1.0 introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf
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PavimentosIng. Johny Bendezu Acero
UNH-2014
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Pavimentos-UNH 2
Libro de Texto :• Huang, Y. H.,2004. Pavement Analysis and Design, Prentice Hall.
Referencias :
• AASHTO, 1986. Guide for Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials.
• Asphalt Institute. Thickness Design-Asphalt Pavement for Highways & Streets, Manual Series Nº1, Asphalt Institute.
• Yoder, E.J., 1979, Principles of Pavement Design, Wiley, New York.
• PCA,1984, Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements, Portland Cement Association.
• NCHRP.2004. Guide for Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitates Pavement Structures.
• Reyes Lizcano, F.A.2003. Diseño Racional de Pavimentos, Centro Editorial Javeriano.
• Montejo Fonseca, A. 2001.Ingeniería de Pavimentos para Carreteras, 2da Edición, Universidad Católica de Colombia.
• Ullidtz P.1987. Pavement Analysis, Elservier.
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1.0 Introducción al Diseño de
Pavimentos
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1.1 Conceptos Generales
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Pavimentos-UNH 5
“……..Si se da a dos diseñadores la tarea de
diseñar un pavimento para una vida útil de
20 años, el primero puede considerar que
hizo un buen diseño si no apareció ninguna
grieta en 20 años, mientras que el segundo
estará satisfecho si el último vehículo pudo
circular el año 20 desde la construcción”
AASHTO Test Report 5, 1962
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¿Qué es el pavimento?
• Estructura conformada por una o varias
capas de materiales apoyados
íntegramente sobre el terreno, se diseñan
y construyen técnicamente con
materiales apropiados preparadas para
soportar las cargas repetidas del transito,
en diferentes condiciones climáticas, sin
agrietarse o deformarse excesivamente y
con capacidad de transmitirlas a los suelos
de sub--rasante y de fundación, sin
provocar hundimientos o asentamientos
excesivos, dentro de un rango de
serviciabilidad y durante el periodo de
tiempo para el cual fue diseñado la
estructura del pavimento.
Pavimentos-UNH 6
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Pavimentos-UNH 7
¿Qué es el diseño de pavimentos?
• Es el proceso por el cual los componentes estructurales(carpeta, losa, base, sub base, subrasante) de un segmento decarretera son determinados tomando en consideración lanaturaleza de la sub-rasante, las consideraciones ambientales,densidad y composición del tráfico, y las condiciones demantenimiento.
• Considerando que el pavimento es la parte superior de unacarretera, aeropuerto o zona de parqueo e incluye todas lascapas que se apoyan en el suelo natural, incluidas las bermas.
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Pavimentos-UNH 8
¿Qué es el diseño de pavimentos?
• En forma resumida el diseño de la estructura del pavimentoes:
ESTABLECER ESPESORES Y RIGIDECES DE LOS MATERIALES PARA MANTENER LA VIA BAJO UN CIERTO
NIVEL DE DETERIORO Y CONFORT
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Pavimentos-UNH 9
¿Cuáles son las fases del diseño de
pavimentos?
• Estudio de la subrasante
• Selección de los materiales (tipos de pavimentos)
• Proporcionamiento de los materiales
• Estudio del tráfico
• Diseño de los espesores de cada capa
• Análisis del ciclo de vida (incluido mantenimiento y tipode ejecución)
• Determinación de espesores finales
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Pavimentos-UNH 10
¿Cuáles son las funciones de la
estructura de pavimento?
• Proporcionar a los usuarios circulación segura, cómoda yconfortable sin demoras excesivas.
• Proporcionar a los vehículos acceso entre dos puntos bajocualquier condición de clima. Reducir y distribuir la carga detráfico para que esta no dañe la subrasante.
• Cumplir requerimientos medio ambientales y estéticos.
• Limitar el ruido y la contaminación del aire.
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Pavimentos-UNH 11
¿Qué requisitos debe cumplir una
estructura de pavimento? (1)
• Suficiente espesor para que la intensidad de las cargas ypresiones sea tolerable por la subrasante, sin deformacionesexcesivas.
• Resistencia suficiente de los componentes para asumir losesfuerzos impuestos por el tráfico y el clima.
• Suficiente espesor para prevenir el efecto del congelamiento ensubrasantes.
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Pavimentos-UNH 12
¿Qué requisitos debe cumplir una
estructura de pavimento? (2)
• El material del pavimento debe ser impermeable a la penetracióndel agua superficial que pudiera debilitar la subrasante yconsecuentemente el pavimento o en su defecto facilitar lacirculación del agua disminuyendo su permanencia en laestructura.
• La superficie del pavimento debe ser resistente al deslizamiento.
