METODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

INTRODUCCIÓN

Este procedimiento es de amplia aceptación para el diseño de pavimentos flexibles y se presenta en la Guía AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimento, la cual es publicada por la American Association of State Highway and Transportation Officials. El método se publicó por primera vez en 1972, existen revisiones hasta 1993 y en la actualidad comienza a distribuirse la versión 2002. La información de pruebas incluida en el desarrollo del método fue recolectada en el Ensayo Vial AASHO de 1958 a 1960.

El método, en su versión de 1993, no ha sido convertido a unidades del sistema internacional. El Ensayo Vial AASHO se llevó a cabo en Ottawa, Illinois, a unos 128 kilómetros de Chicago. Tanto el clima como el suelo son típicos de una gran parte de los Estados Unidos. Los ensayos sobre pavimentos se hicieron sobre seis secciones separadas dobles, con pistas de doble vía en forma de dos tramos rectos paralelos con secciones curvas para retorno. En la Figura se presenta el emplazamiento general del ensayo.

Los segmentos rectos contenían 836 secciones de prueba separadas, las cuales representaban cerca de 200 combinaciones de superficies, bases, y subbases de varios materiales y espesores. Había 12 trochas de tránsito en los seis tramos de ensayo. El denominado tramo 1 no se sometió a la acción del tránsito y se utilizó para estudios especiales de deflexiones y contracciones para evaluar el efecto del clima. Los otros cinco tramos (del 2 al 6) se sometieron al tránsito de vehículos durante 18.5 horas diarias, 6 días a la semana, entre el 5 de noviembre de 1958 y el 30 de noviembre de 1960.

MARCO TEÓRICO

La ecuación básica de diseño para pavimentos flexibles, por este método, es:

Donde:

W18: Número predicho de repeticiones de ejes equivalentes de carga de 18 kips (80 kN).

ZR: Desviación normal estándar.

S0: Error estándar combinado de la predicción del tránsito y la predicción del desempeño.

PSI: Diferencia entre el índice de diseño inicial de serviciabilidad, p0, y el índice de diseño final de serviciabilidad, pt.

MR: Módulo resiliente (psi).

SN es igual al número estructural indicativo del espesor total requerido de pavimento:

SN a1D1 a2D2m2 a3D3m3

Donde:

ai: Coeficiente de la capa i.

Di: Espesor (pulgadas) de la capa i.

mi: Coeficiente de drenaje de la capa i.

Nomograma de diseño para resolver la Ecuación obtener el número estructural SN.

El índice de servicio PSI es una medida de la serviciabilidad del pavimento y se determina

a través de medidas de rugosidad y del tipo y cantidad de daños superficiales que afecten la comodidad, confort y seguridad del usuario. El pavimento se construye a un nivel de servicio inicial Pi, decrece su calidad con el tiempo y alcanza un mínimo nivel de aceptación Pf para el usuario.

El Índice de servicio varía de 0 a 5, correspondiendo el 5 al mas alto índice de serviciabilidad. Para el diseño de pavimentos por el método AASHTO es necesario seleccionar unos niveles de servicio inicial Pi y final Pf.

El Pi es un estimativo del usuario sobre la magnitud del PSI una vez construido el pavimento. El valor obtenido en el ensayo vial AASHO fue de 4.2, pero cada entidad puede escoger el valor apropiado según las condiciones técnicas y métodos de construcción. El Pf por otra parte, es el nivel mínimo aceptable antes que sea necesario el refuerzo o la reconstrucción de la calzada. Un índice de 2.5 a 3.0 se sugiere para vías más importantes y un valor de 2.0 es recomendado para vías con menor calificación. Un Pf de 1.5 podría aceptarse en carreteras de poca importancia. Uno de los aspectos que deben decidirse es el mínimo nivel de calidad aceptable según la importancia de la ruta; un nivel de 2.5 o 2.0 puede definirse como el límite de aceptabilidad, por debajo del cual se requiere una rehabilitación.

PARÁMETROS DE ENTRADA

• Tránsito de diseño: La información de tránsito requerida para este método corresponde a las cargas por eje, la configuración de los ejes y el número de aplicaciones. Los resultados del Ensayo Vial AASHO indican que el daño producido por el paso de un eje de cualquier masa (llamado carga) puede representarse por un número de ejes sencillos equivalentes de 18 kips o ESAL.

