PAVIMENTOS

CAPITULO I.A DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS I.A-1

1. METODOLOGIA MECANICISTA I.A-2

1.1 CARTILLA DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA PASAJES, CALLES LOCALES Y DE SERVICIO I.A-3

1.2 CARTILLA DE DISEÑO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO PARA PASAJES Y CALLES LOCALES MEDIANTE BASES Y SUB BASES ESTABILIZADAS QUÍMICAMENTE I.A-4

1.3 CARTILLA DE DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGON I.A-5

2. METODOLOGIA AASHTO I.A-6

2.1 DISEÑO PAVIMENTOS DE H.C.V. I.A-6

2.2 DISEÑO PAVIMENTO ASFALTICO I.A-8

CAPITULO I.A DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS

En materia de diseño estructural de pavimentos urbanos, en la actualidad la tendencia mundial es de usar metodologías mecanicistas que han demostrado predecir en forma más acertada el comportamiento de esos pavimentos.

En este contexto cabe precisar que existen metodologías validadas que utilizan criterios empíricos / teóricos como el basado en la prueba AASHO americana, que tienen aplicabilidad limitada en pavimentos urbanos restringidos a tráficos por sobre 1 x 106 Ejes Equivalentes (EE) que incluso se encuentran en revisión para transformarlos en métodos mecanicistas (AASHTO 2002).

En la generalidad de los casos, las vías no estructurantes según la Ordenanza del Plan Regulador Metropolitano de Santiago, tienen un tránsito inferior a 1 x 106 EE, por tanto su diseño estructural se basa en la metodología mecanicista. Por el contrario, las vías contempladas en el Plan (Metropolitanas, Troncales y Colectoras) deben diseñarse con la metodología ASSHTO, pudiendo verificarse con la metodología mecanicista.

1. METODOLOGIA MECANICISTA

Se basan en la determinación racional del estado de tensiones en cualquier punto bajo el pavimento y la aplicación de un modelo de fatiga que permite estimar consumo de fatigas para cada estado tensional

Datos requeridos para los modelos

• Propiedad de los materiales: E (Módulo Elástico de las capas aglomeradas)

MR (Módulo Resiliente de las capas no aglomeradas y del suelo de subrasante)

 (Coeficiente de Poisson)

• Espesor capas: h

• Cargas: magnitud, geometría, Nº de repeticiones

• Coordenadas: X, Y, Z

La experiencia muestra que los estados tensionales críticos se producen en una interface Carpeta/Base y Capas Granulado/Subrasante

El SERVIU Metropolitano posee cartillas de diseño para tráficos de menos de 1x106 EE, las que han sido generadas en consideración a las características más relevantes de los pavimentos urbanos de la Región Metropolitana.

1.1 CARTILLA DE DISEÑO DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA PASAJES, CALLES LOCALES Y DE SERVICIO

PASAJES (T50.000 EE)

CBR %  3 4 – 7 8 - 12 13 - 20  20

Carpeta Asfáltica (mm)

6.000 - 9.000 N 40 40 40 40 40

Base (mm)

CBR  100% (*) 150 150 150 150 150

Sub-Base (mm)

30%  CBR  50% 150 150 200 150 ----

Mejoramiento (mm)

CBR  20% (**) 450 200 ---- ---- ----

CALLES LOCALES (T200.000 EE)

CBR %  3 4 – 7 8 - 12 13 - 20  20

Carpeta Asfáltica (mm)

6.000 - 9.000 N 40 40 40 40 40

Base (mm)

CBR  100% (*) 150 150 150 150 200

Sub-Base (mm)

30%  CBR  50% 150 150 200 150 ----

Mejoramiento (mm)

CBR  20% (**) 450 200 ---- ---- ----

CALLES DE SERVICIO (T1x106 EE)

CBR %  3 4 – 7 8 - 12 13 - 20  20

Carpeta Asfáltica (mm)

9.000 – 14.000 N 50

50 50 50 50

Binder Asfáltico (mm)

8.000 – 12.000 N 50 50 50 50 50

Base (mm)

CBR  80% 150 150 150 150 200

Sub-Base (mm)

30%  CBR  50% 150 150 250 150 ----

Mejoramiento (mm)

CBR  20% (**) 450 200 ---- ---- ----

(*) Poder de Soporte California (CBR) 100 % o alternativamente utilizar un estabilizador químico que sea capaz de alcanzar en el material de base una tensión a comprensión no confinada a los 7 días de al menos 25 Kg/cm2

(**) El mejoramiento de suelos considera el uso de geotextiles para evitar contaminación de capas granulares. Como alternativa al uso de geotextiles, se aumentará el espesor de mejoramiento en 150 (mm).

