pavimentos i
DESCRIPTION
MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLESTRANSCRIPT
PAVIMENTOS I
PAVIMENTOS I
MÉTODO AASHTO PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
Presentado por:
Javier Danilo Páez herrera
ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES INGENIERIA CIVIL
BOGOTÁ
PAVIMENTOS I
INTRODUCCION En el presente trabajo se desarrollara por la metodología AASHTO 1993 para diseño
de Pavimentos Flexibles con TPDS entre 4000 y 5000 en un tramo de 50 metros en
el proyecto Vial Bosa – Granada – Girardot en la cual se determinaran las
respectivas condiciones de diseño de acuerdo a este metodo
PAVIMENTOS I
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION ................................................................................................... 2
1.2. Condiciones climáticas. ............................................................................. 5
1.3. Periodo de diseño ..................................................................................... 7
1.4. Estimación del Transito ............................................................................. 7
1.5. Transito estimado...................................................................................... 7
1.6. Número de Ejes Equivalentes en el periodo de diseño ............................. 9
1.7. Tasa de crecimiento del tránsito .............................................................. 10
2. Proyección del transito .................................................................................. 11
2.2. Regresión lineal ...................................................................................... 11
2.3. Tendencia logarítmica ............................................................................. 14
3. Procedimiento ......................................................................................... 16
CONCLUSIONES ................................................................................................ 21
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 22
PAVIMENTOS I
1. Proyecto Vial Bosa – Granada – Girardot
El proyecto vial Bosa – Granada – Girardot forma parte de la red troncal nacional
pavimentada e integra, con otros proyectos del corredor Bogotá– Buenaventura.
El proyecto cuenta con dos sectores claramente definidos y de características
diferentes,un sector urbano que recorre parte del municipio de Soacha hasta la Té
del Salto, y unsector rural que1 comprende el tramo desde Té del Salto hasta la
intersección de San Rafael. 1 El proyecto vial atraviesa los Departamentos de
Cundinamarca y Tolima. Un total de 8 municipios y 27 veredas se encuentran
involucrados en Cundinamarca y 5 municipios y 7 veredas en el departamento del
Tolima. En el sector rural en el departamento de Cundinamarca, se encuentran los
municipios de Sibaté, Soacha, Granada, Silvania, Tibacuy, Fusagasugá, Nilo y
Ricaurte y en el Tolima los municipios de Icononzo, Melgar, Suárez, Carmen de
Apicalá y Flandes. El proyecto tiene una longitud de 121.6 Km, e inicia en la Sabana
de Bogotá en el punto de referencia PR (123+690) de la Ruta 40-05, recorre
paralelamente los valles de los ríos los Chochos y Sumapaz, atraviesa el río
Magdalena y termina en proximidades del municipio del Espinal en Tolima en el PR
0+000 de la Ruta 45-TLG.
Localización Del Proyecto
Fuente: Planos Localización proyecto de la Concesión Autopista Bogotá-Girardot S.A.
1 Pliego de Condiciones Apéndice No 2 Licitación INCO No. 001 de 2003
PAVIMENTOS I
Características Del Proyecto
Sección Transversal: (5)
Variantes: (2)
Variante Fusa : 3 500 m
Variante Melgar: 4 000 m
Rectificación K63+219 al K64+128: 909 m
Túnel Unidireccional: 4 105 m
Viaductos: (9) L: 1 590 m
Puentes (17) L: 351 m
Intersecciones (5)
Ampliación a Doble Calzada: 110 545 m
Fuente de Ingresos: Cesión de dos (2) casetas de peaje
(Chusacá y Chinauta)
Registros de precipitación entre 7000 mm - 8000 mm anuales
Registros de temperatura promedio entre 25°C y 30°C
1.2. Condiciones climáticas.
Mapa del tiempo en Girardot - Lugares cercanos
Grafica. 1. Mapa de lugares cercanos Girardot
Fuente.http://www.accuweather.com/es/co/girardot/102156/weatherforecast/10215
PAVIMENTOS I
Temperatura: El clima que predomina en la región de Girardot es cálido y bastante
seco con una temperatura que oscila entre 28° y 30°C promedio y una precipitación
de 1,026 mm mensuales, distinguiéndose básicamente dos temporadas más secas
"verano" y dos temporadas de lluviosidad conocidas como épocas de "invierno".