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Pavimentos-UNH 13
Evolución del
estado de los
caminos
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Pavimentos-UNH 14
Los enemigos
de la carretera
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1.2Desarrollo Histórico de los
Pavimentos
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Pavimentos-UNH 16
Reseña Histórica
• Los romanos construyeron 84,000 km de vías empedradaselevadas del nivel de rasante apoyadas en una estructura depiedras grandes
• Los incas y preincas construyeron caminos peatonales de granlongitud con superficies de piedra y arena.
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Pavimentos-UNH 17
Reseña Histórica
• En Francia en el siglo XVII se construyeron vías de poco anchocon superficie de rodadura formada por piedras pequeñas, yarena
• En EEUU e Inglaterra en 1830 se emplea el asfalto y arenacomo protección de la carretera
• En Austria en 1850 se emplea por primera vez el pavimentorígido
• En 1900 aparecen los vehículos a motor con neumáticos
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Pavimentos-UNH 18
Reseña Histórica
• Pierre Trasaguet finales del siglo XVII,introduce el concepto de que elpavimento debe contar con un buendrenaje y que requiere unmantenimiento continuo.
• John McAdam (1756-1836), lasubrasante con drenaje y adecuadacompactacion debe soportar la cargamientras que la superficie derodadura está conformada por piedrachancada de diferentes tamaños queactúa también como una capa deprotección.
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Pavimentos-UNH 19
Reseña Histórica
Comparación de estructuras de pavimento – Diseño de Macadam Romano
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Pavimentos-UNH 20
Reseña Histórica
• En 1941 en EEUU seefectúa el ensayo en pistade prueba de Maryland ,donde se analiza el efectode 4 configuracionesdiferentes de pavimentosde concreto.
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Pavimentos-UNH 21
Reseña Histórica
• En 1955 en EEUU se lleva acabo el ensayo en pista deprueba WASHO, donde seanaliza el efecto de 4configuraciones de ejes decarga en pavimentosflexibles.
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Pavimentos-UNH 22
La pista de prueba AASHOReseña Histórica
• En 1962 se realiza en EEUU elensayo en pista de prueba AASHO,en Ottawa Illinois, donde sedesarrolla la relación entre elnúmero de repeticiones de undeterminado eje de carga dediferente magnitud y configuracióny el comportamiento de diferentessecciones de pavimentos rígidos yflexibles.
• Costo $27 millones (1960 ).
• Concebido y auspiciado por la
American Association of State
Highway Officials (AASHO).
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Pavimentos-UNH 23
Pista de Pruebas AASHO
Ubicación 1958 - 1961
AASHO Road Test
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Pista de Pruebas AASHO - Etapas
• Construcción:
Agosto 1956 - Septiembre 1958.
• Pruebas de Trafico:
Octubre 1958 - Noviembre 1960.
• Estudios especiales:
primavera y commienzos del
verano 1961.
Pavimentos-UNH 24
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Pavimentos-UNH 25
Pista de Pruebas AASHO
• Seis circuitos de prueba de dos carriles.
• Circuito 1: No sujeto a trafico, usado para pruebas de efectos
ambientales.
• Circuito 2 al 6: Sujeto a diferentes configuraciones de trafico.
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 26
Pista de Pruebas AASHO
Mapa de la pista de pruebas AASHO
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27
AASHO Road Test
Pesos y distribución de ejes usados en circuitos
de la AASHO Road Test
Vehículos usados en la pista de prueba AASHO
Pavimentos-UNH
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Pavimentos-UNH 28
Secciones ensayadas en la pista de
pruebas AASHO
SECCIONES TÍPICAS
368 secciones de pav. rígido 486 secciones de pav. flexible
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Subrasante
Pavimentos-UNH 29
• Profundidad promedio de congelamiento 28 pulg (711 mm)
(para suelos finos)
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Temperatura
Pavimentos-UNH 30
• Temperatura media (Julio) 76°F (24.5°C)
• Temperatura media (Enero) 27°F (-2.8°C)
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Lluvia
Pavimentos-UNH 31
• Precipitación media anual 34 pulg (837 mm)
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Pavimentos-UNH 32
