MÉTODO DE DISEÑO AASHTO PARA LA CARRETERA BARBOSA – MONIQUIRA

DATOS DE ENTRADA

Repeticiones de carga (N): 1.38 X 107

Temperatura media anual: 16.5˚C – 61.7˚F Modulo de elasticidad del concreto asfaltico (E): 2500 Mpa1 - 362,594.25 psi CBR base granular: 80% CBR sub base granular: 20% CBR de la subrasante: 1.2% Carretera interdepartamental Desviación estándar: 0.452

Base estabilizada con rajón

NIVELES DE CONFIABILIDAD SUGERIDOS PARA DIFERENTES CARRETERAS

NIVEL DE CONFIABILIDAD RECOMENDADO

CLASIFICACIÓN URBANA RURALAutopistas interestatales y

otras 85 – 99.9 80 – 99.9

Arterias principales 80 – 99 75 – 95Colectoras de tránsito 80 – 95 75 – 95

Carreteras locales 50 – 80 50 – 80Tabla 1

Tabla 2

1 Este modulo fue sacado de tablas de método mecanicista para la temperatura media anual de nuestra carretera. 2 Este valor es de acurdo al tipo de pavimento, en el diseño presentado es pavimento flexible.

CALIDAD DE DRENAJE TERMINO PARA REMOCIÓN DE AGUA

Excelente 2 horas Buena 1 día

Aceptable 1 semana Pobre 1 mes

Muy pobre (el agua no drena)

CALIDAD DEL DRENAJE

% DE TIEMPO DE EXPOSICIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO A NIVEL DE HUMEDAD PRÓXIMOS A LA SATURARON

< 1% 1 – 5% 2 – 25% > 25%Excelente 1.40 – 1.35 1.35 – 1.30 1.30 – 1.20 1.20Bueno 1.35 – 1.25 1.25 – 1.15 1.15 – 1.00 1.00Aceptable 1.25 – 1.15 1.15 – 1.05 1.00 – 0.80 0.80Pobre 1.15 – 1.05 1.05 – 0.80 0.80 – 0.60 0.60Muy pobre 1.05 – 0.95 0.95 – 0.75 0.75 – 0.40 0.40

Tabla 3

De acuerdo con las anteriores tablas se obtiene lo siguiente:

Confiabilidad carretera interdepartamental: 90% Calidad de drenaje: bueno Tiempo estimado de evacuación de agua en la carretera: 1 día % de tiempo de exposición de la estructura del pavimento a nivel de humedad

próximos a la saturación: 1% Nivel de servicio

PO = 4.0; Pf = 2.5

ΔPSI = 1.5

CÁLCULOS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO SIN LA SUBRASANTE ESTABILIZADA

CAPA ASFÁLTICA (1)

BASE GRANULAR (2)

SUB BASE GRANULAR (3)

SUBRASANTE

SN

Coeficientes de las capas

CAPA ASFÁLTICA

Según la grafica 2.5 el a1 =0.40

BASE GRANULAR

Según la grafica 2.6 el a2 = 0.133

SUB BASE GRANULAR

Según la grafica 2.7 el a3 = 0.094

coeficiente de drenaje bueno (1 día)

CAPA ASFÁLTICA

m1 = 1

BASE GRANULAR (tabla 3)

m2 = 1.25

SUB BASE GRANULAR (tabla 3)

m3 = 1.25

correlaciones de modulo resiliente y CBR de los materiales

BASE GRANULAR

MR = (4326 * Ln CBR) + 241MR = (4326 * Ln 80) +241MR = 19198 psi

SUB BASE GRANULAR

MR = (4326 * Ln CBR) + 241MR = (4326 * Ln 20) + 241MR = 13200 psi

SUBRASANTE

MR = 750 * CBR MR = 750 * 1.2MR = 900 psi

números estructurales de cada capa (SN) según grafica 3.1

SN Total = 9.4

SN1 carpeta asfáltica = 3.7

SN2 = 4.4

SN2 base granular = 4.4 - 3.7 = 0.7

Espesores de las capas estructurales

SN1 = a1 * m1 * d1

d1 = SN1 / (a1 * m1)