• Nivel de confianza R: El factor de confiabilidad R está en función de las probables variaciones en las predicciones de la variable tránsito y el comportamiento integral de la estructura, y garantiza que la sección diseñada cumpla satisfactoriamente la función encomendada durante el periodo de diseño con un índice de servicio por lo menos igual a Pf. El Pf por otra parte, es el nivel mínimo aceptable antes que sea necesario el refuerzo o la reconstrucción de la calzada. Un índice de 2.5 a 3.0 se sugiere para vías más importantes y un valor de 2.0 es recomendado para vías con menor calificación. Un Pf de 1.5 podría aceptarse en carreteras de poca importancia.

En la tabla se muestran los distintos índices de confiabilidad recomendados por el método para diversas clasificaciones de carreteras, observando los mayores niveles de confiabilidad para vías de gran importancia.

En la tabla se pueden ver las desviaciones estándar Zr correspondientes a determinados niveles de confianza, asumiendo que tanto las variaciones del tránsito como del comportamiento de la estructura siguen una distribución normal.

• Desviación Estándar (So): El valor de So (error estándar combinado de las predicciones del tránsito y comportamiento) varía de 0,4 a 0,5 en los pavimentos flexibles.

• Resistencia de la subrasante MR: En este método se utiliza como parámetro de resistencia de la subrasante el Módulo Resiliente MR, el cual es obtenido utilizando equipos especializados, difícil de encontrar en los laboratorios de pavimentos. Para obviar esta situación se han establecido diversas correlaciones con el CBR de laboratorio, tales como la presentada a continuación:

MR (psi)=1.500 CBR

Expresión válida para suelos finos con CBR sumergidos no mayor a 10

• Pérdida de nivel de servicio ΔPSI durante el periodo de diseño: La serviciabilidad se define como la capacidad que tiene una estructura de pavimento para prestar un buen servicio al tránsito. Se evalúa a través del Índice de servicio presente (PSI), el cual varía de 0 a 5.

ΔPSI = Pi -Pf

El valor del índice de servicio inicial está alrededor de 4,2 obtenido en el ensayo vial AASHTO para pavimentos flexibles, pero cada proyectista puede escoger este valor según las calidades técnicas esperadas durante la construcción. El Pf puede variar de 2.5 para autopistas hasta un valor de 2.0 para las demás carreteras.

• Capas Granulares:

o Se recomienda que la sub-base cumpla las siguientes condiciones de calidad: Límite líquido menor a 35%, Índice de Plasticidad menor del 8%, un porcentaje de desgaste menor del 40% y un CBR mayor a 40%. El uso de la capa de sub-base requiere el empleo del coeficiente estructural que permite convertir su espesor en un número estructural y que es una medida de la capacidad relativa del material para funcionar como parte de la estructura del pavimento. En la figura se observa el nomograma que permite obtener dicho coeficiente.

o La capa de base puede estar construida por material granular o estabilizada, con requisitos de calidad de mayor exigencia que para la sub-base. El material está representado por un coeficiente estructural que permite convertir su espesor real a un número estructural (ver Figura ). El material debe cumplir con las siguientes especificaciones: Límite líquido menor a 25%, Índice de Plasticidad menor a 6%, Desgaste en la Máquina de los Ángeles menor a 35%, Porcentaje de partículas trituradas mayor a 50%; El CBR debe ser mayor a 80%.

• La capa de rodadura asfáltica. Consistirá de una mezcla de agregados pétreos y un producto bituminoso, diseñada y construida para que cumpla con requisitos estructurales y funcionales. En la figura se puede observar el nomograma para el cálculo del coeficiente estructural.

• Condiciones de drenaje. El método no considera diseños especiales para las estructuras de drenaje, pero los efectos los tiene en cuenta en términos de la influencia del agua en la resistencia y potencial expansivo de la subrasante, así como en la resistencia de las capas del pavimento. La calidad del drenaje se mide mediante el tiempo de permanencia del agua en la estructura, según la tabla.

El método AASHTO recomienda el uso de unos factores de drenaje mi que modifican los coeficientes estructurales de las capas en la ecuación del número estructural. En la tabla se muestran los valores que la AASHTO recomienda para mi de acuerdo con la calidad del drenaje y el tiempo en el año durante el cual se espera que el pavimento esté normalmente expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturación. Los factores son aplicables únicamente a las capas granulares.

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