GUIA DE DISEÑO AASHTO 2002

METODO EMPIRICO MECANISTICO

1. INTRODUCCION

La Guía AASHTO es el documento utilizado en los EE.UU. para el diseño y rehabilitación de pavimentos. Las versiones de 1972, 1986 ó 1993 son empíricas basadas en el comportamiento de la pista de pruebas en 1950, con las siguientes limitaciones: • No se consideraron tramos de rehabilitación y fueron

realizados en un solo lugar, se consideró un tipo de subsuelo y utilizó bases granulares no estabilizadas.

• El peso y tamaño de los vehículos, las presiones de las llantas y el volumen de tráfico se han incrementado.

• El diseño se evaluó en función de un diseño típico.• No se consideró esfuerzos ni deformaciones y las rigideces

que fue incorporado no es utilizado en el análisis de manera racional.

2. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Condiciones Ambientales:

Clima y Drenaje

Determinación de Parámetros Elásticos:

Sub-rasante y Materiales Propuestos

Cargas de TránsitoAnálisis Elástico:

Cálculo de Esfuerzos y

Deformaciones

Estructura Propuesta

Uso de Modelos de Daño yPredicción del Período de

Diseño

DiseñoIterativo

3. CONCEPTOS MECANISTICOS

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS EN EL PAVIMENTO

ESFUERZOS NORMALES Y CORTANTES

ESFUERZOS VERTICALES EN MEDIOS HOMOGENEOS

ESFUERZOS VERTICALES EN MEDIOS DE DOS CAPAS

MEDIO ELASTICO MULTICAPA

Material Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3

Mezclas Alfálticas Módulo Dinámico Medido

Módulo Dinámico Estimado

Módulo Dinámico Estimado

Materiales Estabilizados

Módulo Medido Módulo Estimado Módulo Estimado

Materiales Granulares No Estabilizados

Módulo Resiliente Medido

Módulo Resiliente Estimado

Módulo Resiliente Estimado

Sub-rasante Módulo Resiliente Medido

Módulo Resiliente Estimado

Módulo Resiliente Estimado

4. JERARQUIZACION DEL PROYECTO

5. MEZCLAS ASFALTICAS

Se aplica una fuerza axial sinusoidal variable en un intervalo de frecuencias a una muestra de 100 mm de diámetro interior por 150 mm de altura. La muestra se obtiene de una muestra de 150 mm de diámetro preparada mediante compactación giratoria. Las deformaciones recuperables (dinámicas) y permanentes se miden utilizando transductores aplicados sobre la muestra, y se determina el retardo de fase entre la fuerza y la deformación de las diferentes condiciones del ensayo, lo cual proporciona información sobre las propiedades viscoelásticas del material. Los ensayos de módulo dinámico son parte de la batería de ensayos de rendimiento simple (SPT) especificadas por la norma AASHTO TP62

ENSAYOS DE MÓDULO DINÁMICO

MODULO DINAMICO COMPLEJO E* MODELO VISCO-ELASTICO

ECUACION DEL MODULO COMPLEJO, E*

6. SUB-RASANTES

MR DE SUB-RASANTES CON LA SATURACION – SUELOS FINOS

MR DE SUB-RASANTES HUMEDECIDAS

MODELO GENERAL DEL MR DE SUB-RASANTES, SUB-BASES Y BASES GRANULARES

CORRELACIONES MR VS. CBR

Para capas de bases, y sub-base granulares y sub-rasantes que conforman la estructura del pavimento. • Las correlaciones fueron desarrolladas considerando la

ecuación MR=2555.CBR0.64.

• Para materiales con IP=0 se utilizó la siguiente correlación: CBR=28.091(D60)0.3581 y para suelos con IP>0 se utilizó la siguiente correlación:

donde w= % de finos y PI=Indice de Plasticidad

MR vs. Propiedades de los Suelos

7. SUB-BASES Y BASES GRANULARES

BASES TRATADAS Y NO TRATADAS

BASES CEMENTADAS

SUB-BASES GRANULARES

8. MODELOS DE DAÑOS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

AGRIETAMIENTO POR TRACCION

Nf = f1. et-f2 , E-f3

• Nf, es el número de repeticiones admisible.• t deformación por tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica. • E es el módulo elástico de la carpeta asfáltica. • f1, f2 y f3 son constantes determinadas en pruebas experimentales.