CAPA ASFÁLTICAd1 = SN1 / (a1 * m1)d1 = 3.7 / (0.4*1) d1 = 9.25”

BASE GRANULARd2 = SN2 / (a2 * m2)d2 = 0.7 / (0.133 * 1.25)d2 = 4.21” este espesor no cumple con el mínimo que es 6”

d2 = 6”SN2 = 0.133 * 1.25 * 6” SN2 = 0.998 corregido

SUB BASE GRANULAR

SN3 = SN Total – (SN1 + SN2 corregido)SN3 = 9.4 – (3.7 + 0.998)

SN3 = 4.7

d3 = SN3 / (a3 * m3) d3 = 4.7 / (0.094 * 1.25) d3 = 40”

Esquema general de la estructura

CÁLCULOS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO SIN LA SUBRASANTE ESTABILIZADA

24 cm16 cm

102 cm

9.25”6.00”

40.0”

CARPETA ASFÁLTICABASE GRANULAR

SUB BASE GRANULAR

Modulo resiliente de la subrasante estabilizada = 200 Mpa Coeficiente de capa = 0.08

Coeficientes de las capas

SN TOTAL

CARPETA ASFÁLTICA (1)

BASE GRANULAR (2)

SUB BASE GRANULAR (3)

SUBRASANTE ESTABILIZADA (4) ()()()(4)

CAPA ASFÁLTICA

Según la grafica 2.5 el a1 =0.40

BASE GRANULAR

Según la grafica 2.6 el a2 = 0.133

SUB BASE GRANULAR

Según la grafica 2.7 el a3 = 0.094

SUBRASANTE ESTABILIZADA CON RAJÓN

a4 = 0.08

coeficiente de drenaje bueno (1 día)

CAPA ASFÁLTICA

m1 = 1

BASE GRANULAR (tabla 3)

m2 = 1.25

SUB BASE GRANULAR (tabla 3)

m3 = 1.25

SUBRASANTE ESTABILIZADA CON RAJÓN (tabla 3)

m4 = 1.25

correlaciones de modulo resiliente y CBR de los materiales

BASE GRANULAR

MR = (4326 * Ln CBR) + 241MR = (4326 * Ln 80) +241MR = 19198 psi

SUB BASE GRANULAR

MR = (4326 * Ln CBR) + 241MR = (4326 * Ln 20) + 241MR = 13200 psi

SUBRASANTE ESTABILIZADA CON RAJÓN

MR = 100 Mpa = 14503.77psi

números estructurales de cada capa (SN) según grafica 3.1

SN Total = 9.4

SN1 carpeta asfáltica = 3.7

SN2 = 4.4

SN2 base granular = 4.4 - 3.7 = 0.7

SN3 = 4.4

SN3 sub base granular = 4.4 – (3.7+0.7) = 0SN4 subrasante estabilizada con rajón = 9.4 – (3.7 + 0.7 + 0) = 5

Espesores de las capas estructurales

SN1 = a1 * m1 * d1

d1 = SN1 / (a1 * m1)

CAPA ASFÁLTICAd1 = SN1 / (a1 * m1)d1 = 3.7 / (0.4*1) d1 = 9.25”

BASE GRANULARd2 = SN2 / (a2 * m2)d2 = 0.7 / (0.133 * 1.25)d2 = 4.21” este espesor no cumple con el mínimo que es 6”

d2 = 6”SN2 = 0.133 * 1.25 * 6” SN2 = 0.998 corregido

SUB BASE GRANULAR SN3 = 0

d3 = SN3 / (a3 * m3) d3 = 0/ (0.094 * 1.25) d3 = 0

SUBRASANTE ESTABILIZADA CON RAJÓN d4 = SN4 / (a4 * m4) d4 = 5 / (0.08 * 1.25) d4 = 50”

Esquema general de la estructura

24 cm

16 cm

127 cm

9.25”

6.00”

50.0”

CARPETA ASFÁLTICA

BASE GRANULAR

SUBRASANTE ESTABILIZADA

¿Qué dice el manual de la AASHTO con respecto a la relación CBR y Modulo Resiliente?