En caso de existir napa de agua subterránea, el proyectista deberá proponer los diseños constructivos adicionales que estime conveniente.

En casos de suelos expansivos, en el mejoramiento del terreno el proyectista deberá proponer los diseños constructivos adicionales que estime conveniente.

1.2 CARTILLA DE DISEÑO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO PARA PASAJES Y CALLES LOCALES MEDIANTE BASES Y SUB BASES ESTABILIZADAS QUÍMICAMENTE

PASAJES (T50.000EE)

CBR suelo fundación %  3 4-7 8-12 13-16 17-20  20

Carpeta Asfáltica (cm) 4 4 4 4 4 4 4 4

Base estabilizada químicamente

(material con 30%  CBR  50%) (CE = 0.15) (cm) 45 30 35 20 -- -- -- --

Sub-Base de Suelo natural estabilizado químicamente (CBR  20%) (CE. = 0.13) (cm) -- -- -- 30 30 15 15

Sub-Base de Suelo natural estabilizado químicamente (CBR  2%) (CE = 0.09) (cm) -- 25 -- 25

CALLES LOCALES (T200.000EE)

CBR suelo fundación  3 4-7 8-12 13-16 17-20  20

Carpeta Asfáltica (cm) 4 4 4 4 4 4 4 4

Base estabilizada químicamente

(material con 30%  CBR  50%) (CE = 0.15) (cm) 55 40 35 20 -- -- -- --

Sub-Base de Suelo natural estabilizado químicamente (CBR  20%) (CE = 0.13) (cm) -- -- -- 30 30 15 15

Sub-Base de Suelo natural estabilizado químicamente (CBR  2%) (CE = 0.09) (cm) -- 25 -- 25

Notas :

1. Base Estabilizada Químicamente: Corresponde a material con 30%  CBR  50%, al 95% de la densidad máxima compactada seca (D.M.C.S.) en estado natural, que al ser estabilizado se obtiene una resistencia a la compresión no confinada a los 7 días  25 Kg/cm2, en que se adopta Coeficiente Estructural (CE) = 0.15. Para un mayor valor de CE se deberá obtener resistencia a la compresión no confinada mayor, de acuerdo a la relación AASHTO.

2. Sub-Base de suelo natural estabilizado químicamente: Corresponde a un material con CBR  20% al 95% de la D.M.C.S., en estado natural, que al ser estabilizado químicamente se obtiene un CE = 0.13, es decir, resistencia mínima a la compresión no confinada, a los 7 días, de 15 kg/cm2.

3. Sub-Base de suelo natural estabilizado químicamente: Corresponde a un material con CBR Bajo en estado natural, que al ser estabilizado químicamente se obtiene una resistencia a la compresión no confinada, a los 7 días, de 7 kg/cm2 y tiene un CE = 0.09.

4. Por cada 200 m3 de base o sub-base tratada químicamente se tomarán 6 muestras para ensayar a compresión no confinada según la norma ASTM D4609-86 y D2166.

5. En caso de existir napa de agua subterránea, el proyectista deberá adoptar los diseños constructivos adicionales que estime convenientes.

6. En casos de suelos expansivos, en el mejoramiento del terreno, el proyectista deberá adoptar los diseños constructivos adicionales que estime convenientes.

1.3 CARTILLA DE DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGON

Hormigón:

Resistencia media a la flexotracción de 50 Kg/cm2 a los 28 días.-

Base: CBR > 60%

2. METODOLOGIA AASHTO

2.1 DISEÑO PAVIMENTOS DE H.C.V.

2.1.1 Parámetros de Diseño

a) Tránsito Ejes Equivalentes (EE)

A partir de la clasificación de vías según la Ordenanza del Plan Regulador Metropolitano de Santiago (P.R.M.S.), el Artículo 2.3.2 de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones y encuestas de tránsito según Estudio de Estratigrafía de Tránsito del Serviu Metropolitano.