COMPRESION ELASTICA DE LA SUB-RASANTE

Nd = f4. ez

-f5

• Nd es el número admisible de repeticiones de carga. • z es la deformación vertical elástica.• f4 y f5 son constantes de pruebas experimentales.

9. CASOS REALES

CASO 1: CARRETERA CHALHUANCA ABANCAY

Tránsito: 1.073x106 ESAL período de diseño 10 años Capa Asfáltica: Convencional 21C, 10Hz y viscosidad 2.05x106 poisesSub-rasante: Coluvial-Aluvional Suelto CBR 15-30%

Presión de llanta = 70 psi

H1 = 4 pulg.

MR = 15,000 psin = 0.30

MR = 30,000 psin = 0.35

E* = 450,000 psin = 0.40

Carga Standard = 8.2 ton (llanta dual)

Carpeta Asfáltica

Base Granular

Sub-rasante

H2 = 7 pulg.

CASO 1: ESFUERZOS Y DEFORMACIONES

Δ2 (deflexión)= 0.01337”

σz=8.46 psiZξH= -0.0002395 (Tracción)

ξH= -0.0002395 (Esfuerzo de Tracción)

Δ1(deflexión) = 0.01696”

ξZ= 0.3739 X 10-3

Carpeta Asfáltica

Base Granular

Sub-rasante

CASO 2: CARRETERA RIOJA- TARAPOTO

Base Asfáltica

Presión de llanta = 70 psi

H1 = 50 mm.

MR = 5,000 psin = 0.30

E* = 400,000 psin = 0.40

Tránsito: 4.353x106 ESAL período de diseño 15 años Capa Asfáltica: Convencional 53C, 10Hz y viscosidad 0.06x106 poisesSub-rasante: Arcilla Mediana a Alta Plasticidad CBR 3-6%

Carga Standard = 8.2 ton (llanta dual)

Carpeta Asfáltica

Sub-Base Granular

Sub-rasante

H3 = 8 pulg.Base Granular MR = 30,000 psin = 0.35

E* = 450,000 psin = 0.35

H2 = 70 mm

MR = 15,000 psin = 0.30

H4 = 8 pulg.

CASO 2: RESULTADOS

Δ2 (deflexión)= 0.02248”

σz=2.48 psiZξH= -0.0002395 (Tracción)

ξH= -0.0001535 (Esfuerzo de Tracción)

Δ1(deflexión) = 0.02809”

ξZ= 0.2994x10-3

Carpeta + Base Asfáltica

Base + Sub-baseGranular

Sub-rasante

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• La teoría elástica en la guía de diseño permite determinar la influencia estructural de las distintas capas del pavimento.

• En sub-rasantes de baja capacidad de soporte se demuestra la ventaja de considerar una capa de base asfáltica.

• La carpeta asfáltica cumple la función de superficie de rodadura, optimizando el diseño.

• En el caso de pavimentos en altura con climas fríos la mayor rigidez de la carpeta asfáltica asociada a las bajas temperaturas, tendería a sobredimensionar el diseño.

• Al no existir control de las especificaciones técnicas que debe cumplir el asfalto para climas fríos el resultado será el agrietamiento prematuro de la carpeta.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• El agrietamiento térmico propicia la disminución de la rigidez de la carpeta asfáltica, la saturación de las capas del pavimento, la consiguiente pérdida de la capacidad de soporte de la sub-rasante, la pérdida de capacidad estructural del pavimento y la falla prematura, lo que viene ocurriendo actualmente en nuestro país.

• Se recomienda, la implementación de la gradación y especificaciones SUPERPAVE para el asfalto, lo cual asegurará el adecuado comportamiento mecánico de la carpeta asfáltica en la condición extrema.

• Investigaciones actuales sobre mezclas asfálticas de mejor desempeño como las mezclas Superpave, SMA, Gap-Grade y Open Grade pueden ser incorporados en las metodologías mecanísticas, que la nueva guía adecuadamente propone.