Habitantes: 130.000
Area urbana: 11.300 metros cuadrados.
Area rural: 1.782 metros cuadrados.
Area total: 12.082 metros cuadrados.
Altitud: 289 metros sobre el nivel del mar.
Grafica. 2.Clima de Girardot
Fuente.http://www.worldmeteo.info/es/america-del-sur/colombia/girardot/tiempo-100423/ Hidrografía de Girardot
Los recursos hídricos más importantes de la región son los ríos Magdalena y
Bogotá. Las aguas del río Magdalena se utilizan como abastecimiento para la planta
de tratamiento del agua potable para el municipio así como para abastecer de agua
los predios agrícolas en forma de riego en las zonas adyacentes. Otra fuente de
recursos hídricos está conformada por una serie de quebradas como: El Encanto,
La Yegüera, San Lorenzo, El Buche, Agua Blanca, La Julia, Barzalosa, Presidente
y Berlín.
PAVIMENTOS I
1.3. Periodo de diseño
Se determina bajo los lineamientos del “Manual de Diseño de Pavimentos
de Medios y Altos Volúmenes de Transito”; con volúmenes de tránsito para
una estación con TPDS entre 4000 y 5000. Se define de acuerdo con la tabla
2.3 Del Manual de Diseño, y una proyección del tránsito de 10 años.
1.4. Estimación del Transito
Se determinan los criterios para determinar relaciones, pero todas ellas
calculan un índice de tránsito mixto, es decir, el equivalente destructivo del
tránsito total, expresado en términos de número acumulado de ejes
equivalentes de 8.2 Ton de un eje de referencia de cierta magnitud para
pavimentos flexibles.
1.5. Transito estimado
De acuerdo con los parámetros de medición de volúmenes vehiculares y con
base en información de movimiento de carga en las vías, se determinaron los
tipos de camiones y los volúmenes de tránsito y que utilizarían la vía objeto del
estudio
PAVIMENTOS I
Grafica. 3. Tipos de vehículo por eje
Fuente. Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos
volúmenes de tránsito. República de Colombia, Instituto Nacional de Vías,
1998.
PAVIMENTOS I
Fuente. Manual de Diseño de Pavimentos INVIAS
1.6. Número de Ejes Equivalentes en el periodo de diseño
Dado que los métodos usuales de diseño de pavimentos consideran el tránsito
en términos de las repeticiones equivalentes de un eje simple, con sistema de
rueda doble, de 80 kN, es necesario convertir el tránsito real esperado en
tránsito equivalente mediante el empleo de factores de daño apropiados,
según el tipo de vehículo. Dado que se estimaron unos vehículos destinados
al transporte de pasajeros y unos camiones del tipo C2P, para el
Tabla 1.Factores de daño para diferentes ejes
PAVIMENTOS I
establecimiento de los factores de daño para estos vehículos se ha procedido
de la siguiente manera: (I) para los buses y busetas se adoptó el valor 1.0
recomendado en la Tabla 3.5 del “Manual de diseño de pavimentos asfálticos
en vías con medios y altos volúmenes de tránsito” (INVÍAS 1998) y (II) para
los camiones C2P se ha supuesto, del lado de la seguridad, que ellos circulan
con el peso bruto máximo considerado para camiones medianos en el numeral
Partiendo de las anteriores consideraciones, las siguientes Tablas presentan
el cálculo de los ejes equivalentes con fines de diseño.
Tabla 2.Factor daño por tipo de vehículo.
TIPO DE VEHICULO
Factor de daño (FD)
Vacío Cargado
Autos 0.0
Bus grande 1.0
C2p 0.01 1.01
C2g 0.08 2.72
C3-C4 0.24 3.72
C5 0.25 4.88
>C5 0.26 5.23
Fuente. Manual INVIAS 1998
1.7. Tasa de crecimiento del tránsito
Se utiliza la información registrada en el Manual de Diseño de Bajos
Volúmenes de Transito para las series históricas Del Instituto Nacional de
Vías, en las carreteras con bajos volúmenes de tránsito durante el período
1996 a 2005.