En el caso de que no se cuente con estratigrafía de tránsito, ni conteos de flujo vehicular, que permitan estimar el número de ejes equivalentes del proyecto, se debe alternativamente considerar los EE mínimos de diseño por pista que se indica a continuación:

- Vías Metropolitanas 20 * 10 EE

- Vías Troncales 10 * 10 EE

- Vías Colectoras 3 * 10 EE

En el caso de contar con conteos vehiculares y estratigrafías, ha de considerarse para el cálculo de los EE de diseño los siguientes parámetros, teniendo presente que los mínimos EE de diseño son los indicados precedentemente:

- Confiabilidad del Diseño (R)

En términos generales:

- Vías Metropolitanas 80%

- Vías Troncales 75%

- Vías Colectoras 60%

- Vías Servicio o locales 50%

- Desviación Estándar Combinada (So)

En términos generales: Pavimentos H.C.V. So = 0.35

- Coeficiente Estadístico Asociado a la Confiabilidad (ZR)

En términos generales:

CONFIABILIDAD COEFICIENTE ESTADÍSTICO

(R%) (ZR)

80% - 0.841

75% - 0.674

60% - 0.253

50% - 0.000

b) Módulo de Reacción de la Subrasante (K)

Se puede determinar de dos formas:

1. De correlaciones con el CBR

Si CBR 10 % K (Kg/cm3) = 0.25 + 5.15 log CBR

Si CBR > 10 % K (Kg/cm3) = 4.51 + 0.89 (log CBR)4.34

2. Mediante deflectrometría, con la salvedad que si se trata de suelos finos el valor obtenido se divide por 2.

c) Coeficiente de Drenaje de la Base (Cd)

En términos generales debe usarse en zonas urbanas Cd = 1.0

En casos especiales, como suelos muy finos con presencia de napa en la zona de influencia de transmisión de carga (0 – 1 m) Cd = 0.9

d) Resistencia Media de Diseño (Rm)

Aquí se considera el valor de la resistencia media a flexotracción a 28 días.

En términos generales entre 50 y 52 Kg/cm

En zonas urbanas normalmente se coloca hormigón de Planta, es decir, con buen control de calidad de las materias primas y los procesos, en consecuencia, es normal obtener coeficientes de variación entorno al 10%.

e) Coeficiente de Transferencia de Carga (J)

Este valor puede variar dependiendo de la época del año y la hora del día, además de si existen o no barras de transferencia que en Chile no se usan, en consecuencia, el valor varía normalmente entre 3.6 y 3.8.

f) Módulo de Elasticidad del Hormigón (E)

En términos generales E varía entre 290.000 y 300.000 Kg/cm

2.1.2 Fórmula Aashto 93 Pavimentos de Hormigón Cemento Hidráulico

EE = * 10 * B

= + ZR * So

B =

EE = Ejes equivalentes de 80 KN (8.16 ton) de rueda doble

H = Espesor losa de pavimento en mm

pf = Indice de serviciabilidad final del pavimento

pi = Indice de serviciabilidad inicial del pavimento

ZR = Coeficiente estadístico asociado a la confiabilidad

So = Desviación estándar combinada en la estimación de los parámetros

K = Módulo de reacción de la Subrasante en MPa/m

Cd = Coeficiente de drenaje de la base

Rm = Resistencia media del hormigón a flexotracción a 28 días

E = Módulo de elasticidad del hormigón en MPa

J = Coeficiente de Transferencia de carga

2.2 DISEÑO PAVIMENTO ASFALTICO

2.2.1 Parámetros de Diseño

a) Tránsito Ejes Equivalentes (EE)

A partir de la clasificación de vías según la Ordenanza del Plan Regulador Metropolitano de Santiago (P.R.M.S.), el Artículo 2.3.2 de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones y encuestas de tránsito según Estudio de Estratigrafía de Tránsito del Serviu Metropolitano.

