBR=80%) m1= 1.0
DESIGNACIÓN ESPESOR
(cm)
CARPETA ASFÁLTICA EN
CALIENTE
BASE GRANULAR
09
20
ANALISIS ECONOMICO
Los aspectos económicos son importantes al
momento de seleccionar el diseño final del
pavimento. El análisis debe considerar todos los costos
posibles durante el ciclo completo de vida del
pavimento: costos construcción, costos de
mantenimiento o de rehabilitación. Otros costos que
se consideran en el análisis económico para estimar
relacion beneficio / costo, calcular tasas internas de
retorno (TIR), y valor actual neto (VAN) son los costos
de operaciones vehicular, costos de tiempo de
transporte etc. sin embargo es difícil cuantificar este
tipo de costo y una mayor sofisticación en el proceso
de análisis se efectúan cuandoel proyecto lo requiera.
El método para el diseño y cálculo de
espesores depende del buen criterio del
Ingeniero, condiciones climáticas y
disposición de materiales.
La Metodología del Instituto del Asfalto y la
Metodologia AASHTO se ajustan mejor a las
características de nuestro medio por lo que
son Metodolñogías recomendadas y
aceptada por las entidades
gubernamentales de nuestro país
Sin embargo, siempre será posible
satisfacer objetivos múltiples y criterios
del diseño en forma simultanea .
Este “sistema de diseño de
pavimentos”, cuyo enfoque considera
objetivos múltiples simultáneamente,
debe emplear métodos de análisis
concordantes con las características
del proyecto, definiendo los niveles de
aceptación para cada uno de los
parámetros que interviene en el
proceso, según el grado de
importancia que se les asigne.