Materiales de las Secciones Flexibles
• MAC
– Denso-graduado
– Pen asfalto 85-100
• Base
– Piedra caliza chancada
– 10% pasante No. 200
– CBR promedio = 107.7
• Subbase
– Mezcla Arena/grava
– 6.5% pasante No. 200
– CBR = 28 – 51
• Subrasante
– Suelo A-6 (limo/arcilla)
– 82% pasante No. 200
– CBR promedio = 2.9
– Optimo wc = 13%
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 33
Secciones Flexibles
• MAC
– 1 a 6 pulgadas de espesor
• Base
– 0 a 9 pulgadas de espesor
• Subbase
– 0 a16 pulgadas de espesor
• Sección mas gruesa
– 6 pulgadas MAC
– 9 pulgadas de base
– 16 pulgadas de subbase
– Usado para cargas pesadas
– PSI de 2.6 a 3.6 al final de la prueba
• Sección mas delgada
– 1 pulgada MAC
– Usado para cargas livinas
– 8 a 25 ESALs para la falla
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 34
Comportamiento de las Secciones
Flexibles
• La mayoría fallo
• Aun las secciones mas gruesas sufrieron daño apreciable
• La mayoría fallo durante el deshielo de primavera
– La acción de la helada fue el factor principal
– Las bases y subbases más gruesas ayudaron a mitigar la
acción de la helada
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 35
Materiales de las Secciones Rígidas
• Cemento
– Tipo I
– 564 lb/yd3
• Concreto de Cemento Portland
– Máximo a/c = 0.47
– Resistencia a la compresión 14-días = 3500 psi (246 kg/cm2)
– Resistencia a la flexión 14-días = 550 psi (387 kg/cm2))
– Slump = 1.5 a 2.5 pulgadas
– Máximo tamaño del agregado = 1.5 y 2.5 pulgadas
• Las secciones de la Subbase y subrasante fueron las mismasque de las flexible
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 36
Secciones Rígidas
• Losa
– 2.5 a 12.5 pulgadas de
espesor
• Subbase
– 0 a 9 pulgadas de espesor
• Dowels
– Todas tuvieron dowels
– Tamaños variados
• Sección mas gruesa
– 12.5 pulgadas losa
– 9 pulgadas subbase
– Usado para cargas pesadas
– PSI de 4.2 a 4.5 al final de la
prueba
• Sección mas delgada
– 2.5 pulgadas losa
– Usado para cargas livianas
– PSI de 4.2 a 4.4 al final
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 37
Comportamiento de las Secciones Rígidas
• La mayoría no fallo
• El PSI en la mayoria de las secciones al final de la prueba fue
alrededor de 3.8 a 4.4
AASHO Road Test
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Pavimentos-UNH 38
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Serviciabilidad
Concepto desarrollado durantebla prueba AASHO.
Definición:
“La capacidad de una sección especifica de
pavimento para servir el trafico en su estado
actual”.
Pavimentos-UNH 39
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Pavimentos-UNH 40
Relación Presente de Serviciabilidad (PSI)
Definición:
“la habilidad actual de un pavimento para servir
el trafico es conocido como servisiabilidad”.
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Pavimentos-UNH 41
Resultados de Serviciabilidad en la Pista
de Pruebas AASHTO
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Version 1993
Pavimentos-UNH 42
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Guía de Diseño de Pavimentos AASHOMetodología empírica de diseño basada en la prueba AASHO a
finales de los 50s.
Diferentes versiones
1961 (Guía interina) , 1972, 1986.
• La version de 1986 incluia caracterización de material refinado.
1993
• Mas en rehabilitación
• Mas consistente entre diseños flexibles y rígidos.
• La versión actual es para procedimientos de diseño flexible.
1998
• Guía suplementaria para diseño de pavimento rígido (version
actual)
Pavimentos-UNH 43
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Pavimentos-UNH 44
Reseña Histórica
• En 1997 se inicia en EEUU SHRP (Strategic HighwayResearch Program)
• Pista de Pruebas West Track iniciada en el año 1996
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Pavimentos-UNH 45
Pistas de Prueba Actuales
Pista de prueba NCAT
![Page 46: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/46.jpg)
Pavimentos-UNH 46
Pista Oeste
![Page 47: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/47.jpg)
Pavimentos-UNH 47
CEDEX Pista de Pruebas Acelerada
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ATREL accelerated pavement testing
tections
Pavimentos-UNH 48
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Pavimentos-UNH 49
Guía de Diseño AASHTO 2008• Desarrollada como la guía de Estructuras de Pavimentos
basada en métodos mecanísticos-empìricos (M-E) ysustentada en un programa de computo.