En el caso de que no se cuente con estratigrafía de tránsito, ni conteos de flujo vehicular, que permitan estimar el número de ejes equivalentes del proyecto, se debe alternativamente considerar los EE mínimos de diseño por pista que se indica a continuación:

- Vías Metropolitanas 20 * 10 EE

- Vías Troncales 11 * 10 EE

- Vías Colectoras 4 * 10 EE

En el caso de contar con conteos vehiculares y estratigrafías, ha de considerarse para el cálculo de los EE de diseño los siguientes parámetros, teniendo presente que los mínimos EE de diseño son los indicados precedentemente:

- Confiabilidad del Diseño (R)

En términos generales:

- Vías Metropolitanas 80%

- Vías Troncales 75%

- Vías Colectoras 60%

- Vías de servicio y locales 50%

- Desviación Estándar Combinada (So)

En términos generales: Pavimentos Asfálticos So = 0.45

- Coeficiente Estadístico de Confiabilidad (ZR)

En términos generales:

CONFIABILIDAD COEFICIENTE ESTADÍSTICO

(R%) (ZR)

80% - 0.841

75% - 0.674

60% - 0.253

50% - 0.000

b) Modulo Resiliente (MR)

BASE GRANULAR MR = -0.147 (CBR) + 29.9 (CBR) + 592 Kg/ cm

(60% CBR 80%)

SUBBASE GRANULAR MR = -0.152 (CBR) + 22.44 (CBR) + 512 Kg/ cm

(20% CBR 40%)

SUBRASANTE MR = 115.247 ( CBR) Kg/ cm

(2% CBR 30%)

c) Coeficientes Estructurales (ai)

Estos coeficientes dependientes del tipo de capa estructural y de sus características:

Capa estructural: Carpeta asfáltica

Estabilidad Marshall Coeficiente ai

N

14.000 – 12.000 0.44

12.000 – 10.000 0.43 – 0.42

10.000 - 8.000 0.41 – 0.40

NOTA: Es obligatorio en espesores de carpeta de más de 4 cm, usar árido de tamaño máximo ¾”

Capa Estructural: Binder asfáltico

Estabilidad Marshall Coeficiente ai

N

7.000 – 9.000 0.39

Capa estructural: base estabilizada (80% CBR 100%)

ai = 0.13

Capa estructural: Subbase granular (30% CBR 40%)

ai = 0.11

d) Coeficiente de Drenaje (mi)

En zonas urbanas mi = 1.0

En casos especiales, suelos muy finos y presencia de napa en la zona de influencia de transmisión de cargas (0 a 1m).

mi = 0.9

e) Números Estructurales (NEi)

NE : Número estructural calculado a partir del módulo resiliente de la Subrasante.

NE : Número estructural calculado a partir del módulo resiliente de la Subbase

NE : Número estructural calculado a partir del módulo resiliente de la Base.

2.2.2 Formula Aashto 93 Pavimento de Concreto Asfáltico

EE = (NEi + 25.4) * 10 * MRi

B = 0.40 +  

EE = Ejes equivalentes de 80 KN (8.16 ) de rueda doble

NE = Números estructurales en mm

pf = Indice de serviciabilidad final del pavimento

pi = Indice de serviciabilidad inicial del pavimento

ZR = Coeficiente estadístico asociado a la confiabilidad

So = Desviación estándar combinada en la estimación de los parámetros

MRi= Módulo resiliente de la capa i en MPa

2.2.3 Verificación por Capas

easf. NE / aasf

ebase (NE - easf* aasf) / 0.13

esubbase (NE - ebase * 0.13 – easf* aasf) / 0.11

2.2.4 Verificación de Potencial de Rigidez de las Capas No Ligadas (Verificación Método Shell)

Espesor de la Subbase:

k = 0.2 (esubbase) esubbase en mm

Se debe verificar k * MRsubrasante MRsubbase

Si no cumple  aumentar esubbase

Espesor de la base:

k = 0.2 (ebase) ebase en mm

Se debe verificar k * (k * MRsubrasante) MRbase

Si no cumple  aumentar ebase

...