Traducción fragmento de AASHTO guide for design of pavement structures

Es de conocimiento para muchas entidades que al no tener un equipo para realizar una ensayo de modulo resiliente se debe recurrir a factores adecuados que pueden ser usados para determinar MR a partir del valor estándar CBR. El desarrollo de estos valores está basado en el conocimiento de correlaciones. Es fuertemente recomendado que las entidades adquieran al equipo necesario parta medir MR. En cualquier caso un diseño de experimento bien planeado es esencial en orden de obtener correlaciones confiables. Un rango de tipo de suelos, saturación y densidades deben ser incluidas en el programa de prueba para identificar los efectos principales.

Heukelom y klom han reportado correlaciones entre el valor CBR, usando compactación dinámica y el modulo in situ del suelo. La correlación es dada por la siguiente relación:

Los datos de la cual esta correlación fue desarrollada esta en un rango entre 750 a 3000 veces CBR. Esta relación ha sido usada extensamente por agencias de diseño e investigadores y es considerado razonable para suelos de grano fino y con un CBR saturado de 10 o menos. El CBR debe corresponder a la densidad de campo esperada.

Similares relaciones han sido desarrolladas por el asphalt intitute las cuales relacionan el valor R con MR:

A = 722 a 1155

B = 369 a 555

Para los propósitos de esta guía la siguiente correlación puede ser usada para suelos de grano fino (R < = 20) hasta que los diseñadores desarrollen las propias:

Esa discusión resume como convertir CBR y R a modulo resiliente para el suelo de subrasante. Información similar es provista para materiales granulares en la sección 1.6 materiales de construcción.

“El valor modulo resiliente para estructuras de pavimento debe ser normalmente basado en las propiedades de la capa compacta de la subrasante. Esto puede, en algunos casos, ser necesario incluir consideración de la fundación no compacta si estos materiales “in situ” son especialmente débiles. Es importante destacar que el diseño de la estructura de pavimento dado en esta guía es basado en el valor promedio de MR. Aunque la confiabilidad considera la variación de muchos factores asociados al diseño, esta es tenida en cuenta ajustando el tráfico de diseño. (Ver capitulo 4)el trafico de diseño es el valor esperado de 18 kips ESAL’s durante el

periodo de diseño. El diseño no debe seleccionar un valor de diseño de MR basado en criterios mínimos o conservadores porque esto agregara un incremento al conservatismo en el diseño mas allá del provisto por el factor de seguridad.”

1.6 materiales de construcción

En orden de completar los requerimientos de diseño para pavimentos flexibles, puede ser necesario convertir CBR o R a modulo resiliente MR. En la ausencia de correlaciones de entidades, las siguientes correlaciones son provistas para material granular no ligado (base y sub base)

Θ (psi) MR (psi)

100 740 x CBR o 1000+780*R

30 440 x CBR o 1000+450*R

20 340 x CBR o 1000+350*R

10 250 x CBR o 1000+250*R

Donde:

Θ= la suma de los esfuerzos principales, σ1 + σ2+ σ3; con referencia a AASHTO T274 este corresponde a σd+3 σ3 cuando σd = σ1 – σ3

3

CONCLUSIONES

De acuerdo con la primera alternativa se obtuvo que la sub base granular es bastante grande, esto se debe a que nuestra subrasante es demasiado mala ya que tiene un CBR de 1.2.

En la segunda alternativa también se obtuvieron tres capas la diferencia es que no hay sub base granular por consiguiente el espesor de la subrasante estabilizada aumenta aunque esto hace que también aumenten los costos.

3 Pagina I-15 manual de diseño AASHTO

Debido a que el modulo resiliente es grande para la subrasante estabilizada hace que el numero estructural para la capa de la sub base granular que depende de este sea cero por consiguiente la sub base se omite en esta alternativa.

La mejor alternativa es la primera ya que es un diseño menos robusto esto hace que los costos disminuyan un poco es decir que la propuesta sea viable.

El espesor de la carpeta asfáltica de las dos alternativas fue de 24 cm este es un valor bastante grande lo que indica que no todo se puede trabajar con una mezcla fina pues esto saldría más costoso, por lo anterior se recomienda usar los primeros 10 cm un mezcla MDC – 1 y para los 14 cm sobrantes usar una mezcla un poco más gruesa como la MDC – 0