Fuente. Ingeniería de pavimentos Alfonso Montejo
PORCENTAJE DEL TRANSITO TOTAL DE
CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEÑO
TABLA 5.40
No de carriles de la
calzada (2 direcciones)
% de camiones en
el carril de diseño
2 50
4 45
6 o mas 40
PAVIMENTOS I
Tabla 3.Análisis Estratigráfico del suelo
ENSAYO CON DINAMICO
2. Proyección del transito
2.2. Regresión lineal
La regresión lineal se compone:
𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏
Donde:
y= Variable dependiente x= Variable independiente
PAVIMENTOS I
Los coeficientes m y b son parámetros que definen la inclinación de la recta
Se escogen los registros de 5 años iniciando en el año 2015
m =
𝑚 =𝑛 ∑ 𝑥𝑦 − (∑ 𝑥)(∑ 𝑦)
𝑛 ∑ 𝑥2 − (∑ 𝑥)2
b =
𝑚 =𝑛 ∑ 𝑥𝑦 − (∑ 𝑥)(∑ 𝑥𝑦)
𝑛 ∑ 𝑥2 − (∑ 𝑥)2
Ў (TPDest) = mx (año)+b
𝑟2 = [𝑛 ∑ 𝑥𝑦 − (∑ 𝑥)(∑ 𝑦)
√(𝑛 ∑ 𝑥)2) ∗ (𝑛 ∑(𝑦2) − (∑ 𝑦)2)] 2
AÑO X X^2 Y(TPDS) Y^2 X*Y
2002 1 1 4,015 16,120,225 4015
2003 2 4 4,301 18,498,601 8602
2004 3 9 4,483 20,097,289 13449
2005 4 16 5,115 26,163,225 20460
2006 5 25 5,495 30,195,025 27475
SUMATORIA 15 55 23,409 111,074,365 74001
Fuente. Elaboración propia
PAVIMENTOS I
PROYECCION DEL TRANSITO A 10 AÑOS
AÑO X TPDS Y TPDS
proyección (EST)
2002 1 4,015 3,927
2003 2 4,301 4,304
2004 3 4,483 4,682
2005 4 5,115 5,059
2006 5 5,495 5,437
2007 6 5,814
2008 7 6,191
2009 8 6,569
2010 9 6,946
2011 10 7,324
2012 11 7,701
2013 12 8,078
2014 13 8,456
2015 14 8,833
2016 15 9,211
Є SUMATORIA 120 23,409 98,532
Fuente. Elaboración propia
y = 377.4x + 3549.6R² = 0.9636
4000
4200
4400
4600
4800
5000
5200
5400
5600
1 2 3 4 5
TPDs
AÑOS
REGRESION LINEAL
PAVIMENTOS I
2.3. Tendencia logarítmica
Regresión Logarítmica
La regresión logarítmica está dada por la siguiente expresión
𝑦 = 𝑏 + 𝑎𝑙𝑛𝑥
𝑙𝑛𝑎 =𝑛 ∑ 𝑙𝑛𝑥𝑦 − (∑ 𝑥)(∑ 𝑦)
𝑛 ∑ 𝑥2 − (∑ 𝑥)2
𝑙𝑛𝑎 =∑ 𝑦 − 𝑎(∑ 𝑙𝑛𝑥)
𝑛
AÑO X Ln X TPDS (y) Ln Y Ln X^2 Ln Y^2 LnX*LnY Ln (X*Y)
2002 1 0.00 4015 8.30 0.00 68.85 0.00 2.12
2003 2 0.69 4301 8.37 0.48 70.00 5.80 2.82
2004 3 1.10 4483 8.41 1.21 70.70 9.24 3.23
2005 4 1.39 5115 8.54 1.92 72.93 11.84 3.53
2006 5 1.61 5495 8.61 2.59 74.16 13.86 3.76
SUMATORIA 15 4.79 23409 42.22 6.20 356.64 40.74 15.45
Fuente. Elaboración propia
PAVIMENTOS I
PROYECCION DEL TRANSITO EN 10 AÑOS
2002 1 4,015 4152.60
2003 2 4,301 4391.34
2004 3 4,483 4531.00
2005 4 5,115 4630.08
2006 5 5,495 4706.94
2007 6 4769.74
2008 7 4822.83
2009 8 4868.82
2010 9 4909.39
2011 10 4945.68
2012 11 4978.51
2013 12 5008.48
2014 13 5036.05
2015 14 5061.57
2016 15 5085.33
SUMATORIA 120 23,409 71898.35
Fuente. Elaboración propia
Datos tomados de acuerdo a los TPDS entre 4000 y 5000.del INVIAS para bajos
volúmenes de tránsito.