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Pavimentos-UNH 50
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1.3Tipos de Pavimentos
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Pavimentos-UNH 52
Tipos de Pavimentos
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Pavimentos-UNH 53
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Estructura Típica de un Pavimento Asfaltico
Pavimentos-UNH 54
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Pavimentos-UNH 55
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Distribución de las Solicitaciones en un
Pavimento Flexible
Pavimentos-UNH 56
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Mecanismo de Funcionamiento de un
Pavimento Flexible
Pavimentos-UNH 57
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Pavimentos-UNH 58
Tipos de Pavimentos Flexibles
• Parcial (partial depth)
• Completo (full depth)
• Losa continua de asfalto-piedra (continuous rock asphaltmat-CRAM)
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Tipos de Pavimentos Flexibles
Pavimentos-UNH 59
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Full Depth
Pavimentos-UNH 60
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Pavimentos-UNH 61
Tratamientos Superficiales
Tratamiento superficial bituminoso
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Tratamientos Superficiales)CONSERVACION VIAL POR NIVELES DE SERVICIO
EMP-PE-3S (IZCUCHACA) – HUANCAVELICA-PLAZAPATACASTROVIRREYNA-TICRAPO-
PAMPANO Y STA. INES – PILPICHACA - RUMICHACA
Pavimentos-UNH 62Tratamiento con Otta Seal
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Asfaltos de Pavimentación
Pavimentos-UNH 63
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Planta de asfalto
Pavimentos-UNH 64
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Planta de asfalto
Pavimentos-UNH 65
![Page 66: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/66.jpg)
Distribución del concreto asfaltico
Pavimentos-UNH 66
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Pavimentos-UNH 67
Estructura Tipica de un Pavimento Rigido
Espesores tienen
una rango de 200
mm a 325 mm para
carreteras
interestatales en
U.S.
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Pavimentos-UNH 68
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Pavimentos-UNH 69
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Pavimentos 70
qt = 0,22 kgf/cm2
qc = 7,5 kgf/cm2
20 cm
30,4 cm
88,7 cm
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE CARGA DE UNA PLACA DE CONCRETO
(carga en el interior, seg. PCA)
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LOSAS DE CONCRETO SIMPLE CON
JUNTAS (JPCP)
Pavimentos-UNH 71
• Juntas menor espaciadas
• Sin dowels
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LOSAS DE CONCRETO CON JUNTAS
(REFORZADAS POR CONTRACCION Y
TEMPERATURA- JRCP).
Pavimentos-UNH 72
• Acero de refuerzo
• Mayor espaciamiento de juntas
• Requiere dowels
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LOSAS DE CONCRETO CON JUNTAS
(REFORZADAS PARA ACCION
ESTRUCTURAL - CRCP)
Pavimentos-UNH 73
• Acero de refuerzo
• No juntas
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LOSAS DE CONCRETO POSTENSADO,
CON JUNTAS MUY ESPACIADAS (PCP)
Pavimentos-UNH 74
• Esfuerzo compresivo preaplicado
• Menor mantenimiento
• Mayor tiempo de vida
![Page 75: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/75.jpg)
Colocación del concreto
Pavimentos-UNH 75
![Page 76: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/76.jpg)
Pavimentos Rígidos
Pavimentos-UNH 76
![Page 77: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/77.jpg)
Estructura Típica de un Pavimento
Articulado
Pavimentos-UNH 77
![Page 78: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/78.jpg)
Pavimentos-UNH 78
![Page 79: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/79.jpg)
Pavimentos 79
HR
ÁREA GRANDE DE DISTRIBUCIÓNDE CARGA
PRESIÓN PEQUEÑAEN LA FUNDACIÓN DELPAVIMENTO
HF
PRESIÓN GRANDE EN LA FUNDACIÓN DELPAVIMENTO
ÁREA PEQUEÑA DE DISTRIBUCIÓNDE CARGA
CONCRETO ASFALTO
COMPARACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS EN PAVIMENTOS
EQUIVALENTES
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Pavimentos Asfalticos vs Pavimentos Rígidos
Pavimentos-UNH 80
![Page 81: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/81.jpg)
1.2Factores de Diseño
![Page 82: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/82.jpg)
Pavimentos-UNH 82
Factores de Diseño de los Pavimentos
![Page 83: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/83.jpg)
Pavimentos-UNH 83
Factores de diseño
![Page 84: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/84.jpg)
Pavimentos-UNH 84
Factores de Diseño de los Pavimentos
![Page 85: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/85.jpg)
1.4 Métodos de Diseño de
Pavimentos
![Page 86: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/86.jpg)
Pavimentos-UNH 86
Estado del Conocimiento y la Práctica
Estado de la
PracticaEstado del
arte
Actual Estado
de la Practica
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Pavimentos-UNH 87
Métodos de Diseño de Pavimentos
• METODOS EMPIRICOS
– Reglas prácticas
– CBR, Kansas, etc.
– Esfuezo cortante límite
– Deflexión límite
– Regresión basada en el comportamiento
– PCA
– AASHTO 1993
![Page 88: 1.0 Introducción al diseño de pavimentos unh 2014(1).pdf](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022020417/55cf930d550346f57b9b4dfe/html5/thumbnails/88.jpg)
Pavimentos-UNH 88
Métodos de Diseño de Pavimentos
• MECANISTICOS EMPIRICOS
– Instituto del Asfalto
– SHELL
– AASHTO 2008
• METODOS MECANISTICOS
– Soluciones analíticas (Watergaad, etc)
– Soluciones numéricas (elementos finitos,
probabilístico, etc)
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Marco General del Diseño de Pavimentos
Pavimentos-UNH 89