y = 883.31ln(x) + 3836R² = 0.8528
4000
4200
4400
4600
4800
5000
5200
5400
5600
1 2 3 4 5
TPDS
AÑO
REGRESION LOGARITMICA
PAVIMENTOS I
3. Procedimiento
1. Cálculos de ejes equivalentes: De acuerdo a los registros históricos obtenidos
por el INVIAS para bajos volúmenes de transito TPD entre 4000 y 5000 se
realizó la proyección del tránsito y se determinó con el ello el cálculo del factor
camión y de ejes equivalentes tomando una tasa de crecimiento del 5 % de
acuerdo al tramo y proyecto de rehabilitación Proyecto Vial Bosa – Granada –
Girardot
𝑁 = 𝑇𝑃𝐷 𝑥 𝐴
100𝑥
𝐵
100𝑥 365 𝑥
(1 + 𝑟𝑛)
𝐿𝑛(1 + 𝑟) 𝑥 𝐹. 𝐶
AUTOS BUSES C - 2P C - 2G C - 3 - 4 C - 5 TOTAL
2,688 432 480 720 144 336 4,800
56.00% 9.00% 10.00% 15.00% 3.00% 7.00% 100.00%
El resultado de ejes equivalentes está en el rango de acuerdo a la equivalencia del
tránsito teniendo un resultado 3.74E+02 de ejes equivalentes para un periodo de 10
años.
TPDS 4,800
%VEH. PES-BUS 44.00%
% VEH PES 35.00%
TASA DE CREC. 5%
n 10
FACTOR CAMION 1.24
AÑO 365
EQUIVALENCIA AASHTO
Bajos ‹5*10^5
Medios 5*10^6›N›10^5
Altos N›5*10^6
PAVIMENTOS I
De acuerdo con esta metodología, la capacidad estructural del pavimento se define
en términos de número estructural SN. La ecuación básica para determinar el SN
es la siguiente:
Log ∆PSI
logW18=(ZR) (So) + (9.36) (log (SN+ 1) - 0.20 + 4.2 - 2.5 + (2.32) (log MR) - 8.07 0.40+ 1094 5.19
(SN+1)
W18 número de ejes equivalentes
ZR Desviación normal estándar
So Error estándar combinado
∆PSI diferencia entre el índice de serviciabilidad inicial y el índice de serviciabilidad final
MR módulo resiliente de la subrasante, psi
SN número estructural requerido
Representación grafica de la ecuación de acuerdo a los datos obtenidos para el
diseño
PAVIMENTOS I
Para ello se presentan las siguientes condiciones
Módulo de resiliencia del concreto asfaltico a 68° F = 450.000 lb/pulg²
Valor CBR del material de la carga de base = MR = 31000 lb/pulg²
Valor CBR del material de la capa de sub base = 22; Mr. = 13.500 Lb/pulg².
Valor CBR del material de la subrasante = 6.
Estructura adecuada del pavimento, Mr. de la subrasante= 6x 1.500
lb/pulg²= 9.000 lb/pulg ².
Nivel de confiabilidad (R) = 99 por ciento (el intervalo es 80 a 90.9 por ciento,
tabla 20,16)
Fuente. Ingeniería de Pavimentos para carreteras Alfonso Montejo.
Desviación estándar (So) = 0,49 (el intervalo es 0,4 a 0,5)
Índice de mantenimiento inicial pi= 4,5
Índice de mantenimiento terminal pt = 2,5
El coeficiente estructural de capa adecuado para cada material de construcción,
a) Valor del módulo de resiliencia del cemento asfaltico = 450.000 lb/pulg ²
donde a1 = 0,44
b) CBR del material de la capa de base = 100 a2 = 0,14
c) CBR del material de la capa de sub base = 2,2 a3 = 0,10
Se determinan los espesores adecuados de capa, con la ecuación.
𝑎1𝐷1 + 𝑎2𝐷2𝑚2 + 𝑎3𝐷3𝑚3
PAVIMENTOS I
Se pueden obtener varios valores de 𝐷1, 𝐷2, 𝐷3 con los que satisfaga el valor SN
Sin embargo, los espesores de capa se suelen redondear a incrementos de media
pulgada.
La selección de los distintos espesores de capa también se debe basar en
restricciones relacionadas con la práctica de mantenimiento y construcción, para
poder obtener un diseño practico. Por ejemplo es con frecuencia no práctico y
antieconómico, construir una capa con espesor menor que cierto valor mínimo.
Tabla 20,18 espesores mínimos sugeridos por la AASHTO.
Tabla 4. Espesores mínimos de capas en carreteras AASHTO
Fuente. Ingeniería de Pavimentos para carreteras Alfonso Montejo. Tomando en cuenta que una estructura de pavimento flexible es un sistema
estratificado, la determinación de los distintos espesores
Se debe determinar el SN requeridos sobre la subrasante y después se
determinan los SN requeridos sobre las capas de base y subbase, usando la
resistencia correspondiente de cada capa. El espesor mínimo admisible de cada
capa se puede determinar usando la diferencia de los SN calculados.
PAVIMENTOS I
Se conoce que;
Mr. para la capa de base = 31.000 lb/pulg ².
Al usar este valor en la figura 20,20 se obtiene
SN1 = 2,6
𝐷1 =2,6
0,44= 5,9 𝑝𝑢𝑙𝑔
Se usa 6 pulg como espesor de la capa de superficie;
𝐷1 = 6 𝑝𝑢𝑙𝑔
𝑆𝑁1 = 𝑎1𝐷1 = 0,44 𝑋 6 = 2,64
𝐷2 ≥𝑆𝑁2 − 𝑆𝑁1
𝑎2𝑚2≥
3,8 − 2,64
0,14 𝑥 0,8 ≥ 10,36 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑠𝑒 𝑢𝑠𝑎 12 𝑝𝑢𝑙𝑔
𝑆𝑁2 = 0,14 𝑋 0,8 𝑋 12 + 2,64 = 1,34 + 2,64
𝐷3 =𝑆𝑁3 − 𝑆𝑁2
𝑎3𝑚3= 4,4 –
(2,64 + 1,34 )
0,1 𝑥 0,8 = 5,25 𝑝𝑢𝑙𝑔 𝑠𝑒 𝑢𝑠𝑎 6 𝑝𝑢𝑙𝑔
𝑆𝑁3 = 2,64 + 1,34 + 6 𝑋 0,8 𝑋 0,1 = 4,46
En consecuencia para el tramo el pavimento estará formado por una superficie
de concreto asfaltico de 6 pulg, 12 pulg de base granular y 6 pulg de sub base.
Grafica. 4.Estructura del pavimento
PAVIMENTOS I
CONCLUSIONES
En este método se puede concluir que la falla del pavimento está en función
del número estructural, de la resistencia de subrasante, teniendo en cuenta
el índice de servicio y confiabilidad
Se tiene en cuenta el análisis del periodo de diseño por la presencia de
suelos expansivos en la subrasante para lo cual se utilizan las diferentes
opciones para impermeabilizar el suelo.
PAVIMENTOS I
BIBLIOGRAFIA
COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de Diseño de
Pavimentos Asfalticos en Vías con Medios y Altos Volúmenes de transito: El
instituto, 1998.
COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual de diseño de
pavimentos de asfalticos para vías con bajos, medios y altos volúmenes de
tránsito. El instituto, 2008.
COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Guía metodológica para el
diseño de obras de rehabilitación en pavimentos flexibles. Bogotá: El
instituto, 2008.
INGENIERÍA DE PAVIMENTOS PARA CARRETERAS. Alfonso Montejo Fonseca. Universidad Católica de Colombia año 2002
Pliego de Condiciones Apéndice No 2 Licitación INCO No. 001 de 2003
http://www.worldmeteo.info/es/america-del-sur/colombia/girardot/tiempo-
100423
PAVIMENTOS I